Hóa học thủy sinh
Hóa học thủy sinh nghiên cứu các cân bằng hóa học và tốc độ phản ứng quyết định thành phần của các vùng nước tự nhiên, từ sông, hồ đến đại dương và nước ngầm.
Definition
Nhánh hóa học môi trường liên quan đến thành phần hóa học, cân bằng và động học phản ứng của các vùng nước tự nhiên.
Scope
Lĩnh vực này bao gồm cân bằng axit-bazơ và cacbonat, điều kiện oxy hóa-khử, sự phân hóa loài và tạo phức của kim loại, và hóa học dinh dưỡng điều chỉnh năng suất sinh học. Nó xem nước như một môi trường phản ứng nơi các khí hòa tan, khoáng chất, chất hữu cơ và sinh vật tương tác, đồng thời cung cấp khuôn khổ cân bằng và động học được sử dụng trong khoa học chất lượng nước và hệ sinh thái thủy sinh.
Sub-topics
Core questions
- Điều gì kiểm soát pH và khả năng đệm của các vùng nước tự nhiên?
- Điều kiện oxy hóa-khử cấu trúc hóa học thủy sinh như thế nào?
- Kim loại và chất dinh dưỡng tồn tại dưới dạng hóa học nào trong nước?
- Hóa học đại dương phản ứng như thế nào với sự gia tăng carbon dioxide trong khí quyển?
Key theories
- Mô hình cân bằng hóa học của các vùng nước tự nhiên
- Thành phần nước tự nhiên có thể được hiểu thông qua các cân bằng axit-bazơ, độ hòa tan, oxy hóa-khử và tạo phức liên kết, bổ sung bằng động học khi các phản ứng diễn ra chậm, cung cấp một khuôn khổ định lượng để dự đoán sự phân hóa loài.
- Đệm cacbonat và axit hóa đại dương
- Hệ thống cacbonat đệm các vùng nước tự nhiên và nước biển; sự hấp thụ carbon dioxide do con người gây ra làm giảm pH đại dương và độ bão hòa cacbonat, với những hậu quả đối với các sinh vật tạo vỏ đá vôi.
Mechanisms
Hóa học thủy sinh được tổ chức xoay quanh các biến chính: pH được thiết lập bởi hệ thống cacbonat và các hệ thống axit-bazơ khác, pE hoặc thế oxy hóa-khử được thiết lập bởi sự sẵn có của chất cho và nhận electron, và nồng độ phối tử kiểm soát sự phân hóa loài của kim loại. Những yếu tố này tương tác với sự hòa tan và kết tủa khoáng chất, cũng như với sự hấp thụ và hô hấp sinh học.
Clinical relevance
Hóa học thủy sinh là nền tảng cho việc xử lý nước uống, đánh giá ô nhiễm kim loại và dinh dưỡng, và dự đoán cách các hệ sinh thái phản ứng với quá trình axit hóa và phú dưỡng.
History
Hóa học thủy sinh được củng cố thành một ngành định lượng, dựa trên cân bằng bởi Stumm và Morgan từ những năm 1960 trở đi, dựa trên ứng dụng cân bằng hóa học của Sillen vào nước biển.
Key figures
- Werner Stumm
- James J. Morgan
- Lars Gunnar Sillen
Related topics
Seminal works
- stumm1996
- hoeghguldberg2007
Frequently asked questions
- Tại sao pH được gọi là biến chính trong hóa học thủy sinh?
- Bởi vì nó kiểm soát rất nhiều cân bằng khác cùng một lúc, bao gồm độ hòa tan khoáng chất, sự phân hóa loài của kim loại và sự phân bố của các loài cacbonat.