Hệ thống Carbonate và Độ kiềm

Hệ thống carbonate là hệ đệm axit-bazơ chủ yếu của các vùng nước tự nhiên, liên kết carbon dioxide hòa tan, bicarbonate và carbonate với độ pH và độ kiềm.

Definition

Các trạng thái cân bằng liên hợp của các loài carbon vô cơ hòa tan có khả năng đệm độ pH của nước tự nhiên, cùng với độ kiềm như một thước đo khả năng trung hòa axit.

Scope

Chủ đề này bao gồm các trạng thái cân bằng giữa carbon dioxide, axit carbonic, bicarbonate và các ion carbonate, định nghĩa và cách đo độ kiềm, khả năng đệm của nước tự nhiên và nước biển, và phản ứng của hệ thống với axit, bazơ hoặc carbon dioxide được thêm vào.

Core questions

• Các loài carbonate được phân bố như thế nào theo hàm số pH?
• Độ kiềm đo lường điều gì và nó được bảo toàn như thế nào?
• Tại sao việc thêm carbon dioxide làm giảm độ pH của nước?
• Hệ thống carbonate kiểm soát độ bão hòa khoáng carbonate như thế nào?

Key theories

Cân bằng carbonate và bảo toàn độ kiềm

Carbon vô cơ hòa tan phân chia giữa CO2, bicarbonate và carbonate theo các trạng thái cân bằng phụ thuộc pH, trong khi độ kiềm, khả năng nhận proton, được bảo toàn dưới sự trao đổi carbon dioxide và cung cấp khả năng đệm cho nước tự nhiên.

Mechanisms

Carbon dioxide hòa tan và hydrat hóa thành axit carbonic, sau đó phân ly theo hai bước. Sự phong phú tương đối của bicarbonate và carbonate thay đổi theo độ pH, trong khi độ kiềm vẫn cố định khi carbon dioxide được thêm vào hoặc loại bỏ, đó là lý do tại sao sự hấp thụ carbon dioxide làm giảm độ pH và nồng độ ion carbonate mà không làm thay đổi độ kiềm.

Clinical relevance

Hệ thống carbonate thiết lập khả năng đệm được sử dụng trong xử lý nước và độ bão hòa carbonate kiểm soát sự hòa tan của canxi carbonate; sự xáo trộn của nó bởi carbon dioxide do con người gây ra thúc đẩy quá trình axit hóa đại dương.

History

Việc xử lý định lượng hệ thống carbonate trong nước tự nhiên đã được phát triển thông qua hóa lý và hải dương học thế kỷ 20 và được hệ thống hóa trong các văn bản hóa học thủy sinh.

Seminal works

• stumm1996
• hoeghguldberg2007

Frequently asked questions

Tại sao độ kiềm vẫn không đổi khi thêm carbon dioxide?

Việc thêm carbon dioxide làm thay đổi sự phân bố của các loài carbon và làm giảm độ pH, nhưng nó không thêm điện tích nhận proton ròng, do đó tổng độ kiềm được bảo toàn.