碳酸盐系统和碱度

碳酸盐系统是天然水体中主要的酸碱缓冲系统，它将溶解的二氧化碳、碳酸氢盐和碳酸盐与pH值和碱度联系起来。

Definition

溶解的无机碳物种的耦合平衡，这些物种缓冲天然水的pH值，以及作为酸中和能力衡量标准的碱度。

Scope

本主题涵盖二氧化碳、碳酸、碳酸氢盐和碳酸根离子之间的平衡、碱度的定义和测量、天然水体和海水的缓冲作用，以及系统对添加酸、碱或二氧化碳的响应。

Core questions

• 碳酸盐物种如何随pH值分布？
• 碱度测量什么？它是如何守恒的？
• 为什么添加二氧化碳会降低水的pH值？
• 碳酸盐系统如何控制碳酸盐矿物的饱和度？

Key theories

碳酸盐平衡和碱度守恒

溶解的无机碳根据pH依赖性平衡在CO2、碳酸氢盐和碳酸盐之间分配，而作为质子受体能力的碱度在二氧化碳交换下守恒，并为天然水体提供缓冲作用。

Mechanisms

二氧化碳溶解并水合形成碳酸，碳酸分两步解离。碳酸氢盐和碳酸盐的相对丰度随pH值变化，而碱度在添加或去除二氧化碳时保持不变，这就是为什么二氧化碳的吸收会降低pH值和碳酸根离子浓度而不改变碱度的原因。

Clinical relevance

碳酸盐系统决定了水处理中使用的缓冲能力和控制碳酸钙溶解的碳酸盐饱和度；其受人为二氧化碳扰动驱动海洋酸化。

History

天然水体中碳酸盐系统的定量处理是通过20世纪的物理化学和海洋学发展起来的，并编纂于水生化学教科书中。

Seminal works

• stumm1996
• hoeghguldberg2007

Frequently asked questions

为什么添加二氧化碳时碱度保持不变？

添加二氧化碳会改变碳物种的分布并降低pH值，但它不会增加净质子受体电荷，因此总碱度得以守恒。