Способность нейтрализовать кислоту
Кислотонейтрализующая способность или сокращенно ANC — это мера общей буферной способности против подкисления раствора, например, поверхностных или почвенных вод .
ANC определяется как разница между катионами сильных оснований и анионами сильных кислот (см. ниже) или динамически как количество кислоты, необходимое для изменения значения pH от значения образца до выбранного другого значения. [ 1 ] Понятия «щелочность» в настоящее время часто используются как синоним положительного АНК, а кислотность часто используется для обозначения отрицательного АНК. Однако щелочность и кислотность также имеют определения, основанные на экспериментальной установке (титрование).
АНК часто используется в моделях для расчета уровней подкисления в результате кислотными дождями загрязнения в различных географических районах, а также в качестве основы для расчета критических нагрузок на лесные почвы и поверхностные воды.
Связь между pH и АНК в природных водах зависит от трех условий: углекислого газа , органических кислот и алюминия растворимости . Количество растворенного углекислого газа обычно выше, чем было бы в случае равновесия с давлением углекислого газа в атмосфере. Это связано с биологической активностью: при разложении органических материалов выделяется углекислый газ и, таким образом, увеличивается количество растворенного углекислого газа. Увеличение содержания углекислого газа снижает pH, но не влияет на АНК. Органические кислоты, часто выраженные в виде растворенного органического углерода (РОУ), также снижают pH и не влияют на АНК. Почвенные воды в верхних слоях обычно имеют более высокое содержание органических веществ, чем нижние слои почвы. много торфа и болот Поверхностные воды с высоким содержанием DOC обычно встречаются в районах, где на водосборном бассейне . Растворимость алюминия немного сложна, и при моделировании используется несколько вариантов аппроксимации кривой, один из наиболее распространенных:
- [Ал 3+ ] = k G [Ч + ] 3
На иллюстрации справа показана связь между pH и ANC для четырех различных растворов. На синей линии раствор содержит 1 мг/л DOC — растворенного количества углекислого газа, которое эквивалентно раствору, находящемуся в равновесии с атмосферой, давление углекислого газа в два раза превышает давление в нашей атмосфере. Для остальных линий все три параметра, кроме одного, такие же, как для синей линии. Таким образом, оранжевая линия представляет собой раствор, насыщенный органическими кислотами, с содержанием DOC 80 мг/л (обычно очень коричневая озерная вода или вода в верхнем слое лесной почвы). Красная линия имеет большое количество растворенного углекислого газа (pCO 2 = в 20 раз больше атмосферного), уровень, который не является редкостью для грунтовых вод. Наконец, черная пунктирная линия — это вода с более низкой растворимостью алюминия.
Причина, по которой АНК часто определяют как разницу между катионами сильных оснований и анионами сильных кислот, заключается в том, что АНК получается из баланса зарядов: если мы для простоты рассмотрим раствор, содержащий всего несколько частиц, и воспользуемся тем фактом, что водный раствор электрически нейтрален, мы получаем
- [ЧАС] + + 2[Ка 2+ ] + [Ал + ] + 3[Ал 3+ ] + 2[Ал(ОН) 2+ ] + [Al(OH) + 2 ] = [OH − ] + [Кл − ] + 2[СО 3 2− ] + [HCO − 3 ] + [R − ]
где Р − обозначают анион органической кислоты. Затем АНК определяется путем сбора всех видов, контролируемых равновесием (т. е. видов, связанных со слабыми кислотами и слабыми основаниями), с одной стороны, и видов, не контролируемых равновесием (т. е. видов, связанных с сильными кислотами и сильными основаниями), с другой стороны. Таким образом, с указанными выше видами мы получаем
- АНК = 2[Ca 2+ ] + [Ал + ] - [Кл − ]
или
- АНК = [ОН − ] + 2[СО 3 2− ] + [HCO − 3 ] + [R − ] - [Ч + ] - 3[Ал 3+ ]-2[Ал(ОН) 2+ ] - [Ал(ОН) 2 + ]
Примечание
[ редактировать ]- что изменение DOC или CO 2 (или, если уж на то пошло, растворимости алюминия, но растворимость алюминия нелегко контролировать) НЕ оказывает никакого влияния на АНК.
- что после установления зависимости pH-ANC для озера зависимость pH-ANC можно использовать для легкого расчета количества известняка, необходимого для повышения pH озера, например, до 5,5.
- не все кислые озера являются кислыми из-за воздействия человека, поскольку высокий уровень DOC приводит к низкому pH.
- что концентрации умножаются на заряд вещества, отсюда и единица молярного заряда на литр.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Штумм, Вернер (1981). Водная химия: введение, подчеркивающее химическое равновесие в природных водах . Нью-Йорк: Уайли. ISBN 0-471-04831-3 . OCLC 6889980 .