Кислотонейтрализующая способность

Кислотонейтрализующая способностьили ANCвкратце - это мера общей буферной емкости относительно подкисление для раствора, например поверхностная вода или почвенная вода.

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 пробы до выбранного другого значения. Понятия щелочность в настоящее время часто используются как синоним положительного АНК, и точно так же кислотность часто используется для обозначения отрицательного АНК. Однако щелочность и кислотность также имеют определения, основанные на экспериментальной установке (титровании).

ANC часто используется в моделях для расчета уровней подкисления от кислотных дождей загрязнения в различных географических регионах, а также в качестве основы для расчета критических нагрузок для лесных почв и поверхностных вод.

Соотношение между pH и ANC в природных водах зависит от трех условий: двуокиси углерода, органических кислот и растворимости алюминия. Количество растворенного диоксида углерода обычно выше, чем было бы в случае равновесия с давлением диоксида углерода в атмосфере. Это связано с биологической активностью: при разложении органического материала выделяется диоксид углерода и, таким образом, увеличивается количество растворенного диоксида углерода. Увеличение углекислого газа снижает pH, но не влияет на АНК. Органические кислоты, часто выражаемые в виде растворенного органического углерода (DOC), также снижают pH и не влияют на ANC. Почвенная вода в верхних слоях обычно имеет более высокое содержание органических веществ, чем в нижних слоях почвы. Поверхностные воды с высоким РОУ обычно встречаются в районах с большим количеством торфа и болот в водосборе. Растворимость алюминия немного сложна, и при моделировании используется несколько вариантов аппроксимации кривой, один из наиболее распространенных -

$[Al\; 3\; +]\; =\; k\; G\; [H\; +]\; 3\; \{\backslash \; displaystyle\; [\{\backslash \; ce\; \{Al\; ^\; \{\; 3\; +\}\}\}]\; =\; k\_\; \{G\}\; [\{\backslash \; ce\; \{H\}\}\; ^\; \{+\}]\; ^\; \{3\}\}$

На иллюстрации справа соотношение между pH и ANC показано для четырех различных решения. В синей линии раствор имеет 1 мг / л DOC, растворенное количество диоксида углерода, которое эквивалентно раствору, находящемуся в равновесии с атмосферой, где давление диоксида углерода в два раза превышает нашу атмосферу. Для остальных строк все три параметра, кроме одного, такие же, как для синей линии. Таким образом, оранжевая линия представляет собой раствор, содержащий органические кислоты с DOC 80 мг / л (обычно очень коричневая озерная вода или вода в верхнем слое почвы в лесной почве). Красная линия показывает большое количество растворенного углекислого газа (pCO 2 = 20 раз больше окружающей среды), уровень, который не является необычным для грунтовых вод. Наконец, черная пунктирная линия - это вода с меньшей растворимостью алюминия.

Причина, по которой ANC часто определяется как разница между катионами сильных оснований и анионами сильных кислот, заключается в том, что ANC получают из баланса зарядов: если мы для простоты рассмотрим решение только с несколькими видами и используем Поскольку водный раствор электрически нейтрален, мы получаем

$[H\; +]\; +\; 2\; [Ca\; 2\; +]\; +\; [Na\; +]\; +\; 3\; [Al\; 3\; +]\; +\; 2\; [Al\; (OH)\; 2\; +]\; +\; [Al\; (OH)\; 2\; +]\; =\; [OH\; -]\; +\; [Cl\; -]\; +\; 2\; [CO\; 3\; 2\; -]\; +\; [HCO\; 3\; -]\; +\; [R\; -]\; \{\backslash \; displaystyle\; \{\backslash \; ce\; \{\{[H\; ^\; \{+\}]\; \}\; +\; \{2\; [Ca\; ^\; \{2\; +\}]\}\; +\; \{[Na\; ^\; \{+\}]\}\; +\; \{3\; [Al\; ^\; \{3\; +\}]\}\; +\; \{2\; [Al\; (OH)\; ^\; \{2+\}]\}\; +\; \{[Al\; (OH)\; \_\; \{2\}\; ^\; \{+\}]\}\; \backslash \; =\; \backslash \; \{[OH\; ^\; \{-\}]\}\; +\; \{[Cl\; ^\; \{-\}]\}\; +\; \{2\; [CO\_\; \{3\}\; ^\; \{2\; -\}]\}\; +\; \{[HCO\_\; \{3\}\; ^\; \{-\}]\}\; +\; \{[R\; ^\; \{-\}]\}\}\}\}$

где R обозначает анион органической кислоты. Затем ANC 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 (то есть видов, связанных с сильными кислотами и сильными основаниями), с другой стороны. Таким образом, с указанными выше видами мы получаем

$ANC\; =\; +\; 2\; [Ca\; 2\; +]\; +\; [Na\; +]\; -\; [Cl\; -]\; \{\backslash \; displaystyle\; \{\backslash \; ce\; \{ANC\; \backslash \; =\; \backslash \; +\; \{2\; [Ca\; ^\; \{2+\; \}]\}\; +\; \{[Na\; ^\; \{+\}]\}\; \backslash \; -\; \backslash \; \{[Cl\; ^\; \{-\}]\}\}\}\}$

или

$ANC\; =\; [OH\; -]\; +\; 2\; [CO\; 3\; 2\; -]\; +\; [HCO\; 3\; -]\; +\; [R\; -]\; -\; [H\; +]\; -\; 3\; [Al\; 3\; +]\; -\; 2\; [Al\; (OH)\; 2\; +]\; -\; [Al\; (OH)\; 2\; +]\; \{\backslash \; displaystyle\; \{\backslash \; ce\; \{ANC\; \backslash \; =\; \backslash \; \{[OH\; ^\; \{-\}]\}\; +\; \{2\; [CO\_\; \{3\}\; ^\; \{2\; -\}]\}\; +\; \{[HCO\_\; \{3\}\; ^\; \{-\}]\}\; +\; \{[R\; ^\; \{-\}]\}\; \backslash \; -\; \backslash \; \{[H\; ^\; \{+\}]\; -\; 3\; [Al\; ^\; \{3\; +\}]\}\; \backslash \; -\; \backslash \; \{2\; [Al\; (OH)\; ^\; \{2\; +\}]\}\; \backslash \; -\; \backslash \; \{[Al\; (OH)\; \_\; \{2\; \}\; ^\; \{+\}]\}\}\}\}$

1. , что изменение DOC или CO 2 (или, если на то пошло, растворимости алюминия, но растворимость алюминия нелегко контролировать) НЕ оказывает никакого влияния на ANC.
2. , что после установления отношения pH-ANC для озера соотношение pH-ANC можно использовать для простого расчета количества известняка, необходимого для повышения pH озера до, например, 5.5
3. не все кислые озера являются кислотными из-за воздействия человека, поскольку высокий DOC дает низкий pH.
4. что концентрации умножаются на заряд разновидностей, следовательно, удельный моль заряда на литр

1. ^Штумм, В. и Дж. Дж. Морган. 1981. Водная химия. Нью-Йорк: Вили. ISBN 0-471-04831-3.