Емкость нейтрализации кислоты - Acid neutralizing capacity

Кислотонейтрализующая способность или же АНК Короче говоря, это мера общей буферной способности раствора, например, против подкисления. Поверхность воды 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. ^[1] Концепции щелочность в настоящее время часто используются как синоним положительного АНК, и аналогично 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 кислотный дождь загрязнение в разных географических регионах, и как основа для расчета критические нагрузки 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 -

${\displaystyle [{\ce {Al^{3+}}}]=k_{G}[{\ce {H}}^{+}]^{3}}$

На иллюстрации справа соотношение между pH и ANC показано для четырех различных растворов. 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, имеющий DOC 80 мг / л (обычно очень коричневая озерная вода или вода в верхнем слое почвы в лесной почве). Красная линия показывает большое количество растворенного диоксида углерода (pCO₂= 20 раз больше окружающей среды), уровень, который не является необычным для грунтовых вод. Наконец, черная пунктирная линия - это вода с более низкой растворимостью алюминия.

Причина, по которой ANC часто определяется как разница между катионами сильных оснований и анионами сильных кислот, заключается в том, что ANC получается из баланса зарядов: если мы для простоты рассмотрим раствор, состоящий только из нескольких компонентов, и воспользуемся тем фактом, что водный раствор электрически нейтральный получаем

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

где R⁻ обозначают 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

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

или же

${\displaystyle {\ce {ANC\ =\ {[OH^{-}]}+{2[CO_{3}^{2-}]}+{[HCO_{3}^{-}]}+{[R^{-}]}\ -\ {[H^{+}]-3[Al^{3+}]}\ -\ {2[Al(OH)^{2+}]}\ -\ {[Al(OH)_{2}^{+}]}}}}$

Примечание

1. что изменение в DOC или CO₂ (или, если на то пошло, растворимость алюминия, но растворимость алюминия нелегко контролировать) НЕ оказывает никакого влияния на АНК.
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 вещества, следовательно, удельный моль заряда на литр

Рекомендации

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