알칼리성

Alkalinity
알칼리 또는 염기(화학)와 혼동하지 말 것.
해수면 알칼리도(GLODAP 기후학).

알칼리성(아랍어: لللل roman roman, 로마자: al-qaly, litted). '소금가루'[1]는 산성화에 [2]저항하는 물의 용량이다.pH 척도의 절대 측정값인 염기성과 혼동해서는 안 됩니다.

알칼리도는 약한 산과 그 결합염기로 이루어진 완충용액의 강도이다.pH가 급격히 변화하거나 알려진 최종점에 도달할 때까지 HCl 등의 산으로 적정하여 측정한다.알칼리도는 meq/L(l당 밀리당량), μeq/kg(kg당 마이크로당량), mg/L CaCO3(l당 [3]탄산칼슘) 등의 농도 단위로 나타낸다.각 측정치는 적정제로 첨가된 산의 양에 해당합니다.

알칼리성은 주로 [3]해양학자들이 사용하는 용어이지만, 수문학자들은 일시적인 경도를 설명하기 위해 알칼리도를 사용하기도 한다.또한, 알칼리도를 측정하는 것은 강우나 폐수로 인한 산성 오염을 중화시키는 하천의 능력을 결정하는 데 중요하다.산 [4]투입물에 대한 흐름의 민감도를 측정하는 가장 좋은 방법 중 하나입니다.SO와 NOx [5]배출로 인한x 산성비와 같은 인간의 교란으로 하천과 하천의 알칼리도에 장기적인 변화가 있을 수 있다.

역사

1884년, Anderson College(현재의 Strathclyde 대학)의 Wilhelm(William) Dittmar 교수는 챌린저 원정에 의해 회수된 77개의 깨끗한 바닷물 샘플을 분석했습니다.그는 바닷물에서 주요 이온이 일정한 비율이라는 것을 발견했는데, 이것은 현재 일정한 비율의 원리라고 알려진 요한 게오르그 포흐함머의 가설을 확인시켜 준다.하지만 한 가지 예외가 있었다.디트마르는 심해에서 칼슘 농도가 약간 더 높다는 것을 발견하고 이를 알칼리도 증가라고 명명했다.

1884년, 스반테 아레니우스는 용액에 이온이 존재한다고 주장하는 박사 논문을 제출하였고, 산을 하이드로늄 이온 공여체로, 염기를 수산화 이온 공여체로 정의하였다.이 공로로 그는 1903년 노벨 화학상을 받았다.'Svante_Arrhenius#' 참조Ionic_disassociation.

심플화 요약

알칼리도는 대략적으로 강산에 의해 대전되지 않은 종으로 전환될 수 있는 용액 중의 염기의 몰 양을 말한다.예를 들어, 용액의 HCO−
3 1몰은 1몰 당량을 나타내며, CO 1몰은2−
3 2몰 당량을 나타내며, 이는 전하 균형을 맞추기 위해 두 배의+ H이온이 필요하기 때문이다.용액의 총 전하량은 항상 [6]0입니다.이를 통해 용액 내 이온의 전하 균형에 기초한 알칼리성의 병렬 정의가 도출됩니다.

Na, K+, Ca2+, Mg2+, Cl−, SO2−
4 및 NO를−
3 포함한+ 특정 이온은 온도, 압력 또는 [6]pH의 변화에 영향을 받지 않도록 "보수적"입니다.HCO와−
3 같은 다른 것들은 pH, 온도 및 압력의 변화에 영향을 받습니다.이 전하 밸런스 방정식의 한쪽에서 보존 이온을 분리함으로써 양성자를 받아들이거나 기증하여 알칼리성을 정의하는 비보수 이온을 방정식의 다른 한쪽에서 클러스터화한다.

이 결합된 전하 균형과 양성자 균형은 총 [7]알칼리성이라고 불립니다.총 알칼리도는 온도, 압력 또는 pH의 영향을 크게 받지 않기 때문에 수계에서의 유용성을 높이는 보수적인 측정치이다.HCO와2−
3 CO를 제외한−
3 모든 음이온은 지구의 지표수(하천, 강, 호수)에 낮은 농도가 있습니다.따라서−
3 [HCO] + 2[CO2−
3]와 같은 탄산염 알칼리도는 지표수의 [6]총 알칼리도와 거의 같다.

상세설명

알칼리도(AlkalityT) 또는 A는 해양학/[8]림지학 연구의 경우 pH 4.5로 정의되는 탄산염 또는 중탄산염의 당량점에 대한 용액의 중화 능력을 측정한다.알칼리도는 용액 내 염기의 화학량 합계와 같다.자연환경에서 탄산염 알칼리성은 탄산염 암석의 발생과 용해, 대기 중 이산화탄소의 존재로 인해 전체 알칼리성의 대부분을 차지하는 경향이 있다.알칼리성에 기여할 수 있는 다른 일반적인 천연 성분으로는 붕산염, 수산화물, 인산염, 규산염, 용존 암모니아, 일부 유기산의 켤레 염기(예: 아세테이트) 및 황산염이 있습니다.실험실에서 생성되는 용액에는 알칼리성의 원인이 되는 염기가 사실상 무제한으로 포함되어 있을 수 있습니다.알칼리도는 보통 mEq/L(리터당 밀리 당량) 단위로 나타낸다.상업적으로 수영장 산업과 마찬가지로 알칼리도는 동등한 탄산칼슘(ppm CaCO3)의 백만분의 1 단위로 제공될 수 있다.

알칼리도는 염기성과 혼동하여 잘못 사용될 수 있습니다.예를 들어 CO를 추가하면2 용액의 pH가 낮아집니다.이 증가는 염기성을 감소시키지만 알칼리도는 변하지 않는다(아래 예 참조).전체 알칼리도 테스트의 경우 0.1N24 HSO를 페놀프탈레인 pH 표시기와 함께 수문학자들에 의해 사용한다.

이론적 처리

일반적인 지하수 또는 해수에서 측정된 알칼리도는 다음과 같이 설정됩니다.

AT = [HCO−
3]T + 2 [CO2−
3]T + [B(OH−)]−
4T + [OH] +T 2 [PO3−
4] + [HPO2−
4]TT + [SiO(OH)]−
3Tsws - [HSO+−
4]

(표본 T는 측정한 용액 중 종의 총농도를 나타낸다.이는 해수에서 발생하는 이온 쌍 상호작용의 상당한 양을 고려하는 자유 농도와 반대된다.)

중탄산염 또는 탄산염의 pH 이상의 이온의 완충능이 모두 소모될 때까지 시료를 강산으로 적정함으로써 알칼리도를 측정할 수 있다.이 시점은 기능적으로 pH 4.5로 설정되어 있으며, 이 시점에서는 모든 염기가 0레벨 종으로 양성자화되어 알칼리성을 더 이상 유발하지 않는다.탄산염계에서는 이 pH에서 중탄산 이온−
3[HCO]과2−
3 탄산 이온[CO]이 탄산[HCO23]으로 변환된다.이2 pH를 CO 당량점이라고도 하는데, 물의 주요 성분이 수용액에서 HCO로23 변환되는 CO가 용해됩니다2.이 시점에서는 강한 산이나 염기가 없습니다.따라서 CO 당량점에2 대해 알칼리도를 모델링하고 정량화한다.CO 당량점에2 대해 알칼리도를 측정하기 때문에 CO의 용해는2 산과 용존 무기 탄소를 첨가하지만 알칼리도는 변하지 않는다.자연 조건에서는 기본 암석의 용해와 암모니아[NH3] 또는 유기 아민의 첨가로 인해 CO 당량점의2 천연수에 염기가 첨가된다.물에 용해된 염기는 pH를 증가시키고 상당량의 CO를2 중탄산 이온과 탄산 이온에 적정화한다.평형상태에서 물은 약산 음이온 농도로 인한 일정량의 알칼리성을 포함한다.반대로, CO에2 약산 음이온을 첨가하고 강산을 계속 첨가하면 알칼리도가 0 [9]미만이 될 수 있다.예를 들어, 일반적인 해수 용액에 산을 첨가하는 동안 다음과 같은 반응이 발생합니다.

B(OH)−
4 + H+ → B(OH)3 + HO2
OH− + H+ → HO2
PO3−
4 + 2+ H → HPO
2−
4
HPO2−
4 + H+ → HPO
2−
4
[SiO(OH)]−
3 + H+ → [Si(OH)]4

위의 양성자화 반응에서 대부분의 염기는 중성종이 되기 위해 1개의 양성자+(H)를 소비하여 알칼리도를 당량당 1개씩 증가시킨다는 것을 알 수 있다.그러나2−
3 CO는 0-레벨 종(CO2)이 되기 전에 양성자 2개를 소비하므로 CO 몰당2−
3 2개씩 알칼리도를 증가시킨다.[H+]와 [HSO−
4]는 양성자의 공급원으로 작용하기 때문에 알칼리성을 감소시킨다.그것들은 종종 집합적으로 [H+]T로 표현된다.

일반적으로 알칼리도는 mg/L로 CaCO로3 보고된다(이 경우 알칼리도는 이온의 혼합에서 발생하지만 이 모든 것이 CaCO에3 의한 것으로 보고된다).이는 50(대략 MW를3 2로 나눈 값)으로 리터당 밀리당량(meq/L)으로 변환할 수 있다.

문제의 예

기여종의 합계

다음 방정식은 일반적인 해수 샘플의 알칼리도에 대한 각 성분의 상대적 기여도를 보여줍니다.기여도는 μmolkg-soln이며.−1 해수 이산화탄소 매개변수 분석에 대한 방법 핸드북[1] 웨이백 기계에서 2011-10-25 보관], 염도 = 35g/kg, pH = 8.1, 온도 = 25°C에서 구할 수 있다.

AT = [ HCO−
3 T] + 2 [ TB2−
3 ( OH ) T] + [ −
4TOH ] + 2 [PO−3−
4 ] + [ HPO2−
4 TT] + [ SiO ( OH −
3T) ] - [ HSO+−
4 ] - [ HSO ] - [ HF ]

인산염과 규산염은 영양분이므로 일반적으로 무시할 수 있습니다.pH = 8.1에서는 [HSO−
4]와 [HF]도 무시할 수 있다.그렇게,

AT. = [HCO−
3]T + 22−
3 [CO]T + [B−(OH)]−
4T + [OH]T - [H+]
= 1830 + 2 × 270 + 100 + 10 − 0.01
= 2480μmolkg-솔른.−1

CO의 추가2

용액에 CO를2 첨가(또는 제거)해도 알칼리도는 변하지 않는다. 왜냐하면 순반응은 음의 기여종(HCO−
3 및/또는2−
3 CO)과 같은 수의 양의 양 기여종(H+)을 생성하기 때문이다.용액에 CO를 첨가하면2 pH는 낮아지지만 알칼리성에는 영향을 주지 않는다.

모든 pH 값:

CO22 + HO h−
3 HCO + H+

높은(기본) pH 값만:

HCO−
3 + H+ † CO2−
3 + 2 H+

탄산암 용해

고체와 접촉하는 용액에 CO를2 첨가하면 (시간이 지남에 따라) 알칼리도에 영향을 줄 수 있으며, 특히 지하수나 바닷물과 접촉하는 탄산염 광물에 영향을 미칩니다.탄산염 암석의 용해(또는 침전)는 알칼리성에 강한 영향을 미친다.탄산암은 CaCO로3 구성돼 있고 해리가 Ca와 CO를2−
3 용액에 첨가하기2+ 때문이다.Ca는2+ 알칼리도에 영향을 주지 않지만2−
3 CO는 알칼리도를 2단위 증가시킨다.산성비와 채굴로 인한 산성화에 의한 탄산염 암석의 용해 증가는 [5]미국 동부 전역의 일부 주요 강에서 알칼리성 농도의 증가에 기여했습니다.다음 반응은 황산을 포함한 산성비가 중탄산 이온의 양을 증가시킴으로써 하천의 알칼리도를 높이는 효과를 어떻게 가질 수 있는지를 보여줍니다.

23 CaCO + HSO24 → 22+ Ca + 2 HCO−
3 + SO2−
4

또 다른 방법은 다음과 같습니다.

CaCO3 + H+ † Ca2+ + HCO−
3

pH가 낮을수록 중탄산염의 농도가 높아집니다.이것은 반응 후 중탄산염의 생성량이 H의+ 잔류량보다 클 경우 pH가 낮을수록 알칼리도가 높아지는 것을 보여준다.빗물 속 산의 양이 적기 때문에 그렇습니다.이 알칼리성 지하수가 나중에 대기와 접촉하면 CO가 손실되고2 탄산염이 침전되어 다시 알칼리성이 낮아질 수 있다.탄산염 광물, 물, 그리고 대기가 모두 평형을 이룰 때, 가역 반응은

CaCO3 + 2 H+ † Ca2+ + CO22 + HO

pH는 칼슘 이온 농도와 관련이 있으며 pH가 낮을수록 칼슘 이온 농도가 높아집니다.이 경우 pH가 높을수록 위에서 설명한 역설적인 상황과는 대조적으로 대기와의 평형이 없는 중탄산염과 탄산염 이온이 많아진다.

해양 알칼리도

알칼리도를 높이는 공정

바다에서 알칼리도를 생성하는 방법은 여러 가지가 있다.아마도 가장 잘 알려진 것은 CaCO가3 분해되어 Ca와 CO가2+2−
3 형성되는 것이다.탄산 이온은 두 개의 수소 이온을 흡수할 수 있는 잠재력을 가지고 있다.그러므로, 그것은 해양 알칼리성의 순증가를 일으킨다.탄산칼슘 용해는 해양 pH 저하의 간접적인 결과이다.산호초 생태계에 큰 피해를 줄 수 있지만,[10] 바다의 총 알칼리도T(A)에는 비교적 낮은 영향을 미칩니다.CO의2 흡수에 의한 pH의 저하는 실제로 탄산염의 용해를 일으켜 알칼리도를 높인다.

탈질 및 황산염 감소와 같은 혐기성 분해 과정은 해양 알칼리성에 훨씬 더 큰 영향을 미친다.탈질 및 황산염 환원은 산소가 없는 심해에서 발생합니다.이 두 과정 모두 수소 이온을 소비하고 준불활성 가스(N2 또는 HS2)를 방출하며 결국 대기 중으로 빠져나간다.이 H의 소비는+ 알칼리도를 증가시킨다.혐기성 열화는 전체 해양 알칼리성의 60%[10]에 이를 수 있는 것으로 추정되고 있다.

알칼리성을 감소시키는 공정

혐기성 과정은 일반적으로 알칼리성을 증가시킨다.반대로 유산소 분해는 A를 감소시킬T 수 있다.이 과정은 산소가 존재하는 바다의 일부(표층수)에서 발생합니다.그것은 유기물을 용해시키고 수소 [10]이온을 생성한다.H가+ 증가하면 알칼리도가 확실히 감소한다.그러나 용해된 유기물은 수소 이온을 소비하여 알칼리성에 대한 영향을 부정할 수 있는 염기성 관능기를 가질 수 있다.따라서, 호기성 열화는 [11]전체 해양 알칼리도에 상대적으로 낮은 영향을 미친다.

앞서 언급한 모든 방법은 화학적 과정입니다.그러나 물리적 프로세스는 A에도 영향을 미칠T 수 있습니다.극지방의 만년설이 녹는 것은 해양의 알칼리성을 감소시키는 데 도움이 될 수 있는 우려가 커지고 있다.만약 얼음이 녹는다면, 바다의 전체 부피는 증가할 것이다.알칼리도는 농도값(mol/L)이므로 부피를 증가시키면 이론적으로 A가 감소한다T.그러나 실제 효과는 [12]이보다 훨씬 복잡할 것이다.

전지구적 시간적 변동

연구자들은 해양의 알칼리성이 시간에 따라 변한다는 것을 보여 왔다.A는 바다의 이온에서 계산되기 때문에T 화학 조성의 변화는 알칼리성을 변화시킨다.이것이 일어날 수 있는 한 가지 방법은 해양 산성화를 통해서이다.그러나 해양의 알칼리성은 비교적 안정적이기 때문에 상당한 변화는 오랜 시간(즉, 수백 년에서 수천 년)[13]에 걸쳐서만 발생할 수 있다.따라서 계절 및 연간 변동성은 일반적으로 매우 [10]낮습니다.

공간적 가변성

연구진은 또한 장소에 따라 알칼리도가 다르다는 것을 보여주었다.로컬T A는 전류와 강의 두 가지 주요 혼합 패턴의 영향을 받을 수 있습니다.물살이 강한 지역에서는 해안 근처에서 전류 지배 혼합이 발생합니다.이러한 영역에서는 알칼리성 추세가 전류를 따르며 염도와 [14]세분화된 관계가 있습니다.

강 우세한 혼합은 해안 근처에서 발생하며, 큰 강 하구(미시시피 또는 아마존) 근처에서 가장 강력합니다.여기서, 강은 알칼리성의 원천 또는 싱크대 역할을 할 수 있다.A는T 강의 유출을 따라 염도와 선형 관계가 있다.이 혼합 패턴은 늦겨울과 봄에 가장 중요하다. 왜냐하면 눈이 녹으면 강의 유출이 증가하기 때문이다.계절이 여름으로 넘어가면 하천의 흐름이 덜 중요해지고 전류 혼합이 지배적인 [10]과정이 될 수 있습니다.

해양 알칼리도는 위도와 깊이에 따른 일반적인 추세를 따릅니다.A는 종종 해수면 온도(SST)에 반비례하는 것으로 나타났습니다T.따라서 일반적으로 높은 위도와 깊이에 따라 증가합니다.그 결과 (심해에서 물이 수면으로 밀려나는) 용승 지역도 [15]더 높은 알칼리도를 갖는다.

측정 데이터 세트

최근 역사를 통틀어 해양의 알칼리도를 측정하고 기록하고 연구하려는 시도가 많이 있었다.대규모 데이터 세트의 일부를 다음에 나타냅니다.

  • GEOSEC(지구화학적 해양 단면 연구)
  • TTO/NAS(해양/북대서양에서의 과도 추적기)
  • JGOFS(지구 해양 플럭스(JGOFS
  • 세계 해양 순환 실험
  • 카리나(대서양의 이산화탄소)

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ "alkali". Dictionary.com Unabridged (Online). n.d. Retrieved 2018-09-30.
  2. ^ "What is alkalinity?". Water Research Center. 2014. Retrieved 5 February 2018.
  3. ^ a b Dickson, Andrew G. (1992). "The development of the alkalinity concept in marine chemistry". Marine Chemistry. 40 (1–2): 49–63. doi:10.1016/0304-4203(92)90047-E.
  4. ^ "Total Alkalinity". United States Environment Protection Agency. Retrieved 6 March 2013.
  5. ^ a b Kaushal, S. S.; Likens, G. E.; Utz, R. M.; Pace, M. L.; Grese, M.; Yepsen, M. (2013). "Increased river alkalinization in the Eastern U.S.". Environmental Science & Technology. 47 (18): 10302–10311. doi:10.1021/es401046s. PMID 23883395.
  6. ^ a b c Drever, James I. (1988). The Geochemistry of Natural Waters, Second Edition. Englewood Cliffs, NJ: Prentice Hall. ISBN 0-13-351396-3.
  7. ^ Wolf-Gladrow, Dieter A.; Zeebe, Richard E.; Klaas, Christine; Körtzinger, Arne; Dickson, Andrew G. (July 2007). "Total alkalinity: The explicit conservative expression and its application to biogeochemical processes". Marine Chemistry. 106 (1–2): 287–300. doi:10.1016/j.marchem.2007.01.006.
  8. ^ Dickson, A.G. (June 1981). "An exact definition of total alkalinity and a procedure for the estimation of alkalinity and total inorganic carbon from titration data". Deep Sea Research Part A. Oceanographic Research Papers. 28 (6): 609–623. doi:10.1016/0198-0149(81)90121-7.
  9. ^ 벤자민.마크 M. 2015.물의 화학.제2판일리노이주 롱 그로브:웨이블랜드 프레스
  10. ^ a b c d e 토마스, H.; 시에테카테, L.-S. 등연안 퇴적물 중 혐기성 알칼리성 생성으로 향상된 해양 탄소 저장량.생물지질과학 토론회.2008, 5, 3575–3591
  11. ^ Kim, H.C., K.Lee(2009), 해수 알칼리성에 대한 용해유기물질의 유의미한 기여, Geophys.Res. Lett., 36, L20603, doi:10.1029/2009GL040271
  12. ^ Cheon, B.; Cai, W. 알칼리성을 사용하여 서북극해에서 얼음 녹는 것과 강의 유입을 분리한다.2010년 AGU 해양과학 회의, 2010년 22-26일 진행.
  13. ^ 도니, S. C., Fabry, V. J. 등해양 산성화:기타2 CO 문제Annu. Rev. Mar. Sci., 2009., 69-92. doi:10.1146/anurev.marine.010908.163834
  14. ^ Cai, W.-J.; Hu, X. et al.서부 북대서양 변두리의 알칼리도 분포.지구물리학연구저널 2010, 115, 1~15.doi:10.1029/2009JC005482
  15. ^ Millero, F. J.; Lee, K.; Roche, M. 주요 해양의 지표수에서 알칼리도 분포.해양화학, 1998, 60, 111-130

외부 링크

  • 홈즈 팔리, 랜디"화학 및 수족관: '알칼리성'이 뭐죠?" Advanced Aquarist's Online Magazine.소금물 수족관과 관련된 알칼리성.
  • DOE(1994)[2]"해수 중 이산화탄소 시스템의 다양한 매개변수를 분석하는 방법 해설서. 버전 2, A. G. Dickson & C.고옛, ED ORNL/CDIAC-74
  • GEOSECS 데이터 세트 [3]
  • JGOFS 데이터 세트 [4]
  • WOCE 데이터 세트[ 5 ]
  • CARINA 데이터 세트[ 6 ]

탄산염계 계산기

다음 패키지는 해수(pH 포함)의 탄산염 시스템 상태를 계산합니다.