Carbonatesystemen

Carbonatesystemen in water beschrijven de chemische eigenschappen van opgelost koolstof in natuurlijke vloeistoffen, vooral in zee- en zoetwater. De belangrijkste aanwezige koolstofvormen zijn kooldioxide (CO2) dat in oplossing aanwezig kan zijn, koolzuur (vaak weergegeven als H2CO3*), bicarbonaat (HCO3−) en carbonate (CO3^2−). Deze systemen worden gestuurd door zuur-base evenwichten en door Henry’s wet voor de oplosbaarheid van CO2. De som van alle opgeloste koolstofvormen wordt de totale inorganische koolstof (DIC) genoemd. De alkaliniteit (TA) geeft het vermogen van het water om H+ te neutraliseren en fungeert als belangrijke buffer tegen pH-wijzigingen.

Belangrijke chemische evenwichten zijn CO2(g) ⇌ CO2(aq), CO2(aq) + H2O ⇌ H+ + HCO3−, en HCO3− ⇌ H+ + CO3^2−. De verdeling tussen deze species hangt sterk af van de pH en de temperatuur. Bij benadering liggen pK1 en pK2 bij circa 6,3 en 10,3 bij 25°C, hoewel ionsterkte en temperatuur in natuurlijke水en deze waarden kunnen veranderen. Alkaliniteit wordt in de regel gedefinieerd als TA ≈ [HCO3−] + 2[CO3^2−] + [OH−] − [H+] met kleine afwijkingen door overige basen.

Betekenis en toepassingen: in zeewater bepalen de koolstofsystemen de pH en de beschikbaarheid van carbonate-ionen, wat essentieel is voor mariene calcificerende organismen. Toenemende atmosferische CO2, veroorzaakt door mensen, verlaagt pH en vermindert de hoeveelheid CO3^2−, wat verzuring van de oceaan versterkt. Transmissie- en opslagprocessen, evenals verzurende scenario’s, worden vaak geanalyseerd met behulp van dit systeem en bijbehorende parameters zoals pH, DIC en TA.

Metingen en modellering: gebruikelijke meetwaarden zijn pH, TA en DIC; methoden omvatten titrimetrie en coulometrie voor DIC en alkaliniteit, elektroden- of spectrofluorometrische pH-bepaling, en koolstofgebaseerde geochemische modellen voor prognoses.