Syraneutraliserande förmåga

Syraneutraliserande kapacitet eller ANC i korthet är ett mått på den totala buffertförmågan mot försurning av en lösning, t.ex. ytvatten eller markvatten .

ANC definieras som skillnaden mellan katjoner av starka baser och anjoner av starka syror (se nedan), eller dynamiskt som mängden syra som behövs för att ändra pH-värdet från provets värde till ett valt annat värde. Begreppen alkalinitet används numera ofta som en synonym till positiv ANC och på liknande sätt används ofta surhet för att betyda negativ ANC. Alkalinitet och surhet har dock också definitioner baserade på en experimentell uppställning (titrering).

ANC används ofta i modeller för att beräkna försurningsnivåer från sura regnföroreningar i olika geografiska områden, och som underlag för beräkning av kritiska belastningar för skogsmark och ytvatten.

Förhållandet mellan pH och ANC i naturliga vatten beror på tre förhållanden: Koldioxid , organiska syror och aluminiumlöslighet . Mängden löst koldioxid är vanligtvis högre än vad som skulle vara fallet om det fanns en jämvikt med koldioxidtrycket i atmosfären. Detta beror på biologisk aktivitet: Nedbrytning av organiskt material frigör koldioxid och ökar därmed mängden löst koldioxid. En ökning av koldioxid minskar pH men har ingen effekt på ANC. Organiska syror, ofta uttryckta som löst organiskt kol (DOC), minskar också pH och har ingen effekt på ANC. Jordvatten i de övre lagren har vanligtvis högre organiskt innehåll än de nedre jordlagren. Ytvatten med hög DOC finns vanligtvis i områden där det finns mycket torv och myrar i avrinningsområdet. Aluminiumlöslighet är lite knepigt och det finns flera kurvanpassningsvarianter som används i modellering, en av de vanligaste är

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

I bilden till höger visas förhållandet mellan pH och ANC för fyra olika lösningar. I den blå linjen har lösningen 1 mg/L DOC, en upplöst mängd koldioxid som motsvarar en lösning som är i jämvikt med en atmosfär med två gånger koldioxidtrycket i vår atmosfär. För de andra linjerna är alla tre parametrarna utom en samma som för den blå linjen. Således är den orange linjen en lösning laddad med organiska syror, med en DOC på 80 mg/L (typiskt mycket brunt sjövatten eller vatten i det översta jordlagret i en skogsjord). Den röda linjen har en hög mängd löst koldioxid (pCO ₂ =20 gånger omgivningen), en nivå som inte är ovanlig i grundvatten. Slutligen är den svarta streckade linjen ett vatten med lägre aluminiumlöslighet.

Anledningen till att ANC ofta definieras som skillnaden mellan katjoner av starka baser och anjoner av starka syror är att ANC härrör från en laddningsbalans: Om vi ​​för enkelhets skull betraktar en lösning med endast ett fåtal arter och använder det faktum att en vattenlösning är elektriskt neutral får vi

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

där R ⁻ betecknar en anjon av en organisk syra. ANC definieras sedan genom att samla alla arter som kontrolleras av jämvikt (dvs arter relaterade till svaga syror och svaga baser) på ena sidan och arter som inte kontrolleras av jämvikt (dvs arter relaterade till starka syror och starka baser) på den andra sidan. Alltså, med arten ovan får vi

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

eller

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

Notera

1. att en förändring av DOC eller CO ₂ (eller för den delen aluminiumlöslighet, men aluminiumlöslighet är inget som är lätt att kontrollera) INTE har någon effekt på ANC.
2. att när en pH-ANC-relation för har fastställts för en sjö kan pH-ANC-relationen användas för att enkelt beräkna mängden kalksten som behövs för att höja sjöns pH till t.ex. 5,5
3. inte alla sura sjöar är sura på grund av mänsklig påverkan eftersom hög DOC ger lågt pH.
4. att koncentrationerna multipliceras med artens laddning, därav enhetens molladdning per liter