酸中和能力
酸中和能力、略してANC は、表面水や土壌水などの溶液の 酸性化に対する全体的な緩衝能力を測る指標です。
ANCは、強塩基の陽イオンと強酸の陰イオンの差として定義されます（下記参照）。あるいは、動的には、サンプルのpH値を任意の値に変更するために必要な酸の量として定義されます。[ 1 ]アルカリ度という概念は、今日では正のANCと同義語としてよく使用され、同様に酸性度は負のANCを意味するために使用されることがよくあります。しかし、アルカリ度と酸性度には、実験設定（滴定）に基づく定義もあります。
ANC は、さまざまな地理的領域における酸性雨汚染による酸性化レベルを計算するモデルや、森林土壌および表層水の 臨界負荷を計算する基礎としてよく使用されます。
天然水中のpHと ANCの関係は、二酸化炭素、有機酸、アルミニウムの溶解度という 3 つの条件によって決まります。 溶存二酸化炭素の量は、大気中の二酸化炭素圧と平衡している場合よりも通常は多くなります。 これは生物活動によるものです。有機物が分解されると二酸化炭素が放出され、溶存二酸化炭素の量が増えます。 二酸化炭素が増加すると pH は下がりますが、ANC には影響しません。溶存有機炭素(DOC) として表現されることが多い有機酸も pH を下げますが、ANC には影響しません。 通常、上層の土壌水は下層の土壌水よりも有機物含有量が多くなります。 DOC が高い表層水は、集水域に泥炭や湿原が多い地域によく見られます。 アルミニウムの溶解度は少々扱いにくく、モデル化には複数のカーブ フィットのバリエーションが使用されますが、一般的なものの 1 つは次のとおりです。
- [Al 3+ ] = k G [H + ] 3
右の図では、4 つの異なる溶液の pH と ANC の関係を示しています。青い線は、溶液の DOC が 1 mg/L です。これは、大気の二酸化炭素圧の 2 倍の雰囲気と平衡状態にある溶液と同等の二酸化炭素溶解量です。他の線では、1 つを除いて 3 つのパラメーターすべてが青い線と同じです。したがって、オレンジ色の線は有機酸を多く含んだ DOC が 80 mg/L の溶液です (通常は非常に茶色い湖水や森林土壌の表土層の水です)。赤い線は、溶存二酸化炭素量が多く (pCO 2は周囲水の 20 倍)、地下水では珍しいレベルではありません。最後に、黒い点線はアルミニウムの溶解度が低い水です。
ANCが強塩基の陽イオンと強酸の陰イオンの差として定義されることが多い理由は、ANCが電荷バランスから導かれるからです。簡単にするために、少数の種のみを含む溶液を考え、水溶液が電気的に中性であるという事実を用いると、次のようになります。
- [H + ] + 2[Ca 2+ ] + [Na + ] + 3[Al 3+ ] + 2[Al(OH) 2+ ] + [Al(OH)+2] = [OH − ] + [Cl − ] + 2[CO2−3] + [HCO−3] + [R − ]
ここで、R −は有機酸の陰イオンを表す。ANCは、平衡に支配されるすべての化学種（すなわち弱酸および弱塩基に関連する化学種）を片側に、平衡に支配されない化学種（すなわち強酸および強塩基に関連する化学種）をもう片側に集めることによって定義される。したがって、上記の化学種を用いると、
- ANC = 2[Ca 2+ ] + [Na + ] − [Cl - ]
または
- ANC = [OH − ] + 2[CO2−3] + [HCO−3] + [R − ] − [H + ] − 3[Al 3+ ] − 2[Al(OH) 2+ ] − [Al(OH)+2]
注記
- DOC または CO 2の変化（またはアルミニウムの溶解度ですが、アルミニウムの溶解度は簡単に制御できるものではありません）は ANC にまったく影響を及ぼしません。
- 湖のpHとANCの関係が確立されると、pHとANCの関係を使用して、湖のpHを例えば5.5に上げるために必要な石灰岩の量を簡単に計算できます。
- DOC が高いと pH が低くなるため、すべての酸性湖が人間の影響で酸性になるわけではありません。
- 濃度は種の電荷と掛け算され、したがって1リットルあたりのモル電荷の単位となる。
参考文献
- ^ Stumm, Werner (1981).水生化学：天然水における化学平衡に焦点を当てた入門. ニューヨーク: Wiley. ISBN 0-471-04831-3. OCLC 6889980 .
