Hiilidioksidireaktiot - pH - Diffuusio

Hiilidioksidi ja pH ovat tiiviissä yhteydessä sillä merivedessä pH määräytyy hiilidioksidi- ja karbonaatti/bikarbonaattireaktioiden perusteella. Tämä HCO₃^-/CO₂-tasapaino pitää meriveden pH:n vakiona. Valtamerissä pääkationien pitoisuuksien summa on hieman suurempi kuin pääanionien pitoisuuksien summa - erotus tasapainottuu hiilidioksiditasapainon avulla. Monien aineiden liukoisuus ja olomuodot, sekä biologisten prosessien nopeus riippuvat veden happamuudesta. Meriveden pH on lievästi emäksisen puolella.

Esim. pohjavesissä pH on yleensä lievästi happamuuden puolella. Tämä aiheutuu orgaanisen materiaalin hajoamis- ja hengitysreaktioista, jossa vapautuva CO₂ reagoi veden kanssa muodostaen hiilihappoa. Tällaisissa olosuhteissa mm. rautaioni kulkee pohjaveden mukaan mereen. Itämerellä raudan hapetusasteella on suuri merkitys. Fe (III) muodostaa fosfaatin kanssa niukkaliukoisen hydrokompleksin, jolloin veden fosfaattipitoisuus laskee. Itämeren vesimassa on kerrostunut, joten happi toisinaan loppuu alusvedestä. Redox-potentiaali putoa negatiiviseksi ja rauta pelkistyy kahdenarvoiseksi. Silloin rautakompleksina sitoutunut fosfaatti liukenee uudelleen vesimassaan. Mikäli tämä ravinteita sisältävä vesimassa työntyy kohti rannikkoa voi se saada aikaan voimakkaita planktonkukintoja.

Hiilidioksidireaktioiden komponentit ovat:
CO₂ (g) ilmakehän hiilidioks
CO₂ (aq) liuennut hiilidioksid
H₂CO₃ dissosiotumaton hiilihappo
HCO₃^- bikarbonaatti-ioni
CO₃⁼ karbonaatti-ioni
H⁺ vetyioni (protoni)
OH^- hydroksyyli-ioni

Hiilihappotasapainoreaktiot:
CO₂ (g) + H₂O = CO₂ (aq)
CO₂ (aq) + H₂O = H₂CO₃
H₂CO₃= HCO₃^- + H⁺
HCO₃^- = CO₃⁼ + H⁺
CaCO₃ (s) = Ca⁺⁺ + CO₃⁼
CaCO₃ (s) + H⁺ = Ca⁺⁺ + HCO₃^-
H₂O = H⁺ + OH^-

riippuvat lämpötilasta ja suolapitoisuudesta, eikä tasapainojen asettuminen ole aina yksinkertainen monien yhtäaikaa voimassa olevien reaktioiden vaikuttaessa. Esim. planktonkukinnan aikana veteen sitoutuu huomattava määrä hiilidioksidia, joka nopeasti pelkistyy orgaaniseksi hiileksi eikä tilanne ole tasapainossa.

Hiukkaset (ionit ja alkuaineet) sekoittuvat diffuusion avulla - pitoisuuksien väkevyyserot tasoittuvat. Diffuusiolla on elämän kannalta merkittävä rooli - esim. veteen liuennut happi diffundoituu kalan kiduksissa sen verenkiertoon. Hiilidioksidi diffundoituu päinvastaiseen suuntaan. Difuusiossa ainetta siirtyy väliaineessa konsentraatiogradientin ajamana molekyylien lämpöliikkeen seurauksena. Mikroskooppisessa mielessä yksittäiset molekyylit (tai atomit) liikkuvat satunnaisesti kaikkiin suuntiin, mutta olemassa olevasta, pitoisuusgradientista seuraa makroskooppisella tasolla molekyylien nettokulkeutuminen suuremman pitoisuuden alueelta matalammalle.

Takaisin