4.2 酸碱平衡--天然水系中的化学平衡

　　酸碱反应不存在动力学阻碍，多数反应能在瞬间完成，所以仅涉及平衡问题。pH值是体系中最为重要的特性参数，由pH值大体决定体系内各组分的相对浓度。在天然水环境中重要的一元酸碱体系有NH₄ -NH₃、HCN-CN^-等，二元酸碱体系有H₂CO₃-HCO₃^--CO₃^2-、H₂S-HS^--S^2-、H₂SO₃-HSO₃—SO₃^2-等，三元酸碱体系有H₃PO₄^-H₂PO₄—HPO₄2—PO₄^3-等。强酸或强碱在天然水体中出现的可能很小。

　　4.2.1 天然水的酸碱性

　　大多数含有矿物质的天然水，其pH值一般都在6～9这个狭窄的范围内，并且对于任一水体，其pH值几乎保持恒定。在与沉积物的生成、转化及溶解等过程有关的化学反应中，天然水的pH值具有很大意义，它往往能决定转化过程的方向。

　　生物活动，如光合作用和呼吸作用，以及物理现象，如自然的或外界引起的扰动伴随着曝气作用，都会或增或减地使水中溶解性二氧化碳浓度发生变化，从而影响水体pH值。此外，其他一些借助于生物进行的反应也会影响天然水的pH值，如黄铁矿被氧化的反应会导致pH降低；反硝化或反硫化等过程则趋向于使pH值升高。

　　在大多数天然水中都有HCO₃^-和CO₃^2-作为碱存在。有时还可存在别的低浓度碱，如B₄O₇^2-、PO₄^3-、AsO₄3-、NH₃、SiO₃^2-等。火山和温泉向水中加入HCl和SO₂之类气体，可强烈地产生酸性水。工业废水中含有的游离酸或多价金属离子经排放而进入天然水系，也可使水具酸性。另外一些酸性成分是硼酸、硅酸和铵离子。总的说来，天然水体中最重要的酸性成分还是CO₂，它与水形成相对平衡的碳酸体系。

　　4.2.2 酸-碱体系的特性

　　4.2.2.1酸碱质子理论

　　在各种酸碱理论中，由布朗斯特德和劳莱于1923年提出的酸碱质子论是最适用于水体化学的一种理论。按这种理论对酸和碱所下的定义是：酸是一种质子给体，碱是一种质子受体。例如，在下列反应中：

HCl H₂OCl^- H₃O

　　当反应自左向右进行时，HCl起酸的作用（质子给体），H₂O起碱的作用（质子受体）。由于质子十分微小又不能独立存在，所以在水体中往往由溶剂水分子作质子受体而生成水合氢离子H₃O 。虽然上述反应朝右侧进行的趋势十分强烈，但仍可将反应视为可逆的。如果反应逆向进行，则应将H₃O 视为酸，Cl^-则为碱。HCl-Cl^-和H₃O -H₂O实质上是两对共轭酸碱体。

　　另举一酸碱反应例：

H₂O NH₃OH^- NH₄

　　对这个反应来说，H₂O起了酸的作用。比较上述两个例子，可以说，水具有两重性，即它在反应中既能作酸又能作碱，全视它与什么物质作用而定。也可以说，一种物质到底是酸还是碱，脱离了具体的反应是无法确定的。

　　对以上两反应写成一般式就是

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