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の尺度です。

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)。または、動的には、サンプルの pH 値を選択した別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]アルカリ度の概念は、今日では正の ANC の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。ただし、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、森林土壌や表層水の 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状態にあ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加します。二酸化炭素が増加すると pH は低下しますが、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 を低下させますが、ANC には影響しません。上層の土壌水は、通常、下層の土壌水よりも有機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が難しいため、モデル化には複数の曲線近似法が使用されますが、最も一般的なものの 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 の関係が示されています。青い線の溶液には 1 mg/L DOC が含まれています。これは、大気の 2 倍の二酸化炭素圧を持つ大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溶液で、DOC は 80 mg/L です (通常、非常に茶色い湖水または森林土壌の表土層の水)。赤い線は、溶解した二酸化炭素の量が多く (pCO ₂ = 周囲の 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のは、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、数種類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[CO ₃ ²⁻ ] + [HCO−3] + [R ⁻ ]

ここで、R ^{− は}有機酸のアニオンを表す。ANCは、平衡によって制御されるすべての種（すなわち、弱酸および弱塩基に関連する種）を片側に集め、平衡によって制御されない種（すなわち、強酸および強塩基に関連する種）をもう一方の側に集めることによって定義される。したがって、上記の種では、

ANC = 2[Ca ²⁺ ] + [Na ⁺ ] - [Cl ^- ]

または

ANC = [OH ⁻ ] + 2[CO ₃ ²⁻ ] + [HCO−3] + [R ⁻ ] - [H ⁺ ] - 3[Al ³⁺ ] - 2[Al(OH) ²⁺ ] - [Al(OH) ₂ ⁺ ]

1. _{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 に何の影響も与えません。
2. 湖のpH-ANC関係が確立されると、pH-ANC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。
3. 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。
4. 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。