碳酸钙的溶解度 碳酸钙的溶解度和上述氯化钠溶解度相类似,特别是这一点——溶解度是由钙和碳酸离子的离开及附着速度决定的,人为地提高其中某种离子数量会使另一种离子趋向于附着在固体表面。举例来说,这就解释了为什么在海水中碱度和钙的浓度是相关的。 某些方面碳酸钙溶解度的影响要比氯化钠要复杂得多,那将在下面的章节中讨论。但是一些有关这种关系的重要问题必须在更深入前解释清楚。例如: 1.正常海水(钙= 420 ppm,pH= 8.2,碱度= 2.5meq/L(7dKH))中的碳酸钙是处于大大过饱和状态的。也就是说,水中的含量已经超过维持长期稳定状态所需的量。在海水中,钙和碳酸离子附着于纯碳酸钙固体表面的速度要高于它们离开的速度(镁离子则改变了这种关系,后面的章节会进行详细的讨论)。 2.如果水中含有过量的钙和碳酸离子,那么碳酸钙沉淀就可能会开始出现,这种沉淀会持续进行直到重新达到饱和状态。换句话说,如果礁岩缸中的钙或(和)碳酸离子浓度很高,则碳酸钙沉淀会使两者浓度同时降低。同样,镁往往改变着这种关系。这一效果可以通过在海水中加入新鲜的碳酸钙沙来证明,当碳酸钙沉积,水中的pH值会明显降低。也许还能检测到钙和碱度的降低,但是此进程通常会在这些参数无法被常规测试剂检测到之前停止(由于镁离子的干涉)。 3.超过饱和状态所需量的钙和碳酸离子越多,则出现碳酸钙沉淀的速度越快。换言之,附着的速度越大于离开的速度,则沉淀发生得越快。 4.如果水中的钙和碳酸离子低于饱和状态,则不会有净沉淀现象发生。换句话说,如果礁岩缸中的钙或碳酸离子浓度非常得低,则提高某一种或同时两种的量到正常浓度不会立即导致另一种离子的减少。
碳酸钙和pH值 碳酸钙的溶解度很大程度上取决于pH值。pH值越低,则有更多碳酸钙可溶解。这也是源于我们一直在分析的原理:钙和碳酸离子的离开和附着。在这种情况下,pH值的影响是出于溶液中碳酸离子浓度的变化。 重碳酸和碳酸是同一种离子的两种形态。在低pH值的环境下,重碳酸形态(HCO3-)占优势,在高pH值的环境下,越来越多的离子以碳酸形态 (CO3–)存在(图6)。 这种效果是非常强大的,当pH值低于9的时候,每降低0.3个单位,碳酸浓度则相应地降低2倍,pH值降低1个单位,则碳酸浓度降低10倍。 pH值7.8 pH值8.0 pH值8.5 pH值9.0 图6: 上图显示了重碳酸(绿色)和碳酸(红色)离子当pH值变化时在溶液中的数量变化关系。当pH值升高时,大部分的离子以碳酸形态存在。图中的离子相对数量变化精确反映了在不同pH值下的两种形态的比率(溶液中的碱度也在升高,因为1个碳酸离子对碱度的影响相当于2个重碳酸离子的影响)。 因此随着pH值的变化,溶液中碳酸离子的数量也在变化。因为正是碳酸离子浓度的变化改变着碳酸的附着速度(即碳酸附着于固体表面的速度),pH值越高,碳酸附着于固体表面的速度越快。这意味着,反过来,pH值越高,碳酸钙的溶解度越低。 更低的溶解度意味着碳酸钙沉淀会在高pH值环境下更多的发生。换句话说,当pH值升高,能在溶液中存在的钙和碱度减少了。 举例说明,这种效果就解释了为什么使用石灰水大幅提高pH值后会快速出现碳酸钙沉淀现象。其实没有必要使用石灰水,因为它增加了很多的钙和碱度,尽管石灰水的确有用,但是同时它使pH值升高,水中存在的许多的重碳酸转换为碳酸,导致了碳酸浓度剧烈提升。 相反的,pH值下跌则能在增加了钙和碱度的同时不出现沉淀现象。举例说明,这种效果就解释了为什么使用二氧化碳来将pH值大幅降低后,能在碳酸钙/二氧化碳反应器(俗称“钙反”——译者注)中溶解碳酸钙。在pH值为6.5时,碳酸在溶液中的量比pH值为8.2时少50倍,所以碳酸离子附着固体表面的速度大大降低。在附着速度大大降低后,那么在溶液达到饱和状态(即溶解停止)前能有多得多的净碳酸钙溶解。 上述的这种效应是困扰许多鱼友的问题之一。在低pH值(假设7.8吧),比在高pH值(假设8.5)能在溶液中溶解多得多的钙和碱度。基于这个原因,缸内pH偏低的鱼友们经常宣称他们能毫无困难的保持缸内高浓度的钙和碱度,也几乎无需去清除泵上的碳酸钙(即碳酸钙沉淀很少——译者注),而其他一些缸内pH值偏高的鱼友则不能理解为什么他们不能保持缸内高浓度的钙和碱度,并且泵经常被堵塞。造成这种不同效果的原因就是在高pH值环境下有更多的碳酸(另一个原因可能是许多的珊瑚在高pH值环境下,的确需要消耗更多的钙和碱度,因为它们能在高pH环境下更快钙化生长)。不要因为能更简单的维护钙和碱度,并且泵阻塞缓慢就想当然的认为低pH值更好。低pH值会对很多钙化生长的珊瑚造成强烈不适应,因为它们在低pH环境下钙化更困难。这是由于它们在吸收重碳酸并转换为碳酸的过程中需要释放出质子(H+),而pH值越低,则溶液中的H+越多,这样的话释放更多的H+出来就变得更困难了。
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