Capacidad de neutralización de ácidos

La capacidad de neutralización de ácidos , o ANC por sus siglas en inglés, es una medida de la capacidad amortiguadora general contra la acidificación de una solución, por ejemplo, agua superficial o agua del suelo .

La ANC se define como la diferencia entre los cationes de bases fuertes y los aniones de ácidos fuertes (véase más abajo), o dinámicamente como la cantidad de ácido necesaria para cambiar el valor de pH desde el valor de la muestra a un valor diferente elegido. ^{[ 1 ]} El concepto de alcalinidad se usa hoy en día a menudo como sinónimo de ANC positiva y, de manera similar, la acidez se usa a menudo para referirse a una ANC negativa. Sin embargo, la alcalinidad y la acidez también tienen definiciones basadas en una configuración experimental ( titulación ).

El ANC se utiliza con frecuencia en modelos para calcular los niveles de acidificación derivados de la contaminación por lluvia ácida en diferentes áreas geográficas, y como base para calcular las cargas críticas para los suelos forestales y las aguas superficiales.

La relación entre el pH y la ANC en aguas naturales depende de tres condiciones: dióxido de carbono , ácidos orgánicos y solubilidad del aluminio . La cantidad de dióxido de carbono disuelto suele ser mayor que si existiera un equilibrio con la presión atmosférica de dióxido de carbono. Esto se debe a la actividad biológica: la descomposición de la materia orgánica libera dióxido de carbono y, por lo tanto, aumenta la cantidad de dióxido de carbono disuelto. Un aumento del dióxido de carbono disminuye el pH, pero no afecta a la ANC. Los ácidos orgánicos, a menudo expresados ​​como carbono orgánico disuelto (COD), también disminuyen el pH y no afectan a la ANC. El agua del suelo en las capas superiores suele tener un mayor contenido orgánico que las capas inferiores. Las aguas superficiales con alto contenido de COD se encuentran típicamente en áreas donde hay mucha turba y turberas en la cuenca. La solubilidad del aluminio es un poco compleja y existen varias variantes de ajuste de curvas utilizadas en la modelización, una de las más comunes es:

[ Al ³⁺ ] = k _G [ H ⁺ ] ³

En la ilustración de la derecha, se muestra la relación entre pH y ANC para cuatro soluciones diferentes. En la línea azul, la solución tiene 1 mg/L de DOC, una cantidad de dióxido de carbono disuelto equivalente a una solución en equilibrio con una atmósfera con el doble de la presión de dióxido de carbono de nuestra atmósfera. Para las otras líneas, los tres parámetros, excepto uno, son iguales que para la línea azul. Así, la línea naranja es una solución cargada de ácidos orgánicos, con un DOC de 80 mg/L (típicamente agua de lago muy marrón o agua en la capa superficial del suelo en un suelo forestal). La línea roja tiene una alta cantidad de dióxido de carbono disuelto (pCO₂ ₌ 20 veces la ambiental), un nivel que no es infrecuente en aguas subterráneas. Finalmente, la línea de puntos negra es un agua con una menor solubilidad de aluminio.

La razón por la que la ANC se define a menudo como la diferencia entre cationes de bases fuertes y aniones de ácidos fuertes es que la ANC se deriva de un equilibrio de carga: si para simplificar consideramos una solución con solo unas pocas especies y usamos el hecho de que una solución acuosa es eléctricamente neutra, obtenemos

[ H ⁺ ] + 2 [ Ca ²⁺ ] + [ Na ⁺ ] + 3 [ Al ³⁺ ] + 2 [ Al(OH) ²⁺ ] + [ Al(OH) + 2 ] = [ OH ⁻ ] + [ Cl ⁻ ] + 2 [ CO 2− 3 ] + [ HCO − 3 ] + [ R ⁻ ]

donde R ⁻ denota un anión de un ácido orgánico. ANC se define entonces reuniendo todas las especies controladas por el equilibrio (es decir, especies relacionadas con ácidos y bases débiles) en un lado y especies no controladas por el equilibrio (es decir, especies relacionadas con ácidos y bases fuertes) en el otro lado. Así, con las especies anteriores obtenemos

RAN = 2 [ Ca ²⁺ ] + [ Na ⁺ ] − [ Cl ⁻ ]

o

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

1. que un cambio en el DOC o CO ₂ (o, de hecho, la solubilidad del aluminio, pero la solubilidad del aluminio no es algo que se pueda controlar fácilmente) NO tiene ningún efecto sobre el ANC.
2. que una vez que se ha establecido una relación pH-ANC para un lago, dicha relación se puede utilizar para calcular fácilmente la cantidad de piedra caliza necesaria para elevar el pH del lago a, por ejemplo, 5,5.
3. No todos los lagos ácidos lo son debido a la influencia humana, ya que un alto contenido de carbono orgánico disuelto (COD) produce un pH bajo.
4. que las concentraciones se multiplican por la carga de la especie, por lo tanto la unidad de carga molar por litro