水及弱酸的离解

纯水或含有其它溶质的水溶液中的水分子都会离解，其反应为：

H₂O=H⁺+OH^-

按质量作用定律，达离解平衡时可表达为：

水文地球化学基础

式中，K_W是水的离解常数。在稀溶液中，水的活度为1。海水中水的活度为0.98;20%NaC1溶液中水的活度为0.84。因此，除高浓度的地下盐水或卤水外，一般地下水的水活度都可看作是1。因此（1.20）式可表示为

水文地球化学基础

K_W随温度而变化。0℃至60℃的K_W值列于表1.6。

在水文地球化学研究中，通常把pH=7视为中性。严格来说，这是不够确切的。从表1.6可以看出，中性pH值随温度而变。如水温为10℃，pH=7，这时的水并非中性，而是偏酸性，如水温为40℃，pH=7，此时的水也并非中性，而是偏碱性；只有25℃时，pH=7，水为中性。因此，如所研究的地下水温偏离25℃太大的话，不应把pH=7视为中性。

表1.6　水的离解常数（K_W）及中性pH值

来源：据Garrels and christ（1965）^[9］

水的离解是H⁺的来源，但是，水溶液中的许多反应都可能产生H⁺或消耗H⁺，一些弱酸的离解控制着水中的pH值。主要的弱酸是碳酸，其次是磷酸。这些酸也称为“多元酸”，它可进行几次离解。如磷酸分三次离解：

水文地球化学基础

磷酸每一次的离解都产生H⁺，所以这种反应与水溶液的pH有关。碳酸的离解对地下水的pH控制更明显。此问题在下一节详细阐述。

地下水中还有许多反应产生H⁺，例如，

硫化氢氧化　H₂S（aq）=HS-+H⁺

黄铁矿氧化　

地下水中许多反应消耗H⁺，例如：

方解石溶解　

钠长石溶解　2NaAlSi₃O₈（s）+2H⁺+9H₂O=A1₂Si₂O₆（OH）₄（s）+4H₄SiO₄（aq）+2Na⁺

上述反应式括弧中的“aq”代表液相。