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化学では、2つの反対の反応が同じ速度で発生すると、システム内で平衡が発生します。この平衡が発生するポイントは、熱力学によって、またはより具体的には、放出されるエネルギーの量とプロセスに関連するエントロピーの変化によって設定されます。温度と圧力の所定の条件下では、反応物と生成物の比率は平衡定数と呼ばれる定数です。二酸化炭素の分圧CO2がわかっている場合、平衡定数を使用して溶液中のHCO3-の濃度を計算できます。
溶解した二酸化炭素を炭酸、重炭酸塩、炭酸塩に変える反応の化学式を書きます。方程式は次のとおりです。
H2O + CO2 <=> H2CO3 <=> H +およびHCO3- <=> -2の電荷を持つ別のH +およびCO3。
このシリーズのすべての反応は双方向です。つまり、反応は前後に進むことができます。平衡定数を使用して、平衡状態の重炭酸塩HCO3の濃度を計算できます。
システムは室温で標準気圧であり、炭酸塩はごくわずかな量しか存在せず、重炭酸塩と炭酸が溶液中の主要な種であると仮定します。これは、pHが8または9以下、つまり中性および酸性溶液の場合、有効な仮定です。アルカリ性の高い溶液では、炭酸は微量しか存在せず、重炭酸塩と炭酸塩が主要な種であるという逆の仮定を立てることができます。
次のように、ヘンリーの法則を使用して、1リットルあたりのモル数で溶存CO2の濃度を計算します。
総溶存CO2 =（2.3 x 10 ^ -2）*（CO2の分圧）
次の式を使用して、存在する炭酸の量を計算します。
（1.7 x 10 ^ -3）*（溶存CO2の濃度）=炭酸濃度
炭酸濃度を次の式に代入します。これは、炭酸は弱酸であるため、合理的な近似です。
4.3x10 ^ -7 =（X ^ 2）/（炭酸の濃度）
Xを解くには、両側に炭酸濃度を掛けてから、両側の平方根を取ります。あなたの答えは、重炭酸塩の推定濃度になります。