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水のpH

(執筆中)

<海水>

海水のpHは弱アルカリ性を示し、表層水では8.1~8.2となっている。これは図1に示すようにCa2+、Mg2+、HCO3、H3BO3などのpH緩衝能をもつ電解質を含んでいるからである。気象庁によると、表面海水中での約8.1から深くなるにつれてpHは下がり、北西太平洋亜熱帯域では水深1000m付近で約7.4と最も低くなる(北西太平洋亜熱帯域でのpHの平均的な鉛直分布)。これは、深くなるにつれて有機物の分解により海水中の酸素が消費され、全炭酸濃度が増加することによる。

<河川水>

<湖沼水>

<池水>

藻類が繁茂する池の表面水は、夏の日照りの強い日中にはpH10にもなる。光合成が盛んに行われ炭酸が消費されるからである。

<地下水>

地表から浸透した降水には、大気中に含まれる二酸化炭素が溶存しており、また、浅い地層に堆積した主に植物起源の有機物が分解して生成した二酸化炭素が地下水に溶け込んでいる。このため浅層の地下水では、やや酸性(6付近)のpHを示す。地下水が流動するとともに、二酸化炭素は砂礫と接触してナトリウムイオン等のアルカリ成分を溶かし出し、二酸化炭素は炭酸水素イオンに変化して、アルカリ性を示すようになる。このように、沖積平野の深部に帯水する年代の古い地下水では、二酸化炭素が消失してpHが上昇します。場合によっては9.0を示すこともある。pHが9を超える事例は、溶存成分が比較的少ない花こう岩質の母岩から湧出する温泉水などでみられ、泉質はアルカリ性単純温泉と呼ばれ、全国各地にある [日本地下水学会]。
しかし、パイライトFeSを含む地層の地下水や鉱山湧水が地表に出ると、強い酸性を示す。これは溶解したFe2+が酸素によりFe3+に酸化されて、H+が放出されるからである(2Fe2+ + O2/2 + 2H2O → Fe2O3(s) + 4H+:鉄バクテリアも共存し水路は赤色で覆われる)。この酸化反応において、共存する炭酸水素イオンHCO3が重要な役割を示し、HCO3が全て消費されると、この反応は停止する。

<工場排水>

また、工場排水には、行程により様々な成分が含まれており、その排水のpH挙動も様々である。金属イオンの溶解度はpHに大きく依存し、このpH調整により水中から除去できるものも多い。

図1 海水中の主要化学成分の濃度

成分 化学式 質量% 溶質% 成分 化学式 質量% 溶質%
ナトリウムイオン Na+ 1.0556 30.61 塩化物イオン Cl 1.8980 55.05
マグネシウムイオン Mg2+ 0.1272 3.69 硫酸イオン SO42− 0.2649 7.68
カルシウムイオン Ca2+ 0.0400 1.16 炭酸水素イオン HCO3 0.0140 0.41
カリウムイオン K+ 0.0380 1.10 臭化物イオン Br 0.0065 0.19
ストロンチウムイオン Sr2+ 0.0008 0.03 フッ化物イオン F 0.0001 0.003
ホウ酸 H3BO3 0.0026 0.07


掲載日:2017/05/06
更新日:2017/07/07

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