Jämvikter i naturen

Under vårt förra århundrade har förbränningen av fossila bränslen av olika slag tillfört atmosfären koldioxid i en allt ökande takt. Vi talar om växthuseffekten. Vi vet att vatten tar hand om och löser koldioxid med ett system av jämvikter där också kalciumkarbonat deltar om vattnet innehäller kalk från berggrunden.

• Kan det vara så att vattnet är lösningen på vårt stora miljöproblem? Kan vattnet befria miljön från den allt ökande mängden koldioxid i atmosfären?

Fundera runt den frågeställningen när du studerar några animationer av jämviktsreaktioner i vatten där koldioxiden deltar.

---

Vi tittar närmare på vad som händer när koldioxid löser sig i vatten.

I den första animationen beskrivs hur kolsyra bildas när koldioxid reagerar med vatten. Kolsyran protolyseras delvis och vi får vätekarbonatjoner. I kalkhaltigt vatten tas oxoniumjoner upp av kalciumkarbonatet och karbonatjonerna omvandlas till vätekarbonatjoner. I vattnet finns nu fria kalciumjoner och vätekarbonatjoner.

Videofilm som visar hur kolsyra bildas (2524 kb).

1. Koldioxid ger kolsyra

Vi känner till att koldioxid som löses i vatten ger kolsyra. Koldioxid – kolsyrajämvikten kan skrivas:

CO₂ + H₂OH₂CO₃   (1)

Jämvikten för reaktionen är starkt förskjuten åt vänster.

2. Protolys av kolsyra

Kolsyra är en svag syra och protolyseras mycket ofullständigt. Det sker i två steg enligt:

H₂CO₃ + H₂OH₃O⁺ + HCO₃^-   (2)

Varav nästa steg i mycket ringa grad:

HCO₃^- + H₂OH₃O⁺ + CO₃^2-   (3)

---

Faktorer som påverkar koldioxidens löslighet

1. Temperaturens betydelse

Klicka på den flaska som du tror har lägst temperatur, A eller B.

Observera att i exemplet är det stor skillnad i flaskornas temperaturer.

Vad har alltså en förändring av temperaturen för betydelse för jämvikten (1) och lösligheten av koldioxid? [svar]

2. Kalkhaltens betydelse

Finns kalciumkarbonat närvarande i vattnet kommer kalciumkarbonatet att lösas upp genom att karbonatjonen tar upp en proton från oxoniumjonerna i reaktion 2 och 3 och ytterligare en vätekarbonatjon samt en fri kalciumjon bildas (4).

CaCO₃ + H₃O⁺ Ca²⁺ + HCO₃ ^-+ H₂O    (4)

Vid reaktionerna ovan (1), (2) och (3) förbrukas koldioxid.

Kalkhaltigt vatten löser alltså koldioxid tills reaktionernas jämvikter, som är starkt förskjutna åt vänster, ställt in sig.

Avges däremot koldioxid genom att temperaturen höjs eller att avdunstning sker kommer reaktionerna 1, 2 , 3 och 4 att gå åt vänster. Då bildas kolsyra och karbonatjoner av vätekarbonatjonerna, vilket resulterar i att svårlösligt kalciumkarbonat (kalk) bildas.

Videofilm som visar hur kolsyra avges (2223 kb).

På det här sättet uppstår stalagmiter när kalkhaltigt vatten sakta droppar från taket i en kalkstensgrotta.

---

Jämvikter ställer in sig

Temperaturförändringar har ingen betydelse för den totala absorptionen av koldioxid. Förändringarna varierar mer eller mindre med årstiderna.
Vi kan säga att det redan i dag råder jämvikt i våra sjöar och vattendrag mellan upptagen och avgiven koldioxid.

Vattenmassan är där relativt begränsad jämförd med världshavens enormt stora vattenreservoar där en långsam cirkulationen gör det möjligt för vattnet att lösa mera koldioxid.

Förr eller senare kommer emellertid även jämvikterna i haven att ställa in sig.

Icke förnyelsebara bränslen ger atmosfären ett tillskott av koldioxid som vattnet alltså inte kan lösa.

Vi har därmed kvar vårt stora miljöproblem. Hur man försöker lösa det kan du läsa mera om genom att gå in på länkarna nedan.

Miljöportalen - Att fånga och lagra koldioxid