Carbono inorgánico total

Suma de las especies de carbono inorgánico.

El carbono inorgánico total ( CT o _TIC ) es la suma de las especies de carbono inorgánico .

Los compuestos de carbono se pueden distinguir como orgánicos o inorgánicos , y disueltos o en partículas , según su composición. El carbono orgánico forma la columna vertebral de componentes clave de compuestos orgánicos como proteínas , lípidos , carbohidratos y ácidos nucleicos . El carbono inorgánico se encuentra principalmente en compuestos simples como dióxido de carbono ( CO ₂ ), ácido carbónico ( H ₂ CO ₃ ), bicarbonato ( HCO−3), y carbonato ( CO2-3).

Descripción general

El sistema acuático de carbono inorgánico está compuesto por diversas formas iónicas, disueltas, sólidas y/o gaseosas de dióxido de carbono en el agua. Estas especies incluyen dióxido de carbono disuelto , ácido carbónico , anión bicarbonato , anión carbonato , carbonato de calcio , carbonato de magnesio y otros. Las cantidades relativas de cada especie en un cuerpo de agua dependen de variables físicas que incluyen la temperatura y la salinidad, así como de variables químicas como el pH y la presión parcial del gas. Variables como la alcalinidad y el carbono inorgánico disuelto (o total) definen aún más un equilibrio de masa y carga que limita el estado total del sistema. ^{[1] [2]}

Dados dos de los cuatro parámetros centrales del sistema de carbono inorgánico (pH, alcalinidad, carbono inorgánico disuelto, presión parcial de dióxido de carbono), el resto se puede derivar resolviendo un sistema de ecuaciones que se adhieren a los principios de la termodinámica química . ^[2]

Durante la mayor parte del siglo XX, los equilibrios químicos en los sistemas marinos y de agua dulce se calcularon según diversas convenciones, lo que provocó discrepancias entre los cálculos de los laboratorios y una reproducibilidad científica limitada. ^[3] Desde 1998, se ha utilizado ampliamente una familia de programas de software llamada CO2SYS . Este software calcula equilibrios químicos para especies y parámetros de carbono inorgánico acuático . Su función principal es utilizar dos de los cuatro parámetros centrales del sistema de carbono inorgánico ( pH , alcalinidad , carbono inorgánico disuelto y presión parcial de dióxido de carbono ) para calcular diversas propiedades químicas del sistema. Los programas son ampliamente utilizados por oceanógrafos y limnólogos para comprender y predecir los equilibrios químicos en aguas naturales. ^[4]

Especies de carbono inorgánico

El carbono se separa en cuatro grupos distintos según si es orgánico o inorgánico y si está disuelto o en partículas. Los procesos asociados con cada flecha describen la transformación asociada con la transferencia de carbono de un reservorio a otro.

Las especies de carbono inorgánico incluyen dióxido de carbono , ácido carbónico , anión bicarbonato y carbonato . ^[5] Es habitual expresar el dióxido de carbono y el ácido carbónico simultáneamente como CO ₂ * . C _T es un parámetro clave al realizar mediciones relacionadas con el pH de sistemas acuosos naturales ^[6] y estimaciones del flujo de dióxido de carbono.

${\displaystyle C_{T}={\ce {[CO2^{\star }]{}+[HCO3^{-}]{}+[CO3^{2-}]}}}$

dónde,

• C _T es el carbono inorgánico total
• [CO ₂ *] es la suma de las concentraciones de dióxido de carbono y ácido carbónico ( [CO ₂ *] = [CO ₂ ] + [H ₂ CO ₃ ] )
• [HCO−3] es la concentración de bicarbonato
• [CO2-3] es la concentración de carbonato

Cada una de estas especies está relacionada por los siguientes equilibrios químicos impulsados ​​por el pH:

${\displaystyle {\ce {CO2 + H2O <=> H2CO3 <=> H+ + HCO3- <=> 2 H+ + CO3^2-}}}$

Las concentraciones de las diferentes especies de DIC (y qué especie es dominante) dependen del pH de la solución, como lo muestra un gráfico de Bjerrum .

El carbono inorgánico total normalmente se mide mediante la acidificación de la muestra, lo que lleva los equilibrios a CO ₂ . Luego, este gas se burbujea de la solución y se atrapa, y luego se mide la cantidad atrapada, generalmente mediante espectroscopia infrarroja .

Carbono marino

Relación entre tipos de carbono

El carbono marino se separa aún más en fases particuladas y disueltas. Estos depósitos se definen operativamente mediante separación física: el carbono disuelto pasa a través de un filtro de 0,2 μm y el carbono particulado no.

Hay dos tipos principales de carbono inorgánico que se encuentran en los océanos:

• El carbono inorgánico disuelto (DIC) está formado por bicarbonato ( HCO⁻
  ₃), carbonato ( CO^2-3
  _{​) y dióxido de carbono (incluido el CO 2} disuelto y el ácido carbónico H ₂ CO ₃ ). El DIC se puede convertir en partículas de carbono inorgánico (PIC) mediante la precipitación de CaCO ₃ (biológica o abióticamente). El DIC también se puede convertir en partículas de carbono orgánico (POC) mediante la fotosíntesis y la quimioautotrofia (producción primaria). La DIC aumenta con la profundidad a medida que las partículas de carbono orgánico se hunden y se respiran. El oxígeno libre disminuye a medida que aumenta la DIC porque el oxígeno se consume durante la respiración aeróbica.
• El carbono inorgánico particulado (PIC) es la otra forma de carbono inorgánico que se encuentra en el océano. La mayor parte del PIC es el CaCO ₃ que forma las conchas de diversos organismos marinos, pero que también puede formarse en eventos de merlán . Los peces marinos también excretan carbonato de calcio durante la osmorregulación . ^[7]

Algunas de las especies de carbono inorgánico del océano, como el bicarbonato y el carbonato , contribuyen de manera importante a la alcalinidad , un amortiguador natural del océano que previene cambios drásticos en la acidez (o pH ). El ciclo del carbono marino también afecta las velocidades de reacción y disolución de algunos compuestos químicos, regula la cantidad de dióxido de carbono en la atmósfera y la temperatura de la Tierra. ^[8]

Referencias

1. Zeebe, Richard E.; Wolf-Gladrow, Dieter A. (15 de octubre de 2001). CO2 en agua de mar: equilibrio, cinética, isótopos. Ámsterdam. ISBN 978-0-08-052922-6. OCLC  246683387.{{cite book}}: CS1 maint: location missing publisher (link)
2. Stumm, Werner; Morgan, James J. (2012). Química acuática: equilibrios y tasas químicos en aguas naturales (3ª ed.). Hoboken: Wiley. ISBN 978-1-118-59148-2. OCLC  830169758.
3. Luis; Wallace (1998). "Programa desarrollado para cálculos de sistemas de CO2". ORNL/CDIAC-105 .
4. Orr, JC; Epitalon, J.-M.; Gattuso, J.-P. (09/03/2015). "Comparación de diez paquetes que calculan la química de los carbonatos del océano". Biogeociencias . 12 (5): 1483-1510. Código Bib : 2015BGeo...12.1483O. doi : 10.5194/bg-12-1483-2015 . ISSN  1726-4189.
5. C.Michael Hogan. 2010. Calcio. editores. A. Jorgensen, C. Cleveland. Enciclopedia de la Tierra. Consejo Nacional para la Ciencia y el Medio Ambiente.
6. Stanley E. Manahan. 2005. Química ambiental. Prensa CRC
7. Wilson, RW; Millero, FJ; Taylor, JR; Walsh, PJ; Christensen, V.; Jennings, S.; Grosell, M. (16 de enero de 2009). "Contribución de los peces al ciclo del carbono inorgánico marino". Ciencia . 323 (5912): 359–362. Código Bib : 2009 Ciencia... 323.. 359W. doi : 10.1126/ciencia.1157972. ISSN  0036-8075. PMID  19150840. S2CID  36321414.
8. Emerson, Steven (2008). Oceanografía química y ciclo del carbono marino . Reino Unido: Cambridge University Press. ISBN 978-0-521-83313-4.