تحوُّلات الصَّدَف تعرف إلى سبب أن تحمُّض المحيطات يتسبب في حدوث صدمة قشريَّة لبعض الكائنات البحرية.     اكتشف كيف يحدد الرقم الهيدروجيني للمحلول ما إذا كان الكربون موجودًا بالشكل المطلوب لصنع الصَّدَف.
الأدوات والخامات
					صدف متنوع. خل. كلوريد الكالسيوم (CaCl2، يُباع باسم «دامبريد» DampRid في المتاجر). بيكربونات الصوديوم (NaHCO3، المعروف أيضًا باسم صودا الخبز). 0.25 مولار هيدروكسيد الصوديوم (NaOH، يباع كغسول أو صودا كاوية في المتاجر). عدة أكواب أو عبوات زجاجية شفافة. ماء (غير ظاهر في الصورة). قلم سميك (ماركر) يكتب على البلاستيك أو الزجاج. نظارات واقية. اختياري: مؤشر الرقم الهيدروجيني مثل عصير الملفوف أو البروموثيمول الأزرق أو الفينول الأحمر.

التجميع لا حاجة لذلك.

ماذا تفعل وماذا تلاحظ؟ ضع النظارات الواقية. ضع صدفة في كوب وغطِّها بالخل؛ ماذا تلاحظ؟ اصنع محلول بيكربونات الصوديوم بإضافة ملعقة واحدة من صودا الخبز إلى كوب ماء. اصنع محلولًا منفصلاً من كلوريد الكالسيوم عن طريق إضافة ملعقة واحدة من كلوريد الكالسيوم إلى كوبٍ واحدٍ من الماء. قلِّب كل محلولٍ جيدًا. كيف تصف المحلولين المختلفين؟    في كوبٍ جديدٍ، اسكب كمياتٍ متساويةً من محاليل بيكربونات الصوديوم وكلوريد الكالسيوم؛ اخلط جيدًا. ماذا تلاحظ عندما يختلط المحلولان؟ كيف يختلف هذا عن المحلولين الأصليين؟ (اختياري: في هذه المرحلة، يمكنك إضافة كمية صغيرة من مؤشر الرقم الهيدروجيني لتتبع الرقم الهيدروجيني طوال التجربة. ستنجح التجربة حتى إذا لم يكن لديك مؤشر.) أضف كميات صغيرة من الخل إلى الكوب الذي يحتوي على المحلول المختلط حتى تلاحظ تغييرًا. احتفظ بالمحلول ممزوجًا جيدًا عن طريق التقليب. أضف كميات صغيرة من الـ0.25 مولار هيدروكسيد الصوديوم إلى المحلول المختلط حتى تلاحظ تغييرًا.

ما الذي يحدث؟ المكون الأساسي لمعظم الأصداف البحرية هو كربونات الكالسيوم (CaCO3). ربما لاحظت تكوُّن الفقاعات عندما غطيت الصدفة في البداية بالخل. الفقاعات عبارة عن ثاني أكسيد الكربون (CO2)، والذي ينتج عندما يتعرض CaCO3 الموجود في الصدفة لحمضٍ مثل الخل. التفاعل الذي يصف هذه العملية هو: CaCO3 + 2H+ ⇔ Ca2+ + CO2 + H2O يذوب كلٌّ من بيكربونات الصوديوم (NaHCO3) وكلوريد الكالسيوم (CaCl2) جيدًا في الماء، ويجب أن تكون المحاليل التي صنعتها بهما واضحة نسبيًّا. يمكن التعبير عن هذه الذوبانات على النحو التالي: −NaHCO3 → Na+ + HCO3  −CaCl2 → Ca2+ + 2Cl   في الماء، لا توجد البيكربونات (−HCO3) من تلقاء نفسها، ولكنها توجد في حالة توازن مع الأشكال الأخرى للكربون غير العضوي المذاب: حمض الكربونيك (H2CO3)، والكربونات (CO32−)، وثاني أكسيد الكربون (CO2). يظهر التوازن بين كل هذه الأنواع من خلال هذه المعادلات: +CO2 + H2O ⇔ H2CO3 ⇔ HCO3− + H+ ⇔ CO32− + 2H عندما تخلط محاليل بيكربونات الصوديومNaHCO3  وكلوريد الكالسيوم CaCl2 معًا، يتفاعل أيون الكربونات (CO32−) مع أيون الكالسيوم (Ca2+) لتكوين كربونات الكالسيوم CaCO3 من خلال التفاعل التالي: CO32− + Ca2+ ⇔ CaCO3 يجب أن يتعكر الخليط إلى لأن كربونات الكالسيوم CaCO3 غير قابلةٍ للذوبان في الماء بشكلٍ كبيرٍ، وستترسب خارج المحلول عند التشكيل. لقد صنعت للتو أجزاء صغيرة من الأصداف! عندما تضيف الخل إلى هذا الخليط، فإن أيونات الهيدروجين الزائدة (H+) ستذيب جزيئات كربونات الكالسيوم (CaCO3) –تمامًا مثلما فعلت في صدفك– ويجب أن يصبح المحلول صافيًا مرةً أخرى. يجب أن يكون هناك عديدٌ من الفقاعات؛ لأن البيكربونات في المحلول سوف تتفاعل أيضًا مع الخل لتكوين ثاني أكسيد الكربون. ستؤدي إضافة قاعدة مثل هيدروكسيد الصوديوم (NaOH) إلى تحويل التوازن مرةً أخرى إلى كربونات الكالسيوم CaCO3 الصلبة، مما يؤدي إلى تكوين راسب غائم مرة أخرى. يوضح هذا مدى حساسية كربونات الكالسيوم CaCO3 للرقم الهيدروجيني لبيئتها.

المضي قُدمًا تحتوي مجموعة متنوعة من كائنات المحيط –من المحار والشعاب المرجانية إلى أنواع معينة من الطحالب– على كربونات الكالسيوم في هياكلها الخارجية. يجب أن يكون هناك تركيزٌ كافٍ من أيونات الكربونات المتاحة لهذه الكائنات لبناء أصدافها. تؤدي زيادة مستويات ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي إلى زيادة مستويات الكربون غير العضوي المذاب، وانخفاض الرقم الهيدروجيني في المحيطات، وهي ظاهرة تسمى تحمُّض المحيطات. جميع أنواع الكربون التي عملت بها في هذا النشاط كلها في توازن ديناميكي موصوف في هذه المعادلات: CO2 + H2O ⇔ H2CO3 ⇔ HCO3− + H+ ⇔ CO32− + 2H+ تعتمد نسب التوازن لأنواع مختلفة من الكربون في مياه البحر على الرقم الهيدروجيني، كما هو موضح في الرسم البياني أدناه. تركيز حامض الكربون (H2CO3) منخفض؛ لذا استبعده من الرسم البياني. عند الرقم الهيدروجيني للمحيط (كما هو موضح بالشريط العمودي الأزرق)، يمثِّل شكل البيكربونات (HCO3−) أكثر من 90٪ من الكربون غير العضوي المذاب. تحتوي المعادن الموجودة في المحيط على كميات كبيرة من الكربونات، لذلك هناك تفاعل آخر يحدث وهو: CO2 + H2O + CO32−⇔ 2HCO3− يوضح هذان التفاعلان كيف يمكن أن تؤدي زيادة ثاني أكسيد الكربون إلى خفض الرقم الهيدروجيني، وتقليل تركيز أيون الكربونات المتاح. يقلل التركيز المنخفض للكربونات من الكمية المتاحة لتكلُّس الكائنات الحية التي تمتد عبر السلسلة الغذائية ويدفع أيضًا التوازن إلى إذابة مزيد من صخور كربونات الكالسيوم في المحيط.

Exploratorium, 2020  by the Exploratorium 2020 ©