
前面得出的平衡规律要求系统密闭,因此没有与环境发生物质交换的现象。为了简化,试管或烧杯中的水溶液被看做是密闭体系。这就忽略了逸散的气体和水蒸气。
图E26中展示了平衡混合物从密闭体系扩展至开放体系的结果——洞穴中钟乳石和石笋的形成。雨水中含有H2CO3和其他酸。地表和地下的渗水中CO2变得越来越多,尤其是经过富含腐殖质的土壤。这样的水就像密闭瓶中富含泡沫的水。当这种H2CO3溶液与石灰石接触时发生如下反应:

一种更强的酸(H2CO3)能完全或部分将弱酸(HCO3-)从它的盐中取代。这样恰好将一种溶解度很差的化合物转化成一种较易溶的化合物。随后这些离子被冲走,从地下水流入地表水。这种侵蚀过程导致洞穴的形成和产生硬水。
洞穴中空气流和河流的出现使先前的密闭平衡体系变成开放体系。由于在水中CO2溶解度相当低,以及随着温度的降低CO2溶解度也下降,体系的开放产生了惊人的结果。重新书写刚才的平衡反应,可解释发生的现象:

用下面的表达式表示平衡常数

CaCO3的溶解度很小可忽略。
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渗出的水中CO2呈饱和状态,稍降温就足以降低CO2的溶解度,将CO2气体释放到岩洞的空气中而脱离了原来的密闭系统。结果平衡向左移,导致CaCO3沉淀析出。在岩洞中,当渗出的水与气流接触时立即形成沉淀——钟乳石。
在岩洞地面的石笋的形成方式与其相似。这两种情况下都生成了奇妙的石灰石,有时沉淀中存在其他盐时会有颜色。它们都是经历了数世纪的化学平衡移动而产生的奇妙结果。
这个现象每天都发生在我们的厨房中,即炖锅、烹饪用具、咖啡壶内壁、电炉、洗涤器具等的水垢。特别是使用硬水时更易发生。
硬水中包含钙离子、镁离子和碳酸氢根离子。尤其是加热硬水的时候会生成水垢!这就是在清洁和洗衣机中首选使用雨水或软水的原因。当清洗仪器时用到我们从自然界学到的一个反应——用一种较强的 酸使难溶的碳酸盐转化成可溶的碳酸氢盐,例如甲酸(蚁酸)或者乙酸(醋酸)。
在厨房里会发生类似的过程,例如使用发酵粉(或者碳酸氢钠)。将其溶于水并揉入生面团中。在微酸的生面团中形成碳酸:

加热生面团时,上面的平衡向右移动,并且碳酸生成二氧化碳和水的平衡也向右移动,释放出二氧化碳:
释放出的二氧化碳使生面团开始膨胀。
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