Le système tampon le plus important dans les eaux naturelles est le système acide carbonique-bicarbonate-carbonate.
* Acide carbonique ($H_2CO_3$) est un acide faible qui se forme lorsque le dioxyde de carbone ($CO_2$) se dissout dans l'eau.
* Bicarbonate ($HCO_3^-$) est la base conjuguée de l'acide carbonique.
* Carbonates ($CO_3^{2-}$) est la base conjuguée du bicarbonate.
Les réactions d'équilibre entre ces trois espèces peuvent être représentées comme suit :
$$CO_2_{(g)} + H_2O_{(l)} \rightleftharpoons H_2CO_{3(aq)}$$
$$H_2CO_{3(aq)} \rightleftharpoons H^+_{(aq)} + HCO_{3(aq)}^-{}$$
$$HCO_{3(aq)}^- \rightleftharpoons H^+_{(aq)} + CO_{3(aq)}^{2-}$$
Les concentrations relatives de ces trois espèces dépendent du pH de l'eau. À faible pH, la concentration d’acide carbonique est la plus élevée, tandis qu’à pH élevé, la concentration de carbonate est la plus élevée. Le bicarbonate est l'espèce dominante avec un pH d'environ 8,3, soit le pH moyen des eaux naturelles.
Le système acide carbonique-bicarbonate-carbonate agit comme un tampon dans les eaux naturelles car il peut réagir à la fois avec les acides et les bases pour maintenir un pH relativement constant.
* Lorsqu'un acide est ajouté à une eau naturelle, les ions bicarbonate et carbonate réagiront avec les ions hydrogène pour former de l'acide carbonique, réduisant ainsi l'acidité de l'eau.
* Lorsqu'une base est ajoutée à une eau naturelle, l'acide carbonique va réagir avec les ions hydroxyde pour former des ions bicarbonate et carbonate, réduisant ainsi la basicité de l'eau.
