向共轭酸碱体系外加别的酸\[H＋\]或碱\[OH-\]，并经酸碱反应被体系消耗后，仅能引起pH值微小变化的事实引出缓冲作用的概念。酸碱体系的缓冲容量（β）被定义为：若使该水溶液体系的pH值升高一个单位所需加入强碱氢氧化钠的摩尔数（cB，mol/L）。β总是取正值，所以若向溶液中加入强酸（cA，mol/L），则相当于取出了同样数量的强碱。
对地面水来说，一般只有很小缓冲容量，不能随意多量受纳酸碱废水，否则将引起pH值很大变化，对水质与水生生物会产生很大影响。
4.碳酸平衡
在大气中含有一定分压的二氧化碳，因此在所有的天然水体中都有相当高浓度的\[CO2（aq）\]、\[H2CO3\]、\[HCO-3\]与\[CO2-3\]。此外，考虑到二氧化碳在光合作用与呼吸作用中具有重大的意义，则可以想见，碳酸系统的平衡性质在调节天然水体的pH中起着十分重要的作用。除了源于空气中的二氧化碳外，水中碳酸化合物的来源还有岩石、土壤中碳酸盐与重碳酸盐矿物的溶解、水生动植物的新陈代谢、水中有机物的生物氧化等。此外，水质处理过程中有时也需加入或产生出各种碳酸化合物。
对于二氧化碳-水系统作和二氧化硫-水系统类同的处理。在不同温度下，二氧化碳的亨利常数KHC与碳酸的一级、二级电离平衡常数Kc1与Kc2的数值也不同，下面对此作若干必要的说明。
①在水溶液中分子状态二氧化碳与碳酸之间存在着如下平衡：CO2（aq）＋H2O H2CO3
达到平衡时以CO2（aq）存在形态为主，而碳酸形态只占游离碳酸总量中很小比例。如在25℃温度下，\[H2CO3\]/\[CO2（aq）\]=10-2.8。因此将水中游离碳酸总量用\[H2CO3\]。
在亨利定律表达式中也就可用\[H2CO3\]来替代\[CO2（aq）\]，这样处理能为平衡计算带来方便。
②一级电离常数Kc1表达式中的分母项用\[H2CO3\]代替\[H2CO3\]，Kc1被称为实用一级电离常数。
③体系中能接受质子的各种组分相加合构成水样的碱度；能给出质子的各种组分相加合构成水样的酸度。按此定义，酸度与pH值间、碱度与pH值之间，在概念上显然是存在区别的。
以下拟将体系分为封闭的碳酸体系与开放的碳酸体系来作进一步的介绍。
（1）封闭碳酸体系
假定将水中溶解\[H2CO3\]看作为不挥发酸，由此构成的是封闭碳酸体系。我们可在海底深处、地下水、锅炉水及实验室水样中遇到这样的体系。
在平衡体系中，\[H2CO3\]、\[HCO-3\]、\[CO2-3\]三种形态的浓度比率。
由此三式并通过计算可了解αH2CO3、αHCO-3、αCO2-3随pH值变化而消长的情况。
在低pH区内，溶液中只有二氧化碳与碳酸，在高pH区则只有碳酸根离子，而碳酸氢根离子在中等pH区内占绝对优势。三种碳酸形态在平衡时的浓度比例和溶液pH值有完全相应的关系。每种碳酸形态浓度受外界影响而变化时，将会引起其他各种碳酸形态的浓度以及溶液pH值的变化，而溶液pH值的变化也会同时引起各碳酸形态浓度比例的变化。由此可见，水中的碳酸平衡同pH值是紧密联系的。
综上所述，对封闭碳酸平衡体系的特性归纳如下：①系统pH值范围约为4.5～10.8。当水样中另外含有强酸时，pH值将小于4.5；或当另外含有强碱时，pH值当可大于10.8。
②pH=8.3的特征点可看作是一个分界点。当体系pH小于8.3时，可以认为碳酸根离子含量甚微，水中只有二氧化碳、碳酸与碳酸氢根离子，可只考虑一级碳酸平衡即：[H＋］=Kc1[H2CO3］HCO-3 pH=pKc1-lg[H2CO3］＋lg[HCO-3］当溶液的pH＞8.3时，\[H2CO3\]的浓度就可忽略不计，认为水中只存在碳酸氢根离子与碳酸根离子，应考虑二级碳酸平衡即：[H＋］=Kc2[H2CO-3］HCO2-3 pH=pKc2-lg[HCO-3］＋lg[CO2-3］
（2）开放碳酸体系
这里所指的是和大气相通的碳酸水溶液体系。按亨利定律，水溶液中碳酸浓度随大气中二氧化碳分压而变：
5.酸度与碱度
天然水体中存在着多量弱酸（如碳酸、硅酸、硼酸、乙酸等），强酸弱碱盐（如硫酸铝、氯化铁等），有时还可能出现某些强酸（如盐酸、硫酸、硝酸等），它们都对水系统提供酸度，其酸度值决定于这些组分的数量与它们的离解程度。可以将总酸度分为离子酸度与后备酸度两部分，前者由H＋质子提供并和水样的pH值相应，后者和水系统的缓冲能力有关。
天然水体中还存在着多量弱碱（如氨气、苯胺等），强碱弱酸盐（如碳酸盐、碳酸氢盐及硼酸、硅酸、磷酸、乙酸、腐植酸等的盐类），有时还可能出现某些强碱（如氢氧化钠、氢氧化钙等），它们都对水系统提供碱度，其碱度值决定于这些组分的数量与它们的离解程度。
碱度被定义为：凡在水中离解或水解后生成可与强酸（H＋）反应的物质总量称为水的碱度。相应地定义酸度为水中能和强碱（OH-）反应的物质总量。考虑到水中很多物质（如碳酸氢根离子是其一）兼能和强酸与强碱发生反应，碱度与酸度在定义上有交互重叠部分，所以除了pH＜4.5的水样外，一般使用了碱度就不再用酸度表示水样的酸碱性。
碱度与酸度是水体缓冲能力的测度，天然水体可受纳酸碱废水的容量受这类参数的制约。此外，各类工业用水、农田灌溉水或饮用水等都有一个适宜的碱度（或酸度）数值范围。
以下将天然水体近似看作纯碳酸体系，对它的酸度与碱度作进一步论述。向含碳酸的清水中加入强酸或强碱，一方面可引起溶液pH值改变，另一方面也促使碳酸平衡向左或向右移动，这样就引起碳酸存在形态的转化。一般清水中含碳酸的总量约在2×10-3mol/L左右，假定有一个pH值小于4.5的水样，当以甲基橙作指示剂并用标准碱溶液进行中和滴定到pH=4.5（指示剂由红色转为黄色）时，所耗用标准碱液的体积数即相当于“无机酸度”。这时水样中的强酸成分全部被碱液中和。向水样加入酚酞指示剂后，继续中和滴定到pH=8.3（指示剂由无色转为红色）时，第二次滴定耗用的标准碱液的体积数相当于“游离二氧化碳酸度”。在这个过程中，由原水样中碳酸所提供的酸度按以下反应被碱液中和：H2CO3＋OH－HCO-3＋H2O
无机酸度与游离二氧化碳酸度之和合称酚酞酸度。对原水样继续作第三次滴定，达到pH=10.8时所耗用的标准碱液体积数和前两次滴定所耗体积数之和相当于水样的“总酸度”。在这个pH值下，水样中可和滴定碱液相作用的酸性物质全部被中和，但由于中和曲线在此点没有明显突跃，也没有适宜的酸碱指示剂可用于确定终点，所以这项“总酸度”只能是理论性的，一般并不进行这种测定。在第三次滴定中发生的反应为：HCO-3＋OH-CO2-3＋H2O
另假定有一个pH＞10.8的水样，当用标准酸溶液进行中和滴定到pH=10.8时，所耗用的标准酸体积数相当于“苛性碱度”，这时水样中的强碱性成分全部被酸液中和。但由于同上述总酸度不可实测的同样原因，苛性碱度也是无法测定的。向水样加入酚酞指示剂后，继续中和滴定到pH=8.3（指示剂由红色转为无色）时，两次滴定耗用标准酸的体积数之和相当于水样的“酚酞碱度”。在第二次滴定过程中发生如下反应：CO2-3＋H＋HCO-3
向水样加入甲基橙指示剂后，继续中和滴定到pH值等于4.5（指示剂由黄色转为红色）时，则三次滴定耗用标准酸体积数的总和就相当于“总碱度”或称为“甲基橙碱度”。在第三次滴定过程中发生如下反应：到此为止，水样中可和滴定酸液相作用的碱性物质全部被中和。各国惯用的酸度和碱度单位不尽一致，应用时要注意区分，并掌握各单位间的转换关系。
按上述，酚酞碱度、甲基橙碱度（即总碱度）是经过采得水样后可实际测定的水质指标。但将对碱度有贡献的苛性碱度（OH-）、碳酸盐碱度（碳酸根离子）和重碳酸盐碱度（碳酸氢根离子）三者从总碱度中区分开来会具有更大实用意义。为此，已提出多种可供使用的方法。这里介绍的是通过实测pH与总碱度Alk值而后求得这三种碱度的平衡计算法。现限定温度为25℃，且以mol\[CaCO3\]/L作碱度单位。由实测pH值首先可求得：苛性碱度\[OH-\]=10（pH-pKw）=10（pH-14.00）
