Il sistema tampone più importante nelle acque naturali è il sistema acido carbonico-bicarbonato-carbonato.
* Acido carbonico ($H_2CO_3$) è un acido debole che si forma quando l'anidride carbonica ($CO_2$) si dissolve in acqua.
* Bicarbonato ($HCO_3^-$) è la base coniugata dell'acido carbonico.
* Carbonato ($CO_3^{2-}$) è la base coniugata del bicarbonato.
Le reazioni di equilibrio tra queste tre specie possono essere rappresentate come segue:
$$CO_2_{(g)} + H_2O_{(l)} \rightleftharpoons H_2CO_{3(aq)}$$
$$H_2CO_{3(aq)} \rightleftharpoons H^+_{(aq)} + HCO_{3(aq)}^-{}$$
$$HCO_{3(aq)}^- \rightleftharpoons H^+_{(aq)} + CO_{3(aq)}^{2-}$$
Le concentrazioni relative di queste tre specie dipendono dal pH dell'acqua. A pH basso la concentrazione di acido carbonico è massima, mentre a pH elevato è massima la concentrazione di carbonato. Il bicarbonato è la specie dominante con un pH di circa 8,3, che è il pH medio delle acque naturali.
Il sistema acido carbonico-bicarbonato-carbonato funge da tampone nelle acque naturali perché può reagire sia con acidi che con basi per mantenere un pH relativamente costante.
* Quando si aggiunge un acido all'acqua naturale, gli ioni bicarbonato e carbonato reagiscono con gli ioni idrogeno per formare acido carbonico, riducendo così l'acidità dell'acqua.
* Quando si aggiunge una base all'acqua naturale, l'acido carbonico reagisce con gli ioni idrossido per formare ioni bicarbonato e carbonato, riducendo così la basicità dell'acqua.
