Den alkalinitet af vand er dets modstand mod en ændring i pH på grund af tilsætning af sure stoffer eller væsker. Denne egenskab forveksles ofte med grundlæggende. Tilsætningen af CO 2 kan for eksempel forårsage et fald i pH (basicitet) uden at ændre alkaliniteten.
I ferskvand skyldes alkalinitet hovedsageligt bidraget fra forbindelser som carbonat (CO 3 2-), bicarbonat (HCO 3 -) og hydroxyl (OH -). I havvand, bidraget fra bor hydroxid (BOH 4-), silicater (SiO 4 2-) og phosphater (PO 4 3- og HPO 4 2- skal tilføjes).
Grundvand, et eksempel på stærkt alkalisk vand. Kilde: Max Pixel.
Vandets alkalinitet udtrykkes sædvanligvis i mEq / L, svarende til den mængde syre, der er anvendt i dets titrering: saltsyre eller svovlsyre. Det er også normalt udtrykt som mg CaCO 3 / l, eller en del per million (ppm), selv om andre salte er til stede.
Denne egenskab ved vand er normalt forbundet med dens hårdhed, da calcium og magnesiumcarbonater bidrager til alkalinitet. Mens calcium og magnesium, dvs. deres metalkationer Ca 2+ og Mg 2+, er de elementer, der er ansvarlige for hårdheden af vand.
Hvad er vandets alkalinitet?
Det er vandets evne til at neutralisere de sure stoffer, der kan inkorporeres i det, og således undgå et fald i dets pH. Denne buffervirkning skyldes tilstedeværelsen af svage syrer og deres konjugatbaser.
Baser kan reagere med syrer for at blive elektrisk neutrale, det vil sige uladede arter.
HCO 3 - + H + <=> CO 2 + H 2 O
Bicarbonatet (kemisk ligning ovenfor) reagerer med hydrogenion til at blive carbondioxid, en uladet forbindelse. Et mol HCO 3 - betegner en molækvivalent. I mellemtiden repræsenterer carbonat (CO 3 2-) to molækvivalenter.
Grundvand
Grundvandet bærer forbindelser fra sur nedbør, inklusive svovlsyre. Tilstedeværelsen af kuldioxid fra atmosfæren, der opløses i vand, kan også danne kullsyre.
Syrer virker på kalksten, der er rige på calcium og magnesiumcarbonater, hvilket forårsager deres opløsning. Dette medfører ophobning af carbonat og bicarbonat i vandet, som hovedsageligt er ansvarlig for dets alkalinitet.
2 CaCO 3 + H 2 SO 4 → 2 Ca 2+ + 2HCO 3 - + SO 4 2-
Tilsætning af en syre (ovenfor) medfører en stigning i alkalinitet, så længe der produceres mere bicarbonat end brintet, der er tilbage fra den forrige reaktion.
Når alkalisk grundvand kommer i kontakt med atmosfæren, mister det kuldioxid, og carbonat udfældes, hvilket sænker alkaliniteten. Derefter etableres en dynamisk ligevægt mellem atmosfæren, vandet og de kulstofholdige mineraler.
Under de forhold, der findes i overfladevand, formindskes carbonatets bidrag til alkaliniteten, og bikarbonat bliver den største bidragyder til det.
Havvand
Foruden carbonat, bicarbonat og hydroxyl og hydrogenioner bidrager andre forbindelser til vandets alkalinitet. Disse inkluderer borater, phosphater, silicater, konjugerede baser af organiske syrer og sulfater.
Anaerobe processer såsom dinitrifikation og sulfatreduktion forekommer i havet og havet, som har et bidrag på 60% af vandets alkalinitet. Disse processer forbruge hydrogen, hvilket forårsager en stigning i pH, udover oprindelse N 2 og H 2 S.
Generelt forårsager anaerobe processer en stigning i alkalinitet. Tværtimod producerer aerobe processer et fald i det. I overfladevand, i nærværelse af ilt, er der en proces med nedbrydning af organisk stof transporteret af vandet.
Når det nedbrydes, produceres H +, der føres i vandet, hvilket frembringer et fald i alkalinitet.
Miljøforurening medfører blandt andet konsekvenser af smeltning af polarhætten, hvilket resulterer i en stigning i havvandsmængden. Dette medfører en fortynding af de forbindelser, der er ansvarlige for havvandets alkalitet, og derfor er det fald.
Enheder
Alkaliteten af vand rapporteres sædvanligvis som mg CaCO 3 / L, skønt calciumcarbonat ikke er den eneste tilstedeværende forbindelse, og heller ikke den eneste bidragyder til vandets alkalinitet. Den mg / l af carbonat kan omdannes til mEq / l ved at dividere med 50 (omtrentlig ækvivalent vægt af CaCO 3).
Beslutsomhed
Det bestemmes ved titrering af de tilstedeværende baser i vand med en stærk syre. De mest anvendte syrer er 0,1 N saltsyre og 0,02 N svovlsyre.
50 ml af det vand, der skal titreres, måles i en volumetrisk kolbe, hvor vandmængden anbringes i en 250 ml Erlenmeyer-kolbe. En blanding af indikatorer bruges ofte, ofte phenolphthalein og methyl orange. Syren anbringes i en burette og hældes dråbevis i dråbet i det vand, der titreres.
Hvis vandets alkalinitet er større end 9,6 i begyndelsen af titreringen med syren, vil en variation i farve, der kan tilskrives phenolphthalein, ikke observeres. Når pH derefter falder mellem 9,6 og 8,0, vil udseendet af en solbærfarve blive observeret, hvilket forsvinder, når pH falder fra 8,0 under titreringen.
Faser af graden
I det første trin titreres carbonatet, en reaktion skitseret i følgende ligning:
CO 3 2- + H 3 O + <=> HCO 3 - + H 2 O
Når syren fortsætter med at tilsættes under titreringen, bliver farven på den titrerede opløsning orange på grund af den ændring, som methylorangen gennemgår, hvilket indikerer, at carbonatformene og de andre baser er blevet fuldstændigt forbrugt.
I den sidste fase er der kun kulsyre tilbage:
HCO 3 - + H 3 O + <=> H 2 CO 3 + H 2 O
Dette forekommer ved pH 4,3 - 4,5, kaldet CO 2 -ækvivalenspunktet. Dette er den eksisterende forbindelse, og vandets alkalinitet bliver "nul". Hvis vandet opvarmes, vil der være boblende CO 2 fra nedbrydningen af H 2 CO 3.
Volumenet af syre, der kræves for at nå ækvivalensspunktet for CO 2, er et mål for vandets totale alkalinitet.
Betydning
Eksistensen af vandets alkalinitet er en mekanisme til beskyttelse af miljøet for at begrænse de skader, der kan være forårsaget af den akvatiske flora og fauna, af tilstrømningen af spildevand eller sure regn, der er i stand til at ændre pH-værdien, hvor de bor.
Korallrev er alvorligt beskadiget af en stigning i havvandets surhedsgrad. Vandets alkalinitet begrænser omfanget af denne skadelige virkning, neutraliserer overskydende surhed og tillader opretholdelse af en pH-kompatibel med levetid.
Det er blevet estimeret, at vandets alkalinitet skal have en minimumsværdi på 20 mg som CaCO 3 / L, en grænse for at garantere opretholdelse af vandlevende liv.
Kendskabet til værdien af vandets alkalinitet kan vejlede om mængden af natrium eller kaliumcarbonat og kalk, der er nødvendig for udfældning af calcium som carbonat, når vandets hårdhed reduceres.
Referencer
- Day, RA og Underwood, AL (1989). Kvantitativ analytisk kemi. 5 ta udgave. Redaktionel Prentice-Hall Hispanoamericana, SA
- Wikipedia. (2019). Alkalitet af vand. Gendannet fra: es.wikipedia.org
- Hr. Brian Oram. (2014). Rollen for overvågning af alkalinitetsborgere. Gendannes fra: water-research.net
- National overvågning af sanitetstjenester. (Sf). vandanalyse: alkalinitet.. Gendannes fra: bvsper.paho.org
- Bonilla Alvaro. (2017). Vandets alkalinitet og dets virkning på underlag. Gendannes fra: intagri.com
- Goyenola Guillermo. (2007). Bestemmelse af total alkalinitet.. Gendannes fra: imasd.fcien.edu.uy