WATERALKALITEIT: WAT HET IS, VASTBERADENHEID EN BELANG - CHEMIE - 2024

De alkaliteit van water is de weerstand tegen een verandering in pH als gevolg van de toevoeging van zure stoffen of vloeistoffen. Deze eigenschap wordt vaak verward met basiciteit. Door toevoeging van bijvoorbeeld CO ₂ kan de pH (basiciteit) dalen zonder de alkaliteit te veranderen.

In zoet water is de alkaliteit voornamelijk te danken aan de bijdrage van verbindingen zoals carbonaat (CO ₃ ^2- ), bicarbonaat (HCO ₃ ^- ) en hydroxyl (OH ^- ). In zeewater moet de bijdrage van boorhydroxide (BOH ^4- ), silicaten (SiO ₄ ^2- ) en fosfaten (PO ₄ ^3- en HPO ₄ ^2- ) worden toegevoegd.

Grondwater, een voorbeeld van sterk alkalisch water. Bron: Max Pixel.

De alkaliteit van water wordt meestal uitgedrukt in mEq / L, wat overeenkomt met de hoeveelheid zuur die bij de titratie wordt gebruikt: zoutzuur of zwavelzuur. Het wordt meestal ook uitgedrukt als mg CaCO ₃ / L, of part per million (ppm), zelfs als er andere zouten aanwezig zijn.

Deze eigenschap van water wordt meestal geassocieerd met de hardheid ervan, aangezien calcium- en magnesiumcarbonaten bijdragen aan de alkaliteit. Terwijl calcium en magnesium, dat wil zeggen hun metaalkationen respectievelijk Ca ²⁺ en Mg ²⁺ , de elementen zijn die verantwoordelijk zijn voor de hardheid van water.

Wat is de alkaliteit van water?

Het is het vermogen van water om de zure stoffen die erin kunnen worden opgenomen te neutraliseren, waardoor een verlaging van de pH wordt voorkomen. Deze bufferende werking is te wijten aan de aanwezigheid van zwakke zuren en hun geconjugeerde basen.

Basen kunnen reageren met zuren om elektrisch neutraal te worden, dat wil zeggen ongeladen soorten.

HCO ₃ ^- + H ⁺ <=> CO ₂ + H ₂ O

Het bicarbonaat (chemische vergelijking hierboven) reageert met het waterstofion om kooldioxide te worden, een ongeladen verbinding. Een mol HCO ₃ ^- vertegenwoordigt een molair equivalent. Ondertussen vertegenwoordigt carbonaat (CO ₃ ^2- ) twee molaire equivalenten.

Grondwater

Grondwater vervoert verbindingen van zure regen, waaronder zwavelzuur. De aanwezigheid van kooldioxide uit de atmosfeer dat oplost in water kan ook koolzuur vormen.

Zuren werken op kalksteenrotsen, rijk aan calcium- en magnesiumcarbonaten, waardoor ze oplossen. Dit veroorzaakt de ophoping van carbonaat en bicarbonaat in het water, die voornamelijk verantwoordelijk zijn voor de alkaliteit.

2 CaCO ₃ + H ₂ SO ₄ → 2 Ca ²⁺ + 2HCO ₃ ^- + SO ₄ ^2-

Het toevoegen van een zuur (hierboven) veroorzaakt een verhoging van de alkaliteit zolang er meer bicarbonaat wordt geproduceerd dan de waterstof die overblijft van de vorige reactie.

Wanneer alkalisch grondwater in contact komt met de atmosfeer, verliest het kooldioxide en slaat carbonaat neer, wat de alkaliteit verlaagt. Er wordt dan een dynamisch evenwicht tot stand gebracht tussen de atmosfeer, het water en de koolstofhoudende mineralen.

Onder de omstandigheden die in oppervlaktewater bestaan, neemt de bijdrage van carbonaat aan de alkaliteit af en wordt bicarbonaat de maximale bijdrage eraan.

Zeewater

Naast carbonaat-, bicarbonaat- en hydroxyl- en waterstofionen dragen andere verbindingen bij aan de alkaliteit van het water. Deze omvatten boraten, fosfaten, silicaten, geconjugeerde basen van organische zuren en sulfaten.

Anaërobe processen zoals dinitrificatie en sulfaatreductie komen voor in de oceaan en de zee, die voor 60% bijdragen aan de alkaliteit van het water. Deze processen verbruiken waterstof, waardoor de pH-waarde stijgt, naast de oorspronkelijke N ₂ en H ₂ S.

Over het algemeen veroorzaken anaërobe processen een toename van de alkaliteit. Integendeel, aërobe processen veroorzaken een afname ervan. In oppervlaktewateren, in aanwezigheid van zuurstof, is er een proces van afbraak van organisch materiaal dat door het water wordt gedragen.

Terwijl het degradeert, wordt H ⁺ geproduceerd, dat in het water wordt meegevoerd, waardoor de alkaliteit afneemt.

Milieuverontreiniging veroorzaakt onder meer het smelten van de poolkap, wat resulteert in een toename van het zeewatervolume. Dit veroorzaakt een verdunning van de verbindingen die verantwoordelijk zijn voor de alkaliteit van zeewater, en dus de afname ervan.

Eenheden

De alkaliteit van water wordt meestal vermeld als mg CaCO ₃ / L, hoewel calciumcarbonaat niet de enige aanwezige verbinding is, noch de enige bijdrage levert aan de alkaliteit van water. De mg / L carbonaat kan worden omgezet in mEq / L door te delen door 50 (equivalentgewicht CaCO _{3 bij} benadering ).

Bepaling

Het wordt bepaald door de in water aanwezige basen te titreren met een sterk zuur. De meest gebruikte zuren zijn 0,1 N zoutzuur en 0,02 N zwavelzuur.

50 ml van het te titreren water wordt afgemeten in een maatkolf, waarbij dat volume water in een erlenmeyer van 250 ml wordt gebracht. Vaak wordt een combinatie van indicatoren gebruikt, meestal fenolftaleïne en methyloranje. Het zuur wordt in een buret geplaatst en druppel voor druppel in het getitreerde water gegoten.

Als de alkaliteit van het water aan het begin van de titratie met het zuur hoger is dan 9,6, zal er geen variatie in kleur die kan worden toegeschreven aan fenolftaleïne worden waargenomen. Wanneer de pH dan daalt tussen 9,6 en 8,0, zal het verschijnen van een aalbessenkleur worden waargenomen, die verdwijnt wanneer de pH daalt van 8,0 tijdens de titratie.

Stadia van de opleiding

Tijdens de eerste fase wordt het carbonaat getitreerd, een reactie die wordt beschreven in de volgende vergelijking:

CO ₃ ^2- + H ₃ O ⁺ <=> HCO ₃ ^- + H ₂ O

Terwijl het zuur tijdens de titratie blijft worden toegevoegd, wordt de kleur van de getitreerde oplossing oranje als gevolg van de verandering die de methyloranje ondergaat, wat aangeeft dat de carbonaatvormen en de andere basen volledig zijn verbruikt.

In de laatste fase blijft alleen koolzuur over:

HCO ₃ ^- + H ₃ O ⁺ <=> H ₂ CO ₃ + H ₂ O

Dit gebeurt bij pH 4,3 - 4,5, het zogenaamde CO ₂ -equivalentiepunt . Dit is de bestaande verbinding en de alkaliteit van het water wordt "nul". Als het water wordt verwarmd, zal er borrelen van CO ₂ bij de ontbinding van H ₂ CO ₃ .

Het volume zuur dat nodig is om het equivalentiepunt voor CO _{2 te bereiken,} is een maat voor de totale alkaliteit van het water.

Belang

Het bestaan ​​van de alkaliteit van het water is een mechanisme ter bescherming van het milieu om de schade te beperken die kan worden toegebracht aan de waterflora en -fauna, door de instroom van afvalwater of door zure regens die de pH in hun leefomgeving kunnen wijzigen.

Koraalriffen worden ernstig beschadigd door een toename van de zuurgraad van zeewater. De alkaliteit van het water beperkt de omvang van deze schadelijke werking, neutraliseert overtollige zuurgraad en maakt het mogelijk een levenslange pH te behouden.

Er wordt geschat dat de alkaliteit van het water een minimumwaarde van 20 mg CaCO ₃ / L moet hebben, een limiet om het behoud van het waterleven te garanderen.

De kennis van de waarde van de alkaliteit van het water kan een leidraad zijn voor de hoeveelheid natrium- of kaliumcarbonaat en kalk die nodig is voor het neerslaan van calcium als carbonaat wanneer de hardheid van het water wordt verminderd.

Referenties

1. Day, RA en Underwood, AL (1989). Kwantitatieve analytische chemie. 5 ^ta editie. Redactioneel Prentice-Hall Hispanoamericana, SA
2. Wikipedia. (2019). Alkaliteit van water. Hersteld van: es.wikipedia.org
3. Meneer Brian Oram. (2014). De rol van Alkaliteit Citizen Monitoring. Hersteld van: water-research.net
4. Nationaal toezicht op sanitaire voorzieningen. (sf). wateranalyse: alkaliteit. . Hersteld van: bvsper.paho.org
5. Bonilla Alvaro. (2017). De alkaliteit van water en het effect ervan op substraten. Hersteld van: intagri.com
6. Goyenola Guillermo. (2007). Bepaling van de totale alkaliteit. . Hersteld van: imasd.fcien.edu.uy