Щелочность

Одной из важнейших особенностей большинства природных вод является способность нейтрализовать ионы водорода. Эта способность называется щелочностью воды и определяется экспериментально при титровании пробы воды сильной кислотой, обычно HCl в присутствии фенолфталеина (рН перехода окраски — 8,3) и затем метилоранжа (рН перехода окраски — 4,5).

Основными компонентами, ответственными за процессы связывания ионов

водорода, в большинстве природных вод являются ионы НСО₃^—, СО₃^2— и ОН^—. Другие ионы, источниками которых могут служить органические кислоты, фосфаты, бораты и т. д., вносят лишь незначительный вклад в процессы нейтрализации ионов водорода и начинают играть определенную роль лишь после связывания гидрокарбонат-ионов.

Основные химические реакции, протекающие в водоеме при нейтрализации ионов водорода, можно представить следующими уравнениями:

HCO₃^-+ Н⁺ =CO₂ + H₂O.

CO₃^2- + H⁺= НСО₃^- .

ОH^- + H⁺ = Н₂О.

При экспериментальном определении щелочности на первом этапе (до рН перехода 8,3) связываются все ионы гидроксила, и практически все ионы карбоната переходят в гидрокарбонат ион. Израсходованное при этом количество кислоты соответствует карбонатной щелочности воды. В дальнейшем при титровании пробы (до рН перехода 4,5) связываются практически все гидрокарбонат-ионы (и присутствовавшие в воде первоначально, и образовавшиеся при титровании карбонат ионов). Поэтому суммарный расход кислоты (израсходованной до рН 4,5) эквивалентен содержанию ионов НСО ₃^-, 2СО ₃^2- и ОН^- и представляет общую щелочность воды. Таким образом, численное значение щелочности можно определить как сумму концентраций ионов НСО₃^2-, ОН^- и удвоенной концентрации ионов 2СО₃ ^2-:

Щ = [НСО₃^-] + 2[СО₃^2-] + [ОН^-],

где Щ _ общая щелочность воды, моль/л. Щелочность совпадает с молярной концентрацией гидрокарбонат-ионов.

Если рН водной пробы еще до титрования ниже 4,5, то о такой воде говорят как о воде с нулевой щелочностью.

Необходимо четко представлять себе разницу между основностью и щелочностью раствора. Основность раствора характеризует лишь концентрацию ионов гидроксила в данный момент времени. Щелочность же показывает как бы резервную емкость воды. Так, например, раствор, содержащий 0,001 моль/л NaОН, будет иметь рН 11 и общую щелочность, равную концентрации гидроксид-ионов 0,001 моль/л. В то же время раствор, содержащий 0,1 моль/л КаНСО₃, будет иметь более низкое значение рН (рН 8,3), но его щелочность, которая будет определяться в основном концентрацией гидрокарбонат-ионов, будет в 1 00 раз больше, чем у раствора NaОН с концентрацией 0,001 моль/л.

Величина щелочности природных вод имеет большое значение и с точки зрения фотосинтеза, протекающего в водоемах. В упрощенном виде процесс фотосинтеза может быть представлен следующим образом:

СО₂ + Н₂О = СН₂О + О₂

НСО₃^- + Н₂О = СН₂О + О₂ + ОН ^-

Следовательно, при связывании углерода и синтезе органических соединений в случае отсутствия дополнительного поступления диоксида углерода возрастает рН раствора, а количество синтезируемых органических соединений зависит от содержания СО₂ и НСО₃^— в растворе, или от его щелочности.

Иногда в природных водоемах в связи с бурным протеканием процессов фотосинтеза и недостаточной скоростью поступления диоксида углерода рН поднимается до 10 и выше. Такие высокие значения рН, как и закисление, отрицательно сказываются на развитии водных экосистем.

Дата добавления: 2014-01-04