و قلوية المياه هي مقاومته للتغيير في درجة الحموضة بسبب إضافة المواد الحمضية أو السوائل. غالبًا ما يتم الخلط بين هذه الخاصية والأساسية. إضافة CO 2 ، على سبيل المثال، يمكن أن يسبب انخفاضا في درجة الحموضة (قاعدية) دون تغيير القلوية.
في المياه العذبة، والقلوية ويرجع ذلك أساسا إلى مساهمة مركبات مثل كربونات (CO 3 2-)، بيكربونات (HCO 3 -) والهيدروكسيل (OH -). في مياه البحر ، يجب إضافة مساهمة هيدروكسيد البورون (BOH 4) ، والسيليكات (SiO 4 2-) والفوسفات (PO 4 3- و HPO 4 2-).
المياه الجوفية ، مثال على المياه شديدة القلوية. المصدر: Max Pixel.
عادة ما يتم التعبير عن قلوية الماء بـ mEq / L ، المقابلة لكمية الحمض المستخدم في معايرته: الهيدروكلوريك أو الكبريتيك. وعادة ما يتم التعبير عنه أيضًا على شكل mg CaCO 3 / L ، أو جزء في المليون (جزء في المليون) ، حتى لو كانت الأملاح الأخرى موجودة.
عادة ما ترتبط هذه الخاصية للماء بصلابته ، حيث تساهم كربونات الكالسيوم والمغنيسيوم في القلوية. بينما الكالسيوم والمغنيسيوم ، أي كاتيوناتهما المعدنية Ca 2+ و Mg 2+ على التوالي ، هي العناصر المسؤولة عن عسر الماء.
ما هي قلوية الماء؟
إنها قدرة الماء على معادلة المواد الحمضية التي يمكن أن تدخل فيه ، وبالتالي تجنب حدوث انخفاض في درجة الحموضة. يرجع هذا الإجراء المؤقت إلى وجود أحماض ضعيفة وقواعدها المترافقة.
يمكن للقواعد أن تتفاعل مع الأحماض لتصبح محايدة كهربائيًا ، أي الأنواع غير المشحونة.
HCO 3 - + H + <=> CO 2 + H 2 O
يتفاعل البيكربونات (المعادلة الكيميائية أعلاه) مع أيون الهيدروجين ليصبح ثاني أكسيد الكربون ، وهو مركب غير مشحون. مول واحد من HCO 3 - يمثل مكافئًا مولاريًا. وفي الوقت نفسه ، تمثل الكربونات (CO 3 2-) مكافئين مولاريين.
مياه جوفية
تحمل المياه الجوفية مركبات من الأمطار الحمضية ، بما في ذلك حمض الكبريتيك. يمكن أن يؤدي وجود ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي الذي يذوب في الماء أيضًا إلى تكوين حمض الكربونيك.
تعمل الأحماض على الصخور الجيرية الغنية بالكالسيوم وكربونات المغنيسيوم مسببة انحلالها. يتسبب هذا في تراكم الكربونات والبيكربونات في الماء ، وهي المسؤولة بشكل رئيسي عن قلويتها.
2 CaCO 3 + H 2 SO 4 → 2 Ca 2+ + 2HCO 3 - + SO 4 2-
تؤدي إضافة حمض (أعلاه) إلى زيادة القلوية طالما يتم إنتاج المزيد من البيكربونات أكثر من الهيدروجين المتبقي من التفاعل السابق.
عندما تتلامس المياه الجوفية القلوية مع الغلاف الجوي ، فإنها تفقد ثاني أكسيد الكربون وترسبات الكربونات ، مما يقلل القلوية. يتم بعد ذلك إنشاء توازن ديناميكي بين الغلاف الجوي والماء والمعادن الكربونية.
في ظل الظروف الموجودة في المياه السطحية ، تقل مساهمة الكربونات في القلوية ، ويصبح البيكربونات أكبر مساهم في ذلك.
مياه البحر
بالإضافة إلى الكربونات ، والبيكربونات ، والهيدروكسيل وأيونات الهيدروجين ، تساهم المركبات الأخرى في قلوية الماء. وتشمل هذه البورات ، والفوسفات ، والسيليكات ، والقواعد المترافقة للأحماض العضوية والكبريتات.
تحدث العمليات اللاهوائية مثل نزع النتروجين واختزال الكبريتات في المحيطات والبحر ، والتي تساهم بنسبة 60٪ من قلوية الماء. تستهلك هذه العمليات الهيدروجين ، مما يؤدي إلى زيادة الأس الهيدروجيني ، بالإضافة إلى نشوء N 2 و H 2 S.
بشكل عام ، تسبب العمليات اللاهوائية زيادة في القلوية. على العكس من ذلك ، فإن العمليات الهوائية تنتج انخفاضًا فيها. في المياه السطحية ، في وجود الأكسجين ، هناك عملية تدهور للمواد العضوية التي يحملها الماء.
عندما تتحلل ، يتم إنتاج H + الذي يتم حمله في الماء ، مما ينتج عنه انخفاض في القلوية.
يتسبب التلوث البيئي ، من بين عواقب أخرى ، في ذوبان الغطاء القطبي ، مما يؤدي إلى زيادة حجم مياه البحر. يؤدي هذا إلى تخفيف المركبات المسؤولة عن قلوية مياه البحر وبالتالي انخفاضها.
الوحدات
عادة ما يتم الإبلاغ عن قلوية الماء على أنها مليجرام كربونات الكالسيوم 3 / لتر ، على الرغم من أن كربونات الكالسيوم ليست المركب الوحيد الموجود ، كما أنها ليست المساهم الوحيد في قلوية الماء. يمكن تحويل مجم / لتر من الكربونات إلى mEq / L عن طريق القسمة على 50 (الوزن المكافئ التقريبي لـ CaCO 3).
عزم
يتم تحديده عن طريق معايرة القواعد الموجودة في الماء بحمض قوي. الأحماض الأكثر استخدامًا هي 0.1 ن هيدروكلوريك و 0.02 نيتروجين كبريت.
يقاس 50 مل من الماء المراد معايرته في دورق حجمي ، ووضع هذا الحجم من الماء في دورق مخروطي سعة 250 مل. غالبًا ما يتم استخدام مزيج من المؤشرات ، عادةً الفينول فثالين وبرتقال الميثيل. يوضع الحمض في سحاحة ويصب قطرة بقطرة في الماء الذي تتم معايرته.
إذا كانت قلوية الماء أكبر من 9.6 في بداية المعايرة مع الحمض ، فلن يتم ملاحظة اختلاف في اللون المنسوب إلى الفينول فثالين. ثم ، عندما ينخفض الأس الهيدروجيني بين 9.6 و 8.0 ، سيتم ملاحظة ظهور لون الكشمش ، والذي يختفي عندما ينخفض الرقم الهيدروجيني من 8.0 أثناء المعايرة.
مراحل الدرجة
خلال المرحلة الأولى ، يتم معايرة الكربونات ، وهو تفاعل محدد في المعادلة التالية:
CO 3 2- + H 3 O + <=> HCO 3 - + H 2 O
مع استمرار إضافة الحمض أثناء المعايرة ، يتحول لون المحلول المعاير إلى اللون البرتقالي بسبب التغيير الذي يمر به برتقال الميثيل ، مما يشير إلى أن أشكال الكربونات والقواعد الأخرى قد تم استهلاكها بالكامل.
في المرحلة النهائية ، يبقى حمض الكربونيك فقط:
HCO 3 - + H 3 O + <=> H 2 CO 3 + H 2 O
يحدث هذا في درجة الحموضة 4،3-4،5، ودعا CO 2 نقطة التكافؤ. هذا هو المركب الحالي وقلوية الماء تصبح "صفر". إذا تم تسخين الماء ، سيكون هناك فقاعات من CO 2 من تحلل H 2 CO 3.
حجم حمض المطلوبة للوصول إلى نقطة التعادل لCO 2 هو قياس القلوية الكلية للمياه.
أهمية
يعد وجود قلوية الماء آلية لحماية البيئة للحد من الأضرار التي يمكن أن تحدث للنباتات والحيوانات المائية ، من خلال تدفق المياه العادمة أو الأمطار الحمضية القادرة على تعديل درجة الحموضة في المكان الذي يعيشون فيه.
تتعرض الشعاب المرجانية لأضرار جسيمة بسبب زيادة حموضة مياه البحر. قلوية الماء تحد من مدى هذا التأثير الضار ، وتحييد الحموضة الزائدة وتسمح بالحفاظ على درجة حموضة متوافقة مع الحياة.
تم تقدير أن قلوية الماء يجب أن يكون لها حد أدنى قدره 20 مجم مثل كربونات الكالسيوم 3 / لتر ، وهو حد لضمان الحفاظ على الحياة المائية.
يمكن أن توفر معرفة قيمة قلوية الماء إرشادات حول كمية الصوديوم أو كربونات البوتاسيوم والجير المطلوب لترسيب الكالسيوم ككربونات عندما يتم تقليل عسر الماء.
المراجع
- داي ، را وأندروود ، أل (1989). الكيمياء التحليلية الكمية. 5 تا الطبعة. افتتاحية Prentice-Hall Hispanoamericana، SA
- ويكيبيديا. (2019). قلوية الماء. تم الاسترجاع من: es.wikipedia.org
- السيد بريان أورام. (2014). دور مراقبة القلوية عند المواطن. تم الاسترجاع من: water-research.net
- هيئة الرقابة الوطنية لخدمات الصرف الصحي. (سادس). تحليل المياه: القلوية.. تم الاسترجاع من: bvsper.paho.org
- بونيلا ألفارو. (2017). قلوية الماء وتأثيرها على الركائز. تم الاسترجاع من: intagri.com
- جوينولا غييرمو. (2007). تحديد القلوية الكلية.. تم الاسترجاع من: imasd.fcien.edu.uy