ความเป็นด่างของน้ำคือความต้านทานต่อการเปลี่ยนแปลงของ pH เนื่องจากการเติมสารหรือของเหลวที่เป็นกรด ลักษณะนี้มักสับสนกับความเป็นพื้นฐาน ตัวอย่างเช่นการเพิ่ม CO 2สามารถทำให้ pH (ความเป็นพื้นฐาน) ลดลงโดยไม่ต้องเปลี่ยนความเป็นด่าง
ในน้ำจืดความเป็นด่างส่วนใหญ่เกิดจากการมีส่วนร่วมของสารประกอบเช่นคาร์บอเนต (CO 3 2- ) ไบคาร์บอเนต (HCO 3 - ) และไฮดรอกซิล (OH - ) ในน้ำทะเลต้องเพิ่มการมีส่วนร่วมของโบรอนไฮดรอกไซด์ (BOH 4- ) ซิลิเกต (SiO 4 2- ) และฟอสเฟต (PO 4 3-และ HPO 4 2- )
น้ำใต้ดินเป็นตัวอย่างของน้ำที่มีฤทธิ์เป็นด่างสูง ที่มา: Max Pixel
ความเป็นด่างของน้ำมักแสดงเป็น mEq / L ซึ่งสอดคล้องกับปริมาณกรดที่ใช้ในการไตเตรท: ไฮโดรคลอริกหรือซัลฟิวริก โดยปกติจะแสดงเป็น mg CaCO 3 / L หรือส่วนต่อล้าน (ppm) แม้ว่าจะมีเกลืออื่น ๆ อยู่ก็ตาม
ลักษณะของน้ำนี้มักเกี่ยวข้องกับความกระด้างเนื่องจากแคลเซียมและแมกนีเซียมคาร์บอเนตมีส่วนทำให้เกิดความเป็นด่าง ในขณะที่แคลเซียมและแมกนีเซียมนั่นคือไอออนของโลหะ Ca 2+และ Mg 2+ตามลำดับเป็นองค์ประกอบที่รับผิดชอบต่อความกระด้างของน้ำ
ความเป็นด่างของน้ำคืออะไร?
เป็นความสามารถของน้ำในการทำให้เป็นกลางของสารที่เป็นกรดซึ่งอาจรวมอยู่ในนั้นจึงหลีกเลี่ยงการลดลงของ pH การกระทำบัฟเฟอร์นี้เกิดจากการมีกรดอ่อน ๆ และเบสคอนจูเกต
เบสสามารถทำปฏิกิริยากับกรดเพื่อให้เป็นกลางทางไฟฟ้านั่นคือสปีชีส์ที่ไม่มีประจุ
HCO 3 - + H + <=> CO 2 + H 2 O
ไบคาร์บอเนต (สมการเคมีด้านบน) ทำปฏิกิริยากับไฮโดรเจนไอออนกลายเป็นคาร์บอนไดออกไซด์ซึ่งเป็นสารประกอบที่ไม่มีประจุ หนึ่งโมลของ HCO 3 -แทนค่าเทียบเท่าฟันกราม ในขณะเดียวกันคาร์บอเนต (CO 3 2- ) แสดงถึงการเทียบเท่าโมลาร์สองตัว
น้ำบาดาล
น้ำใต้ดินมีสารประกอบจากฝนกรดรวมทั้งกรดซัลฟิวริก การปรากฏตัวของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์จากบรรยากาศที่ละลายในน้ำยังสามารถสร้างกรดคาร์บอนิกได้
กรดทำหน้าที่ในหินหินปูนซึ่งอุดมไปด้วยแคลเซียมและแมกนีเซียมคาร์บอเนตทำให้เกิดการสลายตัว ทำให้เกิดการสะสมของคาร์บอเนตและไบคาร์บอเนตในน้ำซึ่งส่วนใหญ่รับผิดชอบต่อความเป็นด่าง
2 CaCO 3 + H 2ดังนั้น4 → 2 Ca 2+ + 2HCO 3 - + ดังนั้น4 2-
การเพิ่มกรด (ด้านบน) จะทำให้ความเป็นด่างเพิ่มขึ้นตราบใดที่มีการผลิตไบคาร์บอเนตมากกว่าไฮโดรเจนที่เหลือจากปฏิกิริยาก่อนหน้านี้
เมื่อน้ำใต้ดินที่เป็นด่างสัมผัสกับชั้นบรรยากาศจะสูญเสียคาร์บอนไดออกไซด์และคาร์บอเนตตกตะกอนซึ่งจะช่วยลดความเป็นด่าง จากนั้นสมดุลไดนามิกจะถูกสร้างขึ้นระหว่างบรรยากาศน้ำและแร่ธาตุคาร์บอเนต
ภายใต้เงื่อนไขที่มีอยู่ในผิวน้ำการมีส่วนร่วมของคาร์บอเนตต่อความเป็นด่างจะลดลงและไบคาร์บอเนตจะกลายเป็นผู้มีส่วนร่วมสูงสุด
น้ำทะเล
นอกเหนือจากคาร์บอเนตไบคาร์บอเนตไฮดรอกซิลและไฮโดรเจนไอออนแล้วสารประกอบอื่น ๆ ยังมีส่วนช่วยให้น้ำเป็นด่าง ซึ่งรวมถึงบอเรตฟอสเฟตซิลิเกตเบสคอนจูเกตของกรดอินทรีย์และซัลเฟต
กระบวนการแบบไม่ใช้ออกซิเจนเช่นไดไนตริฟิเคชันและการลดซัลเฟตเกิดขึ้นในมหาสมุทรและทะเลซึ่งมีส่วนช่วย 60% ของความเป็นด่างของน้ำ กระบวนการเหล่านี้ใช้ไฮโดรเจนจึงทำให้ pH เพิ่มขึ้นนอกเหนือจากการกำเนิด N 2และ H 2 S
โดยทั่วไปกระบวนการแบบไม่ใช้ออกซิเจนจะทำให้ความเป็นด่างเพิ่มขึ้น ในทางตรงกันข้ามกระบวนการแอโรบิคทำให้เกิดการลดลง ในน้ำผิวดินเมื่อมีออกซิเจนจะมีกระบวนการย่อยสลายสารอินทรีย์ที่มาจากน้ำ
เมื่อมันย่อยสลาย H +จะถูกผลิตขึ้นซึ่งถูกพาไปในน้ำทำให้ความเป็นด่างลดลง
มลภาวะต่อสิ่งแวดล้อมทำให้เกิดผลกระทบอื่น ๆ ได้แก่ การละลายของฝาขั้วโลกซึ่งส่งผลให้ปริมาณน้ำทะเลเพิ่มขึ้น สิ่งนี้ทำให้เกิดการเจือจางของสารประกอบที่รับผิดชอบต่อความเป็นด่างของน้ำทะเลและลดลง
หน่วย
โดยปกติความเป็นด่างของน้ำจะรายงานเป็น mg CaCO 3 / L แม้ว่าแคลเซียมคาร์บอเนตจะไม่ใช่สารประกอบเพียงชนิดเดียวที่มีอยู่และไม่ได้เป็นเพียงตัวเดียวที่ทำให้เกิดความเป็นด่างของน้ำ mg / L ของคาร์บอเนตสามารถเปลี่ยนเป็น mEq / L ได้โดยหารด้วย 50 (น้ำหนักเทียบเท่าโดยประมาณของ CaCO 3 )
การกำหนด
กำหนดโดยการไตเตรทเบสที่มีอยู่ในน้ำด้วยกรดแก่ กรดที่ใช้มากที่สุดคือ 0.1 N ไฮโดรคลอริกและ 0.02 N ซัลฟิวริก
วัดปริมาตรน้ำ 50 มล. ในขวดวัดปริมาตรโดยวางปริมาตรน้ำนั้นไว้ในขวด Erlenmeyer 250 มล. มักใช้ส่วนผสมของอินดิเคเตอร์โดยทั่วไปคือฟีนอฟทาลีนและเมธิลออเรนจ์ กรดจะถูกวางไว้ในบิวเรตต์และเทลงในน้ำที่กำลังทำการไตเตรท
ถ้าความเป็นด่างของน้ำมากกว่า 9.6 ที่จุดเริ่มต้นของการไตเตรทด้วยกรดจะไม่พบความแปรผันของสีที่เป็นของฟีนอฟทาลีน จากนั้นเมื่อ pH ลดลงระหว่าง 9.6 ถึง 8.0 จะสังเกตเห็นลักษณะของสีลูกเกดซึ่งจะหายไปเมื่อ pH ลดลงจาก 8.0 ระหว่างการไตเตรท
ขั้นตอนของการศึกษาระดับปริญญา
ในช่วงแรกคาร์บอเนตจะถูกไตเตรทซึ่งเป็นปฏิกิริยาที่ระบุไว้ในสมการต่อไปนี้:
CO 3 2- + H 3 O + <=> HCO 3 - + H 2 O
ในขณะที่กรดยังคงถูกเพิ่มในระหว่างการไตเตรทสีของสารละลายที่ไตเตรทจะเปลี่ยนเป็นสีส้มเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงของเมธิลออเรนจ์ซึ่งแสดงว่าคาร์บอเนตก่อตัวและเบสอื่น ๆ ถูกใช้ไปจนหมด
ในขั้นตอนสุดท้ายกรดคาร์บอนิกเท่านั้นที่ยังคงอยู่:
HCO 3 - + H 3 O + <=> H 2 CO 3 + H 2 O
นี้เกิดขึ้นที่ pH 4.3-4.5 เรียกว่า CO 2จุดสมมูล นี่คือสารประกอบที่มีอยู่และความเป็นด่างของน้ำจะกลายเป็น "ศูนย์" ถ้าน้ำมีความร้อนจะมีการเดือดของ CO 2จากการสลายตัวของ H 2 CO 3
ปริมาตรของกรดที่ต้องใช้ในการถึงจุดสมดุลของ CO 2คือการวัดความเป็นด่างทั้งหมดของน้ำ
ความสำคัญ
การดำรงอยู่ของความเป็นด่างของน้ำเป็นกลไกหนึ่งในการปกป้องสิ่งแวดล้อมเพื่อจำกัดความเสียหายที่อาจเกิดกับพืชและสัตว์ในน้ำโดยการไหลเข้าของน้ำเสียหรือฝนกรดที่สามารถปรับเปลี่ยน pH ที่พวกมันอาศัยอยู่ได้
แนวปะการังได้รับความเสียหายอย่างหนักจากการเพิ่มขึ้นของความเป็นกรดของน้ำทะเล ความเป็นด่างของน้ำจะ จำกัด ขอบเขตของการกระทำที่สร้างความเสียหายนี้โดยปรับสภาพความเป็นกรดส่วนเกินให้เป็นกลางและช่วยให้การรักษา pH ที่เข้ากันได้กับชีวิต
มีการประเมินว่าความเป็นด่างของน้ำต้องมีค่าขั้นต่ำ 20 มก. เป็น CaCO 3 / L ซึ่งเป็นขีด จำกัด ในการรับประกันการดำรงชีวิตสัตว์น้ำ
ความรู้เกี่ยวกับค่าความเป็นด่างของน้ำสามารถให้คำแนะนำเกี่ยวกับปริมาณโซเดียมหรือโพแทสเซียมคาร์บอเนตและปูนขาวที่จำเป็นสำหรับการตกตะกอนของแคลเซียมเป็นคาร์บอเนตเมื่อความกระด้างของน้ำลดลง
อ้างอิง
- Day, RA และ Underwood, AL (1989) เคมีวิเคราะห์เชิงปริมาณ. รุ่น5 ตา . กองบรรณาธิการ Prentice-Hall Hispanoamericana, SA
- วิกิพีเดีย (2019) ความเป็นด่างของน้ำ สืบค้นจาก: es.wikipedia.org
- นาย Brian Oram (2014) บทบาทของการตรวจสอบความเป็นด่างของพลเมือง สืบค้นจาก: water-research.net
- ผู้กำกับการบริการสุขาภิบาลแห่งชาติ (เอสเอฟ) การวิเคราะห์น้ำ: ความเป็นด่าง . สืบค้นจาก: bvsper.paho.org
- Bonilla Alvaro. (2017) ความเป็นด่างของน้ำและผลกระทบต่อพื้นผิว ดึงมาจาก: intagri.com
- Goyenola Guillermo. (2007) การหาค่าความเป็นด่างทั้งหมด . กู้คืนจาก: imasd.fcien.edu.uy