WASSERALKALITÄT: WAS ES IST, ENTSCHLOSSENHEIT UND BEDEUTUNG - CHEMIE - 2025

Die Alkalität von Wasser ist seine Beständigkeit gegen eine Änderung des pH-Werts aufgrund der Zugabe von sauren Substanzen oder Flüssigkeiten. Diese Eigenschaft wird oft mit Basizität verwechselt. Beispielsweise kann die Zugabe von CO ₂ zu einer Abnahme des pH-Werts (Basizität) führen, ohne die Alkalität zu verändern.

In Süßwasser ist die Alkalität hauptsächlich auf den Beitrag von Verbindungen wie Carbonat (CO ₃ ^2- ), Bicarbonat (HCO ₃ ^- ) und Hydroxyl (OH ^- ) zurückzuführen. In Meerwasser muss der Beitrag von Borhydroxid (BOH ^4- ), Silikaten (SiO ₄ ^2- ) und Phosphaten (PO ₄ ^3- und HPO ₄ ^2- ) hinzugefügt werden.

Grundwasser, ein Beispiel für stark alkalisches Wasser. Quelle: Max Pixel.

Die Alkalität von Wasser wird üblicherweise in mÄq / l ausgedrückt, entsprechend der bei seiner Titration verwendeten Säuremenge: Salzsäure oder Schwefelsäure. Es wird normalerweise auch als mg CaCO ₃ / L oder Teil pro Million (ppm) ausgedrückt , selbst wenn andere Salze vorhanden sind.

Diese Eigenschaft von Wasser ist normalerweise mit seiner Härte verbunden, da Calcium- und Magnesiumcarbonate zur Alkalität beitragen. Während Calcium und Magnesium, ^dh ihre Metallkationen Ca ²⁺ bzw. Mg ²⁺ , die Elemente sind, die für die Härte von Wasser verantwortlich sind.

Was ist die Alkalität von Wasser?

Es ist die Fähigkeit von Wasser, die darin enthaltenen sauren Substanzen zu neutralisieren und so eine Abnahme seines pH-Werts zu vermeiden. Diese Pufferwirkung ist auf das Vorhandensein schwacher Säuren und ihrer konjugierten Basen zurückzuführen.

Basen können mit Säuren reagieren, um elektrisch neutral zu werden, dh ungeladene Spezies.

HCO ₃ ^- + H ⁺ CO ₂ + H ₂ O.

Das Bicarbonat (chemische Gleichung oben) reagiert mit dem Wasserstoffion unter Bildung von Kohlendioxid, einer ungeladenen Verbindung. Ein Mol HCO ₃ ^- repräsentiert ein Moläquivalent. Inzwischen repräsentiert Carbonat (CO ₃ ^2- ) zwei Moläquivalente.

Grundwasser

Grundwasser enthält Verbindungen aus sauren Regenfällen, einschließlich Schwefelsäure. Das Vorhandensein von Kohlendioxid aus der Atmosphäre, das sich in Wasser löst, kann auch Kohlensäure bilden.

Säuren wirken auf Kalksteingesteine, die reich an Kalzium- und Magnesiumkarbonaten sind, und verursachen deren Auflösung. Dies führt zur Anreicherung von Carbonat und Bicarbonat im Wasser, die hauptsächlich für seine Alkalität verantwortlich sind.

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

Die Zugabe einer Säure (oben) bewirkt eine Erhöhung der Alkalität, solange mehr Bicarbonat produziert wird als der bei der vorherigen Reaktion übrig gebliebene Wasserstoff.

Wenn alkalisches Grundwasser mit der Atmosphäre in Kontakt kommt, verliert es Kohlendioxid und Karbonat fällt aus, was die Alkalität senkt. Dann stellt sich ein dynamisches Gleichgewicht zwischen Atmosphäre, Wasser und kohlenstoffhaltigen Mineralien ein.

Unter den Bedingungen, die in Oberflächengewässern herrschen, nimmt der Beitrag von Carbonat zur Alkalität ab, und Bicarbonat trägt maximal dazu bei.

Meerwasser

Neben Carbonat-, Bicarbonat- sowie Hydroxyl- und Wasserstoffionen tragen andere Verbindungen zur Alkalität des Wassers bei. Dazu gehören Borate, Phosphate, Silikate, konjugierte Basen organischer Säuren und Sulfate.

Anaerobe Prozesse wie Dinitrifikation und Sulfatreduktion finden im Ozean und im Meer statt, die einen Beitrag von 60% zur Alkalität des Wassers leisten. Diese Prozesse verbrauchen Wasserstoff und verursachen somit zusätzlich zu N ₂ und H ₂ S einen Anstieg des pH-Werts .

Im Allgemeinen verursachen anaerobe Prozesse eine Erhöhung der Alkalität. Im Gegenteil, aerobe Prozesse führen zu einer Abnahme. In Oberflächengewässern findet in Gegenwart von Sauerstoff ein Prozess des Abbaus organischer Stoffe statt, die vom Wasser getragen werden.

Beim Abbau entsteht H ⁺ , das ins Wasser transportiert wird und eine Abnahme der Alkalität bewirkt.

Umweltverschmutzung verursacht unter anderem das Schmelzen der Polkappe, was zu einer Zunahme des Meerwasservolumens führt. Dies führt zu einer Verdünnung der Verbindungen, die für die Alkalität des Meerwassers verantwortlich sind, und damit zu dessen Abnahme.

Einheiten

Die Wasseralkalität wird normalerweise als mg CaCO ₃ / L angegeben, obwohl Calciumcarbonat nicht die einzige vorhandene Verbindung ist und auch nicht den einzigen Beitrag zur Wasseralkalität leistet. Die mg / l Carbonat können durch Teilen durch 50 (ungefähres Äquivalentgewicht von CaCO ₃ ) in mÄq / l umgewandelt werden .

Entschlossenheit

Sie wird durch Titration der in Wasser vorhandenen Basen mit einer starken Säure bestimmt. Die am häufigsten verwendeten Säuren sind 0,1 N Salzsäure und 0,02 N Schwefelsäure.

50 ml des zu titrierenden Wassers werden in einem Messkolben gemessen, wobei dieses Wasservolumen in einen 250-ml-Erlenmeyerkolben gegeben wird. Oft wird eine Mischung von Indikatoren verwendet, üblicherweise Phenolphthalein und Methylorange. Die Säure wird in eine Bürette gegeben und tropfenweise in das zu titrierende Wasser gegossen.

Wenn die Alkalität des Wassers zu Beginn der Titration mit der Säure größer als 9,6 ist, wird keine auf Phenolphthalein zurückzuführende Farbabweichung beobachtet. Wenn dann der pH-Wert zwischen 9,6 und 8,0 abnimmt, wird das Auftreten einer Johannisbeerfarbe beobachtet, die verschwindet, wenn der pH-Wert während der Titration von 8,0 abfällt.

Stufen des Abschlusses

Während der ersten Stufe wird das Carbonat titriert, eine Reaktion, die in der folgenden Gleichung dargestellt ist:

CO ₃ ^2- + H ₃ O ⁺ HCO ₃ ^- + H ₂ O.

Während die Säure während der Titration weiter zugegeben wird, wird die Farbe der titrierten Lösung aufgrund der Änderung, die die Methylorange erfährt, orange, was darauf hinweist, dass sich die Carbonatformen und die anderen Basen vollständig verbraucht haben.

Im Endstadium bleibt nur Kohlensäure übrig:

HCO ₃ ^- + H ₃ O ⁺ H ₂ CO ₃ + H ₂ O.

Dies tritt bei einem pH-Wert von 4,3 bis 4,5 auf, der als CO ₂ -Äquivalenzpunkt bezeichnet wird . Dies ist die vorhandene Verbindung und die Alkalität des Wassers wird "Null". Wenn das Wasser erhitzt wird, sprudelt CO ₂ aus der Zersetzung von H ₂ CO ₃ .

Das zum Erreichen des Äquivalenzpunktes für CO ₂ erforderliche Säurevolumen ist ein Maß für die Gesamtalkalität des Wassers.

Bedeutung

Das Vorhandensein der Alkalität des Wassers ist ein Mechanismus zum Schutz der Umwelt, um die Schäden zu begrenzen, die der Wasserflora und -fauna durch das Einströmen von Abwasser oder sauren Regenfällen entstehen können, die den pH-Wert dort verändern können, wo sie leben.

Korallenriffe werden durch einen Anstieg des Säuregehalts des Meerwassers schwer beschädigt. Die Alkalität des Wassers begrenzt das Ausmaß dieser schädlichen Wirkung, neutralisiert überschüssige Säure und ermöglicht die Aufrechterhaltung eines lebensverträglichen pH-Werts.

Es wurde geschätzt, dass die Alkalität des Wassers einen Mindestwert von 20 mg als CaCO ₃ / L haben muss, eine Grenze, um die Erhaltung des Wasserlebens zu gewährleisten.

Die Kenntnis des Alkalitätswerts von Wasser kann Hinweise auf die Menge an Natrium- oder Kaliumcarbonat und Kalk geben, die für die Ausfällung von Calcium als Carbonat erforderlich ist, wenn die Wasserhärte verringert wird.

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