Щелочность

Щелочностью воды называют содержание в ней веществ, вступающих в реакцию с сильными кислотами. К этим веществам относят:

1) сильные основания (гидроксид натрия, гидроксид калия и т.п.);

2) слабые основания (аммиак, анилин, пиридин и т.п.);

3) анионы слабых кислот (НСО₃^-, СО₃^2-, Н₂РО₄^-, НРО₄^2-, НSO₃^-, SO₃^2-, анионы гуминовых кислот, HS^-, S^2- и т.д.), которые гидролизуются с образованием гидроксид-анионов, например:

НСО₃^– + Н₂О = Н₂СО₃ + ОН^–

При титровании сильной кислотой реакции протекающие между нею и различными веществами, обуславливающими щелочность воды заканчиваются при различных значениях рН раствора. При оттитровывании сильных оснований кислотой реакция среды будет нейтральной. При титровании веществ второй группы соляной кислотой в конце титрования раствор должен содержать соответствующие этим основаниям положительно заряженные ионы, например:

NH₃ + H⁺ = NH₄⁺

C₆H₅NH₂ + H⁺ = C₆H₅NH₃⁺

которые, гидролизуясь, придают раствору слабокислую реакцию:

NH₄⁺ + H₂O = NH₄OH + H⁺

Слабокислая реакция создается в растворе и в конце титрования анионов, входящих в третью группу, так как при таком титровании образуются соответствующие слабые кислоты, частично диссоциирующие с образованием ионов водорода, например:

СН₃СООН = СН₃СОО^– + Н ⁺

Общая щелочность поверхностных вод обычно связана с присутствием в ней гидрокарбонатов щелочноземельных металлов, в меньшей степени – щелочных. В этом случае значение рН воды не превышает 8,3. Растворимые карбонаты и гидроксиды (в случае сточных вод) повышают значение рН. Ионы ОН^- и СО₃^{2 –} титруют соляной кислотой в присутствии индикатора фенолфталеина или потенциометрическим методом до рН = 8,3. Количественное содержание этих ионов называется свободной щелочностью, или щелочностью воды по фенолфталеину. При этом протекают следующие реакции:

ОН^- + Н⁺ = Н₂О;

СО₃^{2 –} + Н⁺ = НСО₃ ^–

Ионы НСО₃^– титруются соляной кислотой в присутствии индикатора метилового оранжевого или потенциометрическим методом до рН = 4,5. Протекающую при этом реакцию можно выразить уравнением:

НСО₃ ^– + Н⁺ = СО₂ + Н₂О

Количество кислоты, необходимое для достижения рН 4,5, эквивалентно общей щелочности.

Определение щелочности полезно при дозировании химических веществ, необходимых для обработки вод в целях водоснабжения, а также при реагентной очистке некоторых сточных вод. Определение щелочности важно при установлении пригодности воды для ирригации.

Если щелочность по фенолфталеину равна нулю, то общая щелочность определяется присутствием в воде только гидрокарбонат-ионов. Поскольку для подавляющего большинства природных вод гидрокарбонат-ионы связаны только с катионами кальция и магния, то в случае щелочности по фенолфталеину, равной нулю, можно считать, что общая щелочность воды равна ее карбонатной жесткости.