Щелочность природных вод. 
Общая щелочность, карбонатная щелочность

органический химический щелочность токсический 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 НСl 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 гндрокарбонат-ионов.

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

HCO₃^- + H⁺ CO₂ + H₂O.

CO₃^2- + H⁺ HCO₃^-

OH^- + H⁺ H₂O.

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 НСО₃^-, 2СО₃^2- и ОН^- и представляет общую щелочность воды. Таким образом, численное значение щелочности можно определить как сумму концентраций ионов НСО₃^-, ОН^- и удвоенной концентрации ионов 2СО₃^2-:

Щ = [НСО₃^-] + 2[СО₃^2-] + [ОН^-].

где Щ — общая щелочность воды, моль л.

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 NaOH. будет иметь рН 11 и общую щелочность, равную концентрации гндроксид-ионов 0.001 моль/л. В то же время раствор, содержащий 0.1 моль л NаНСО₃. будет иметь более низкое значение рН (рН 8.3). но его щелочность, которая будет определяться в основном концентрацией гидрокарбонат-ионов, будет в 100 раз больше, чем у раствора NaOH 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:

СO₂ + Н₂O {СН₂} + O₂

НСO₃^- + Н₂O {СН₂O} + O₂ + ОН^-

Следовательно — при связывании углерода и синтезе органических соединений в случае отсутствия дополнительного поступления диоксида углерода возрастает рН раствора, а количество синтезируемых органических соединении зависит от содержания СО: 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.