Alcalinità dell’acqua. Calcoli

L'alcalinità di un'acqua rappresenta la sua capacità di neutralizzare gli acidi ed è data dalla somma di tutte le basi titolabili. Essa è dovuta principalmente agli ioni carbonato, carbonato acido e, se il pH è elevato, agli ioni ossidrili.

In genere lo ione idrogeno carbonato è quello che maggiormente contribuisce all'alcalinità di un'acqua; le reazioni di neutralizzazione sono quelle tra ione:

 idrossido: OH^– + H⁺ → H₂O

carbonato: CO₃^2- + 2 H⁺ → H₂CO₃

carbonato acido: HCO₃^– + H⁺ → H₂CO₃

Se il pH della soluzione è maggiore di 8.3 si determina, tramite titolazione con HCl o H₂SO₄ la cosiddetta alcalinità alla fenolftaleina ovvero la somma delle concentrazioni di [OH^–] e di [CO₃^2-]. La soluzione viene infatti titolata usando l'indicatore  fenolftaleina fino alla sua decolorazione.

Se il pH del campione è inferiore a 8.3 si può assumere che l'alcalinità alla fenolftaleina sia zero ovvero [OH^–] + [CO₃^2-] ⁓ 0 e si procede alla determinazione del solo carbonato acido usando quale indicatore il metilarancio.

Se sono presenti ioni idrossido, carbonati e carbonati acidi si definisce l'alcalinità totale come:

alcalinità totale = [OH^–] + 2 [CO₃^2-] + [HCO₃^–]

Si noti che la concentrazione di ioni carbonato viene raddoppiata in quanto ogni ione carbonato neutralizza due ioni H⁺ quando viene titolato fino a pH pari a 4.2.

In genere l'alcalinità è espressa come mg/L di CaCO₃.

Calcoli

Supponiamo che il campione di acqua avente pH maggiore di 8.3 sia pari a 80.0 mL e che siano stati necessari 8.90 mL di HCl 0.0190 M per raggiungere il viraggio della fenolftaleina.

L'alcalinità alla fenolftaleina è così calcolata:

moli di HCl aggiunte = 0.00890 L ∙ 0.0190 mol/L = 0.000156

per calcolare le moli/L di [H⁺] si ha: 0.000156:1000 mL = x:80.0

da cui [H+] = 0.00195 M = alcalinità alla fenolftaleina

Tuttavia, poiché l'alcalinità è espressa come mg/L di CaCO₃ ovvero con la quantità di carbonato di calcio in grado di neutralizzare gli ioni H⁺ si deve tener presente che 0.000156 moli di H⁺ reagiscono con 0.000156/2 =0.0000780 moli di ione carbonato pertanto la massa di carbonato di calcio in 80.0 mL è pari a 0.0000780 mol ∙ 100 g/mol=0.00780 g = 7.80 mg

L'alcalinità alla fenolftaleina espressa come mg/L di CaCO₃ è data da: 7.80 mg ∙ 1000 mL/80.0 mL = 97.5 mg/L

Tenendo conto che il peso equivalente di CaCO₃ è pari al peso molecolare diviso 2 ovvero 100/2 = 50 si può utilizzare la seguente formula:

alcalinità alla fenolftaleina espressa come mg/L di CaCO₃ = A∙ N∙50/volume campione

dove A è il volume di acido necessario per raggiungere il punto finale della titolazione espresso in mL, N è la normalità dell'acido e il volume del campione è espresso in mL.

Noto il pH della soluzione è possibile calcolare la concentrazione dello ione carbonato sottraendo all'alcalinità alla fenolftaleina la concentrazione dello ione OH^–.

Con analogo ragionamento si può determinare l'alcalinità totale utilizzando la seguente formula:

alcalinità totale espressa come mg/L di CaCO₃ = B∙ N∙50/volume campione

essendo B il volume di acido necessario per raggiungere il secondo punto finale della titolazione al metilarancio espresso in mL

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