Calcolo dell’Alcalinità nelle Acque: Metodologie e Procedimenti

L’alcalinità nelle risorse idriche indica la capacità dell’acqua di reagire e neutralizzare gli acidi. Questa proprietà è fondamentalmente attribuibile alla presenza di ioni come il carbonato, il bicarbonato e, in condizioni di pH superiori, anche agli ioni idrossido.

Frequentemente, l’ione bicarbonato (HCO₃^–) ha l’incarico principale nel contribuire all’alcalinità. Le reazioni di neutralizzazione importanti in questo contesto includono quelle che coinvolgono gli ioni:

• Idrossido: OH^– + H⁺ → H₂O
• Carbonato: CO₃^2- + 2 H⁺ → H₂CO₃
• Bicarbonato: HCO₃^– + H⁺ → H₂CO₃

Verso la Comprensione dell’Alcalinità

La misurazione dell’alcalinità può avvenire attraverso metodi diversificati a seconda del pH dell’acqua in esame. Ad esempio, nella situazione di un pH oltre 8.3, si procede con una titolazione utilizzando acido cloridrico (HCl) o acido solforico (H₂SO₄) per stabilire l’alcalinità alla fenolftaleina, che è la somma delle concentrazioni degli ioni OH^– e CO₃^2-. Qui, la fenolftaleina serve da indicatore e si titola fino al momento della sua decolorazione.

Quando il pH è sotto 8.3, si può presumere che la quantità degli ioni OH^– e CO₃^2- sia trascurabile, di conseguenza l’alcalinità alla fenolftaleina sarà zero, e l’analisi si concentrerà sul bicarbonato utilizzando come indicatore il metilarancio.

L’equazione che rappresenta l’alcalinità totale, tenendo conto della presenza di ioni idrossido, carbonato e bicarbonato, è la seguente:

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

È importante sottolineare che il coefficiente 2 davanti alla concentrazione degli ioni carbonato tiene conto del loro potere di neutralizzare due ioni idrogeno durante la titolazione fino a raggiungere un pH di 4.2. Normalmente, si esprime l’alcalinità in termini di mg/L di CaCO₃.

Procedura di Calcolo

Per calcolare ad esempio l’alcalinità alla fenolftaleina in un campione di acqua dal pH maggiore di 8.3, si consideri un volume di campione di 80,0 mL, titolato con 8,90 mL di HCl con molarità 0,0190 M fino alla svolta della fenolftaleina. In questo scenario, i calcoli saranno i seguenti:

Le moli di HCl aggiunte sono pari a 0,00890 L × 0,0190 mol/L = 0,000156 mol. Determinando le moli per litro di [H⁺], troviamo [H⁺] = 0,00195 M che equivale all’alcalinità alla fenolftaleina.

Per quanto riguarda l’espressione dell’alcalinità come mg/L di CaCO₃, si tiene conto che 0,000156 moli di H⁺ reagiscono con metà delle moli di ione carbonato, quindi la massa di CaCO₃ in 80,0 mL di campione è 7,80 mg. Questo corrisponde a un’alcalinità alla fenolftaleina di 97,5 mg/L di CaCO₃, ottenuta dall’equazione: 7,80 mg × (1000 mL/80,0 mL).

Infine, utilizzando l’equazione seguente:

Alcalinità alla fenolftaleina espressa come mg/L di CaCO₃ = A × N × 50 / volume di campione

dove A è il volume di acido versato nella titolazione, N è la normalità dell’acido, e il volume del campione è in millilitri, si può determinare l’alcalinità totale. Analogamente, si può adottare il metodo per calcolare la concentrazione degli ioni carbonato, sottraendo dall’alcalinità alla fenolftaleina la concentrazione degli ioni OH^–.

Adottare questi metodi e formule permette agli analisti chimici e agli scienziati ambientali di valutare in modo accurato la composizione chimica delle risorse idriche e di attuare strategie per il trattamento dell’acqua o per la tutela della salute pubblica e dell’ambiente.