alkalinite

ALKALİNİTE
Bir suyun alkalinitesi, o suyun asitleri nötralize edebilme kapasitesi olarak tanımlanır. Doğal suların
alkalinitesi, zayıf asitlerin tuzlarından ileri gelir. Bunların başında yer alan bikarbonatlar, alkalinitenin
en önemli şeklidir. Bikarbonatlar karbondioksitin topraktaki bazik maddeler üzerindeki faaliyeti
sonucu sularda oluşurlar. Doğal sularda ayrıca boratlar, silikatlar ve fosfatlar gibi diğer zayıf asit
tuzları küçük miktarlarda bulunabilirler.
Bazı durumlarda doğal sular, önemli miktarda karbonat ve hidroksit alkalinitesi içerebilir. Bu duruma
özellikle alglerin ürediği yüzeysel sularda rastlanır. Algler sudaki serbest veya iyonize haldeki
karbondioksiti alırlar ve suyun pH’ını 9 – 10’ a yükseltirler. Kazan suları karbonat ve hidroksit
alkalinitesini içerebilir.
Birçok madde suyun alkalitesine katkıda bulunur. Doğal sularda alkalitenin en önemli kısmı, 3 tür
maddeden ileri gelir. Bunların pH değerlerinin yüksek oluşuna göre şu şekilde gruplandırabiliriz.
1 ) Hidroksitler
2 ) Karbonatlar
3 ) Bikarbonatlar
Suların alkalinitesi genelde zayıf asitlerin tuzlarından ve kuvvetli bazlardan ileri gelir. Alkalinite, atık
su arıtma uygulamalarında çok kullanılan bir özelliktir. Alkalinite halk sağlığı yönünden önemli
değildir. Yüksek alkaliniteli sular, genellikle tatsızdır.
Alkalinite, iki indikatör (fenolftalein ve metiloranj) ve 0.02 N H2SO4 ile titre edilerek tayin edilebilir.
Su, hidroksit veya karbonat içerdiği zaman fenolftalein indikatörü ile pembe renk verir. Asitle
titrasyonda pembeden renksiz hale geçtiği anda pH = 8.2 - 8.3’tür. Metiloranj, bu üç alkaliniteden
birinin bulunması halinde sarı renk verir, asit mevcudiyetinde ise kırmızıya döner; bu anda pH = 4.4
tür.
Normal karbonat alkalinitesi, hidroksit veya bikarbonat alkalinitelerinden birisi ile birlikte bulunabilir.
Fakat hidroksit ve bikarbonat alkalinitesi aynı numunede birarada bulunmaz.
Eğer numunede fenolftalein alkalinitesi varsa, hidroksit veya karbonat iyonlarından biri veya her ikisi
de bulunabilir. Eğer numunede sadece metiloranj alkalinitesi varsa bu üç alkaliniteden herhangi biri
mevcut olabilir veya hidroksil ve karbonat birlikte veya karbonat ve bikarbonat birlikte bulunabilir.
Titrasyonu takip eden hesaplamalarda alkalinitenin türleri, kullanılan indikatörlerle sarfedilen asit
miktarının alkaliniteyi oluşturan iyonlara göre dağılımı yapılarak bulunur.
Erciyes Üniversitesi Çevre Mühendisliği Bölümü
Çevre Kimyası-I Laboratuarı
Amerikan literatürüne göre fenolftalein alkalinitesi (P) ; metiloranj alkalinitesi (M) ; Toplam alkalinite
de (T) harfiyle gösterilmektedir.
Doğal Sularda CO2, Alkalinite ve pH İlişkileri
Doğal sulardaki CO2, alkalinite ve pH İlişkileri bağıntılar ile verilir.
CO2 + H2O ↔ HCO 3− + H+
M(HCO 3− )2 ↔ M+2 + 2HCO 3−
HCO 3− ↔ CO 3−2 + H+
CO 3−2 + H2O ↔ HCO 3− + OHŞekil 1 – 100 mg lt toplam alkalinite içeren bir suda, alkalinitenin üç şekli ve karbondioksit
arasındaki ilişkiyi göstermektedir. Bu grafiğin hazırlanması için yukarıda verilen bağıntılar
kullanılmıştır. Şekil 1’deki grafik, sadece belli sertlikteki su için örnek olarak verilmiştir. Toplam
alkalinite, sıcaklık ve bunun gibi faktörlerle ilgili ilişkiler farklıdır.
Şekil 1. Çeşitli pH seviyelerinde alkalinitenin üç şekli ve karbondioksit arasındaki ilişki (değerler 25
°C’ de toplam alkalinitesi 100 mg/lt olan su için hesaplanmıştır.
Alkalinite Verisinin Uygulamaları
Alkalinite ile ilgili bilgiler, çevre mühendisliği uygulamalarında çeşitli şekillerde kullanılırlar. İçme ve
atık suların kimyasal pıhtılaştırma işlemlerinde kullanılan kimyasal maddeler, su ile reaksiyona girerek
Erciyes Üniversitesi Çevre Mühendisliği Bölümü
Çevre Kimyası-I Laboratuarı
çözünmeyen hidroksit çökeleklerini oluştururlar. Açığa çıkan hidrojen iyonu, suyun alkalinitesi ile
tepkimeye girer.
Alkalinite, kireç ve soda–kireç yöntemleri ile suların yumuşatılması işlemlerinde gerekli kimyasal
madde miktarlarının hesabında önemlidir. Alkalinite, korozyon kontrolünde önemli bir parametredir.
Alkalinite, ölçümleri atıksuların ve çamurların tamponlama kapasitelerinin değerlendirilmesinde
kullanılır. Karbondioksit, asidik bir gaz olduğundan, karbondioksitin uzaklaştırılması ile;
CO2 + H2O ↔ H2CO3 ↔ HCO 3− + H+
HCO 3− ↔ H+ + CO 3−2
CO 3−2 + H2O ↔ HCO 3− + OHbağıntısına göre suyun pH’ı yükselir.
Numunelerin Korunması
Analiz en kısa sürede yapılmalıdır. Bekletmek gerekiyorsa, + 4oC soğukta, cam kapta 2 gün
bekletilebilir.
Girişimler ve Giderilmeleri
Burada verilen metot, doğal su kaynakları ve aşırı renkli olmayan atıksular için çok yaygın bir metot
olup genellikle girişime maruz değildir.
Ancak, aşırı renkli numunelerde pH metre ile yukarıda belirtilen dönüm noktalarına kadar kontrollü
bir titrasyon yapılarak bu tip girişimler minimuma indirilebilir.
Reaktifler
Metiloranj İndikatör Çözeltisi: 0.05 g metiloranj 100 ml damıtık suda çözülür.
Fenolftalein İndikatör Çözeltisi: 1 g fenolftalein 100 ml % 98’lik Etil alkolde (C2H5OH) çözülür.
Üzerine 100 ml damıtık su ilave edilir. 0.02 N NaOH ile hafif pembe renk görünene kadar titre edilir.
Standard 0.02 N H2SO4 Çözeltisi: 56,3 ml d.H2SO4 (d=1.84 g/cm3 ) alınıp yaklaşık 700 ml saf suya
yavaş yavaş ve bir bagetle karıştırılarak ilave edilir. Oda sıcaklığına kadar soğutulur. Daha sonra saf
suyla 1000 ml’ye tamamlanır.
Erciyes Üniversitesi Çevre Mühendisliği Bölümü
Çevre Kimyası-I Laboratuarı
Standard 0.02 N H2SO4 Çözeltisi: 2 N H2SO4 çözeltisinden balonlu bir pipetle 10 ml. alınıp yaklaşık
900 ml saf su üzerine ilave edilir. Daha sonra 1000 ml’ye tamamlanır. (0.02 N )
0.02 N Na2CO3 Ayar Çözeltisi: 140oC’de etüvde kurutulmuş Na2CO3’tan 1.06 g tartılıp,
karbondioksitsiz su ile 1000 ml ye tamamlanır.
Standard Çözeltilerin Ayarları
0.02 N H2SO4 Çözeltisinin Ayarlanması 5 – 10 mg sodyum karbonat tartılıp 100 ml damıtık suda
çözülür. 1–2 damla metiloranj damlatılıp, 0.02 N H2SO4 ile dönüm noktasına kadar titre edilir.
Aşağıdaki formülden asidin faktörü hesaplanır.
T • 1000
Asidin Faktörü, F
=
m•S•N
F= Sülfürik asitin faktörü,
T= Sodyum karbonat tartımı, g.
m= Sodyum karbonatın ekivalent tartısı (52.997)
S= Titrasyonda sarfedilen 0.02 N H2SO4 miktarı (ml)
N = Sülfürik asitin normalitesi, 0.02
Numune Hazırlanması
Numuneden hassas ölçülerek doğrudan 100 ml alınarak çalışılır. Alkalinite tayininde ön işlem
genellikle yapılmaz. Ancak çok renkli sularda pH Metre ile dönüm noktalarına kadar titrasyon yapılır.
İşlem
1. 100 ml numune erlene alınır. 3-4 damla fenolftalein çözeltisi konur. Eğer renk pembe oluyorsa renk
gidinceye kadar 0.02 N H2SO4 ile titre edilir. Asit miktarı kaydedilir. (P, Fenolftalein Alkalinitesi)
Pempe renk oluşmamış ise, suyun pH’ı 8.3’den küçüktür ve hidraosit+karbonat alkalinitesi sıfırdır.
2. Aynı numuneye 3–4 damla metiloranj damlatılarak tekrar 0.02 N H2SO4 ile soğan kırmızısına yakın
bir renk oluşuncaya kadar titrasyona devam edilir ve sarfedilen asit miktarı kaydedilir. (M, Metiloranj
Alkalinitesi)
3. Toplam Alkalinite hesabı için, T = P + M toplamı alınır.
Erciyes Üniversitesi Çevre Mühendisliği Bölümü
Çevre Kimyası-I Laboratuarı
Hesaplama
a. Toplam Alkalinite Hesabı: Toplam Alkalinite, mg/l CaCO3 eşdeğeri olarak aşağıdaki formülden
hesaplanır:
T • N • 50000
=
Toplam Alkanite
mg/l CaCO3
V
T= İkinci dönüm noktası sonuna (fenolftalein + metiloranj) kadar sarf edilen toplam H2SO4 miktarı, ml
N= Sülfirik asit çözeltisinin normalitesi.
V= Numune Hacmi, ml
Örnek: 100 ml numune için toplam 1 ml 0.02 N H2SO4 harcandığında,
1 • 0.02 • 50000
Top. Alkanite
= 10 mg/l CaCO3 Eşdeğeri
=
100
olur.
b. Alkalinitenin İyon Türlerine Göre Hesabı:
Yukarıda belirtildiği üzere, alkaliniteyi oluşturan 3 iyon (OH-, CO3=, HCO3- ) herhangi bir
numunede 5 değişik durumda mevcut olabilir.
1. Yalnız (OH-): 2 NaOH + H2SO4 -----> Na2SO4 + 2H2O
2. Yalnız (HCO3-): 2 NaHCO3 + H2SO4 -----> Na2SO4 + 2H2CO3
3. Yalnız (CO3=): CO3= + 2H
----> 2HCO3-
2HCO3- + 2H+ ----> H2CO3
4. (OH-) ve (CO3=) : Yukarıdaki reaksiyonlar
5. (CO3=) ve (HCO3-): Yukarıdaki reaksiyonlar
OH- ve HCO3- iyonlarının bir arada bulunamayacakları ve CO3= iyonlarının öncelikle HCO3- halinde
olmak üzere iki kademede titre edildiği ve bunların yarısının fenolftalein alkalinitesinde diğer yarısının
ise metiloranj alkalinitesinde yer alacağı düşünülerek, alkaliniteyi oluşturan iyonlar arasında bağıntılar
kolaylıkla hesaplanabilir.
Erciyes Üniversitesi Çevre Mühendisliği Bölümü
Çevre Kimyası-I Laboratuarı
Alkaliniteye Katkıda Bulunan Temel İyon Türlerinin Titrasyon Sarfiyatlarından Hesaplanması
SARFİYAT
OH-
CO3=
ALKALİNİTESİ
ALKALİNİTESİ
HCO3ALKALİNİTESİ
P=0
0
0
T
P < T/ 2
0
2P
T - 2P
P = T/2
0
2P
0
2 (T - P)
0
P > T/2
2P – T
P=T
T
0
0
100 ml numune hacmi ve 0.02 N Sülfürik Asitle yapılan titrasyon için;
1. Eğer P=0 ise; Fenolftalein alkalinitesi sıfır ise, alkalinitenin hepsi bikarbonattan ileri gelir. Bu
bikarbonatın miktarı klasik titrasyon formülü kullanılarak hesaplanabilir;
E•N•F •S
Miktar, mg/l
=
1000
= [61• 0,02 • 1• (1•1000/100) ] / 1000 mg/l = 12,2 mg /l
yani;
HCO3- = T • 12,2 mg/l (T ml sarfiyat için)
61 mg HCO3- 1 meq olduğundan, 1 meq CaCO3‘a (yani 50 mg) eşdeğerdir, bu sebeple;
HCO3- = T • [50 • 12,2 /61] = T•10 mg/l (CaCO3 eşdeğeri)
2. Eğer P< T/2 ise;
Numunede tabloya göre karbonat ve bikarbonat iyonları mevcuttur. Aynı hesap tekniklerini kullanarak
ve gerekli meq tartılarını göz önüne alarak;
CO3= = P •12 mg/l veya 2P •10 mg/l (CaCO3 eşdeğeri)
HCO3- = (T- 2P) • 12,2 mg/l veya (T -2P) • 10 mg/l (CaCO3 eşdeğeri)
3. P= T/2 ise; Numunede sadece CO3= iyonları mevcuttur.
CO3= = T • 6 mg/l. veya CO3= = T • 10 mg/l. (CaCO3 eşdeğeri)
Erciyes Üniversitesi Çevre Mühendisliği Bölümü
Çevre Kimyası-I Laboratuarı
4. P> T/2 ise; Numunede sadece OH- ve CO3= iyonları mevcuttur.
OH- = (2P-T) • 6,8 mg/l veya (2P-T) • 10 mg/l (CaCO3 eşdeğeri)
CO3= = (T-P) • 12mg/l veya
CO3= = 2 (T-P) • 10 mg/l ( CaCO3 eşdeğeri )
5. P=T ise; Numunede sadece OH- var demektir.
OH- = P • 3,4 mg/l veya OH- = P • 10 mg/l (CaCO3 eşdeğeri)
Kaynaklar
1. ASKİ Merkez Laboratuvarları - Su ve Çevre Kimyası Analizleri
2. Peker, İ., Çevre mühendisliği Kimyası, BİRSEN YAYINEVİ. ISBN, : 9755114955, Kayseri, 2007.
3. Standard Methods, 1987 S.2–35
Erciyes Üniversitesi Çevre Mühendisliği Bölümü
Çevre Kimyası-I Laboratuarı