אלקליניות

אלקליניות פני הים, מתוך GLODAP

אלקליניות היא אמת המידה ליכולתה של תמיסה מימית לנטרל חומצה. תכונה כימית זו משמשת סמן לקביעת יכולתם של גופי מים לנטרל זיהום ממקור אנושי, כמו למשל גשם חומצי או שפכים.

אלקליניות כללית

לריכוז יון המימן השפעה רבה על התפלגות המומסים נושאי המטען החשמלי בים, וכן על קצבי תהליכי שיקוע והמסה, ספיחה ושחרור כימי של מלחים בעמודת המים ובמי החללים של קרקעית הים.
המלחים המומסים הקובעים את ריכוז יון המימן בים ניתנים לסיווג על פי שייכותם לקבוצות של חומצות חזקות וחלשות ובסיסים חזקים וחלשים. כאשר נפחית את סכום המטענים החשמליים של האניונים של החומצות החזקות (למשל Cl^-, SO₄^-2, NO₃^-, NO₂^-, PO₄^-3) מהמטענים החשמליים של הקטיונים של הבסיסים החזקים (למשל Na⁺, Ca⁺², Mg⁺², Mn⁺²), נקבל מטען חיובי עודף שמאוזן על ידי ההפרש בין סכום המטענים השליליים של האניונים של החומצות החלשות המומסות במי הים (למשל ^-OH^-, HCO₃) ובין ריכוז יון המימן החופשי (⁺H).
להפרש זה נהוג לקרוא האלקליניות הכללית של מי הים (total alkalinity, A_T). זהו למעשה הסכום השקול של בסיסים בתמיסה שניתנים לטיטור עם חומצה חזקה.

במי-ים או במי תהום האלקליניות הכללית תהיה שווה ל:

A_T = [HCO₃⁻]_T + 2[CO₃⁻²]_T + [B(OH)₄⁻]_T + [OH⁻]_T + 2[PO₄⁻³]_T + [HPO₄⁻²]_T + [SiO(OH)₃⁻]_T − [H⁺]_sws − [HSO₄⁻]

כאשר ערך _T מייצג את הריכוז הנמדד של כל צורון כימי במשוואה.

בגופי מים טבעיים, כל היוניים חוץ מקרבונט (CO₃⁻²) ומביקרבונט (⁻HCO₃) נמצאים בריכוז זניח. מכאן שהאלקליניות הכללית תהיה שווה בקירוב (1:1.1) לריכוז הפחמן האנאורגני במים.

האלקליניות הכללית אינה מושפעת באופן ישיר מטמפרטורה, לחץ או pH. מליחות, לעומת זאת, משנה את רמת האלקליניות. אידוי מוגבר מעלה את רמת המליחות, ריכוז היונים המומסים יגדל והאלקליניות הכללית תעלה. בהתאמה, כניסת מים מתוקים תוריד את רמת האלקליניות הכללית.

מדידה

מדידת האלקליניות הכללית נעשית על ידי מדידת כמות החומצה הדרושה כדי להביא את התמיסה לנקודת השקילות (הנקודה האקוויוולנטית) של קרבונט או של ביקרבונט. בנקודה זו, בה הpH הוא בקירוב 4.5, כל הבסיסים עברו פרוטונציה לצורונים נייטרליים (בעלי ערכיות אפס), ולכן אין להם השפעה נוספת על האלקליניות.

במי-ים, בהוספת חומצה יתרחשו התגובות הבאות:

B(OH)₄⁻ + H⁺ → B(OH)₃ + H₂O

OH⁻ + H⁺ → H₂O

PO₄⁻³ + 2H⁺ → H₂PO₄⁻

HPO₄⁻² + H⁺ → H₂PO₄⁻

[SiO(OH)₃⁻] + H⁺ → [Si(OH)₄⁰]

רוב הבסיסים המוזכרים לעיל צורכים יון מימן או פרוטון (⁺H) אחד כדי להפוך נייטרלים, ולכן מעלים את סך האלקליניות באחד לאקוויוולנט מולארי (Eq).
אלקליניות לרוב מבוטאת ביחידות של mEq/L (מיליאקוויוולנט לליטר) או μmol CaCO₃/Kg (מיקרומול סידן פחמתי לק"ג).

אחת השיטות הנפוצות לקביעת אלקליניות היא בעזרת טיטרציה מסוג גראן (Gran).

תהליכים המשפיעים על אלקליניות מי הים

קיימים תהליכים שונים יוצרי אלקליניות באוקיינוסים. אחד התהליכים המרכזיים הוא המסת סידן פחמתי (CaCO₃), רכיב מרכזי בשלדי יצורים ימיים, ליצירת יוני סידן (Ca⁺²) וקרבונט (CO₃^-2). לקרבונט יש יכולת לקלוט שני פרוטונים, ולכן הוא גורם לעליה ברמת האלקליניות.

לתהליכי פירוק אנאירוביים, כמו דניטריפיקציה וחיזור סולפט, יש השפעה גדולה עוד יותר על רמת האלקליניות. תהליכים אלו מתרחשים בים העמוק באזורים נטולי חמצן, צורכים פרוטונים ומשחררים גזים (N₂ ו- H₂S) לאטמוספירה. מעריכים כי 60% מסך האלקליניות באוקיינוסים נוצר בתהליכי פירוק אנאירוביים.

תהליכי פירוק אירוביים, בניגוד לאנאירוביים, גורמים לירידה באלקליניות הכללית. גם תהליכי ביומינרליזציה או תהליכי השקעת שלד גירני מורידים את רמת האלקליניות. תהליכים אנאורגניים גלובאליים שעשויים לגרום לירידה באלקליניות הם ריבוי משקעים או המסת קרחונים.

ראו גם

• בסיס
• חומצה
• בופר
• pH