Кіріспе
Судың pH өзгерісіне қарсы тұру қабілеті, суды қышқылдануға бейімдемейді. Оны pH шкаласындағы абсолютті өлшем болып табылатын сіңіргіштікпен шатастыруға болмайды. Сіңіргіштік – әлсіз қышқылдар мен олардың қосарлы негіздерінен тұратын буферлік ерітіндінің күші. Ол ерітіндіде pH күрт өзгергенше немесе белгілі бір соңғы нүктеге жеткенше HCl сияқты қышқылмен титрлеу арқылы өлшенеді. Сіңіргіштік концентрация бірліктерімен көрсетіледі, мысалы, мекв/л (мл/л), мкэкв/кг (микроэквиваленттер/кг) немесе мг/л CaCO3 (кальций карбонаты литріне миллиграмм). Сіңіргіштік негізінен лимнологтар мен океанографтар қолданса да, гидрологтар оны уақытша қатаңдықты сипаттау үшін де пайдаланады. Сонымен қатар, сіңіргіштік деңгейін өлшеу, өзеннің жаңбыр немесе сарқыңды сулардан келген қышқыл ластануды бейтараптандыру қабілетін анықтау үшін маңызды. Бұл өзеннің қышқылға сезімталдығын өлшейтін ең жақсы көрсеткіштердің бірі. Адамның қызметінен, мысалы, SOx және NOx шығарылымдарынан туындаған қышқыл жаңбырлардың салдарынан өзендер мен ағындардың сіңіргіштік деңгейі ұзақ мерзімде өзгеруі мүмкін.
Alkalinity (from القلوية) is the capacity of water to resist acidification. It should not be confused with basicity, which is an absolute measurement on the pH scale. Alkalinity is the strength of a buffer solution composed of weak acids and their conjugate bases. It is measured by titrating the solution with an acid such as HCl until its pH changes abruptly, or it reaches a known endpoint where that happens. Alkalinity is expressed in units of concentration, such as meq/L (milliequivalents per liter), μeq/kg (microequivalents per kilogram), or mg/L CaCO3 (milligrams per liter of calcium carbonate). Although alkalinity is primarily a term used by limnologists and oceanographers, it is also used by hydrologists to describe temporary hardness. Moreover, measuring alkalinity is important in determining a stream's ability to neutralize acidic pollution from rainfall or wastewater. It is one of the best measures of the sensitivity of the stream to acid inputs. There can be long term changes in the alkalinity of streams and rivers in response to human disturbances such as acid rain generated by SOx and NOx emissions.
Тарих
1884 жылы Андерсон колледжінің (қазіргі Стратклайд университеті) профессоры Вильгельм (Уильям) Диттмар Challenger экспедициясы әлемнің түкпір-түкпірінен әкелген 77 таза теңіз суының үлгісін талдады. Ол теңіз суындағы басты иондардың арақатынасы тұрақты екенін анықтады, бұл Йохан Георг Форхэммердің қазір тұрақты пропорция принципі деп белгілі болған гипотезасын растады. Дегенмен, бір ерекшелік болды. Диттмар терең теңізде кальцийдің концентрациясы шамалы жоғары екенін анықтады және бұл жоғарылауды сілтілік деп атады. Сондай-ақ 1884 жылы Сванте Аррениус өзінің докторлық диссертациясын қорғады, онда ол ерітіндіште иондардың бар екенін дәлелдеді, ал қышқылдарды гидроний ионының доноры, ал негіздерді гидроксид ионының доноры деп анықтады. Осы жұмысы үшін ол 1903 жылы химия бойынша Нобель сыйлығын алды. Сванте Аррениус#Иондық диссоциация тақырыбын да қараңыз.
Қарапайымдастырылған түйіндеме
Алкалдылық – күшті қышқыл арқылы зарядталмаған түрлерге айналатын ерітіндідегі негіздердің молярлық мөлшерін көрсетеді. Мысалы, 1 моль HCO3− ерітіндіде 1 мольдық эквивалентке тең, ал 1 моль CO32− 2 мольдық эквивалентке тең, себебі зарядты теңестіру үшін екі есе көп H+ иондары қажет. Ерітіндінің жалпы заряды әрқашан нөлге тең. Бұл, ерітіндідегі иондардың зарядтық тепе-теңдігіне негізделген, сілтіліктің параллель анықтамасына әкеледі. Na+, K+, Ca2+, Mg2+, Cl−, SO42− және NO3− сияқты кейбір иондар «тұрақты» болып табылады, яғни температура, қысым немесе pH өзгерісіне ұшырамайды. Жалпы сілтілік температураға, қысымға немесе pH-қа (көп) әсер етпейді, сондықтан ол өзі тұрақты өлшем болып табылады, бұл оның су жүйелеріндегі пайдалылығын арттырады. Жер бетіндегі суларда (ағындар, өзендер және көлдерде) HCO3− және CO32−-тен басқа барлық аниондардың концентрациясы төмен. Осылайша, карбонаттық сілтілік, ол тең, жер бетіндегі судың жалпы сілтілігіне шамамен тең. Сілтілік – ерітіндідегі негіздердің стехиометриялық қосындысына тең. Жер бетіндегі сулардың көп бөлігінде карбонаттық сілтілік, карбонат тау жыныстарының және карбонат аниондарын тудыратын геологиялық әр түрлі процестердің кең таралғандығы мен ерігіштігіне байланысты, жалпы сілтіліктің көп бөлігін құрайды. Алкалдылыққа ықпал ететін басқа да табиғи компоненттерге борат, гидроксид, фосфат, силикат, еріген аммиак және органикалық қышқылдардың конугатты негіздері (мысалы, ацетат) жатады. Лабораторияда алынған ерітінділерде сілтілікке үлес қосатын түрлердің саны шексіз болуы мүмкін. Сілтілік көбінесе ерітіндінің литріне немесе еріткіштің килограмына мольдық эквиваленттермен беріледі. Коммерциялық (мысалы, бассейн индустриясы) және реттеу контекстінде сілтілік эквивалентті кальций карбонатының миллионнан бір бөлігінде (ppm CaCO3) көрсетілуі мүмкін. Сілтілік кейде негізділікпен жаңылыстырылып қолданылады. Мысалы, CO2 қосылуы ерітіндінің pH-ын төмендетеді, осылайша негізділікті азайтады, ал сілтілік өзгеріссіз қалады (төмендегі мысалға қараңыз). Сілтілікті өлшеудің әртүрлі әдістері үшін әртүрлі титранттар, соңғы нүктелер және индикаторлар белгіленген. Хлорлы және күкірт қышқылы жиі қолданылатын қышқыл титранттары, ал фенолфталеин, метил қызыл және бромокрезол жасыл – жиі қолданылатын индикаторлар.
Карбонат тау жыныстарының еріуі
Қатты затпен жанасқан ерітіндіге CO2 қосылуы (уақыт өте келе) сілтілікке әсер ете алады, әсіресе карбонат минералдары жер асты суы немесе теңіз суымен жанасқанда. Карбонат тау жыныстарының еріуі (немесе шөгіндіге түсуі) сілтілікке күшті әсер етеді. Себебі карбонат тау жынысы CaCO3-тан тұрады және оның диссоциациялануы Ca2+ және CO32− иондарын ерітіндіге қосады. Ca2+ сілтілікке әсер етпейді, бірақ CO32− сілтілікті 2 бірлікке арттырады. Қышқыл жаңбыр және кен өндірісінен туындаған қышқылдану нәтижесінде карбонат тау жыныстарының күшейген еріуі АҚШ-тың шығыс бөлігіндегі кейбір ірі өзендерде сілтілік концентрациясының артуына себеп болды. Бұл мұхиттың сілтілігіне әсер етпейді, бірақ pH мәнінің төмендеуіне алып келеді (мұхиттың қышқылдануы деп аталады). Мұхиттың сілтілігін арттыру, мұхитқа сілтілік қосудың бір жолы ретінде ұсынылды, осылайша pH өзгерістеріне қарсы тұруға болады. Биологиялық процестер мұхиттың сілтілігіне қысқа (минуттардан ғасырларға дейін) мерзімдерде әлдеқайда күшті әсер етеді. Органиқалық заттардың аэробалық тыныс алуы протондарды бөліп шығару арқылы сілтілікті азайтады.
Жалпы уақыт пен кеңістіктегі өзгергіштік
Мұхиттың сілтілігі уақыт өте келе өзгереді, ең айқын өзгерістер геологиялық мерзімдерде (мыңжылдықтар) байқалады. Құрлықтағы үгілу процесі мен карбонат минералдарының шөгіндісі арасындағы тепе-теңдіктің өзгеруі (мысалы, мұхиттың қышқылдануына байланысты) мұхиттың сілтілігін анықтайтын негізгі ұзақ мерзімді факторлар болып табылады. Адам өмірінің мерзімінде мұхиттың орташа сілтілігі салыстырмалы түрде тұрақты. Орташа мұхит сілтілігінің маусымдық және жылдық өзгеруі өте төмен. Сілтілілік орналасқан жерге байланысты булану/жауын-шашынға, судың қозғалысына, биологиялық және геохимиялық процестерге қарай өзгереді. Мұхиттың сілтілігін өлшеу, тіркеу және зерттеу үшін, сондай-ақ теңіз суының температурасы және тұздылығы сияқты басқа да көптеген сипаттамаларын зерттеуге арналған көптеген бағдарламалар бар. Оларға GEOSECS (Геохимиялық мұхит бөлімдерін зерттеу), TTO/NAS (Мұхиттағы / Солтүстік Атлантикадағы өткінші іздерді зерттеу), JGOFS (Біртұтас жаһандық мұхит ағыны зерттеуі), WOCE (Дүниежүзілік мұхит айналымы эксперименті), CARINA (Атлантика мұхитындағы көмірқышқыл газы) жатады.