Bagaimanakah cara untuk memahami kualiti air berdasarkan hubungan antara kekerasan dan kealkalian?
Kekerasan dan kealkalian dalam air semula jadi merupakan petunjuk penting bagi kualiti air. Kekerasan terutamanya merujuk kepada jumlah kepekatan ion kalsium (Ca²⁺) dan ion magnesium (Mg²⁺) dalam air, manakala kealkalian terutamanya ditentukan oleh ion bikarbonat (HCO₃⁻). Hubungan antara kedua-duanya secara langsung mempengaruhi komposisi garam terlarut dalam air, dan dengan itu mencerminkan sifat kimia badan air. Mengikut nisbah kepekatan kedua-duanya, ia boleh dibahagikan kepada tiga situasi berikut:
1. Kealkalian adalah lebih besar daripada kekerasan (dalam mol/L)
Apabila kepekatan HCO₃⁻ dalam air adalah lebih tinggi daripada separuh daripada jumlah kepekatan ion kalsium dan magnesium (iaitu HCO₃⁻ > ½(Ca²⁺ + Mg²⁺)), ia menunjukkan bahawa kealkalian jauh melebihi kekerasan. Pada masa ini, ion kalsium dan magnesium akan bergabung dengan bikarbonat untuk membentuk kalsium bikarbonat (Ca(HCO₃)₂) dan magnesium bikarbonat (Mg(HCO₃)₂). Baki HCO₃⁻ bergabung dengan kation monovalen seperti natrium (Na⁺) dan kalium (K⁺) untuk membentuk natrium bikarbonat (NaHCO₃) dan kalium bikarbonat (KHCO₃).
Dalam kes ini, kekerasan dalam air sepenuhnya terdiri daripada bikarbonat, dan tiada kekerasan bukan karbonat (seperti garam kalsium dan magnesium dalam bentuk sulfat atau klorida). Di samping itu, perbezaan antara kealkalian dan kekerasan sepadan dengan kepekatan bikarbonat natrium dan kalium. Kealkalian berlebihan ini dipanggil "kekerasan negatif" atau "kealkalian berlebihan", yang bermaksud terdapat bikarbonat tambahan dalam air yang tidak dimakan oleh kalsium dan magnesium.
2. Kealkalian bersamaan dengan kekerasan (dalam mol/L)
Apabila kepekatan HCO₃⁻ adalah sama persis dengan separuh daripada jumlah kepekatan ion kalsium dan magnesium (iaitu HCO₃⁻ = ½(Ca²⁺ + Mg²⁺)), ion kalsium dan magnesium akan bergabung dengan bikarbonat untuk membentuk kalsium bikarbonat dan magnesium bikarbonat. Pada masa ini, ion natrium dan kalium tidak boleh membentuk bikarbonat, tetapi bergabung dengan ion sulfat (SO₄²⁻) atau klorida (Cl⁻) untuk membentuk garam neutral seperti natrium sulfat (Na₂SO₄), kalium sulfat (K₂SO₄), natrium klorida (NaCl) atau kalium klorida (KCl).
Dalam kes ini, tiada kealkalian berlebihan (kekerasan negatif) mahupun kekerasan bukan karbonat di dalam air. Kekerasan dan kealkalian sepadan dengan sempurna, menunjukkan bahawa kepekatan kalsium dan magnesium hanya dineutralkan oleh bikarbonat, dan anion lain hanya digabungkan dengan natrium dan kalium.
3. Kealkalian adalah kurang daripada kekerasan (dalam mol/L)
Apabila kepekatan HCO₃⁻ kurang daripada separuh daripada jumlah kepekatan ion kalsium dan magnesium (iaitu HCO₃⁻
(1) Air keras kalsium (kadar Ca²⁺ yang tinggi)
Jika kepekatan ion kalsium tinggi (½Ca²⁺ > HCO₃⁻), bikarbonat akan bergabung dengan kalsium untuk membentuk kalsium bikarbonat, dan ion kalsium yang tinggal akan bergabung dengan sulfat untuk membentuk kalsium sulfat (CaSO₄). Pada masa yang sama, memandangkan ion magnesium tidak dineutralkan sepenuhnya, ia akan wujud dalam bentuk magnesium sulfat (MgSO₄). Pada masa ini, terdapat kekerasan bukan karbonat yang jelas di dalam air (seperti kalsium sulfat dan magnesium sulfat), tetapi magnesium bikarbonat (Mg(HCO₃)₂) langsung tidak wujud.
(2) Air keras magnesium (Mg²⁺ menyumbang kepada perkadaran yang tinggi)
Jika kepekatan ion magnesium tinggi (½Ca²⁺
Dalam kedua-dua kes, selagi kealkalian kurang daripada kekerasan, kekerasan bukan karbonat mesti wujud di dalam air, dan natrium dan kalium bikarbonat (seperti NaHCO₃) hilang sepenuhnya.
Ringkasan dan analisis:
Dengan membandingkan hubungan antara kekerasan dan kealkalian, kita dapat menjelaskan komposisi dan sumber garam dalam air:
Kealkalian > Kekerasan: Kalsium dan magnesium dalam air wujud dalam bentuk bikarbonat, disertai dengan natrium dan kalium bikarbonat (kekerasan negatif).
Kealkalian = Kekerasan: Kalsium dan magnesium bikarbonat dineutralkan sepenuhnya, dan garam lain dibentuk oleh ion natrium, kalium dan sulfat atau klorida.
Kealkalian