สภาพด่าง

สภาพด่าง หรือ อัลคาไลนิตี้ หรือ ค่าอัลคาไลน์ (อังกฤษ: Alkalinity; A_T) เป็นการวัดความสามารถของสารละลายในการเปลี่ยนสภาพกรดให้เข้าสู่จุดสะเทินของคาร์บอเนตหรือไบคาร์บอเนต สภาพด่างเท่ากับผลรวมของปริมาณสัมพันธ์ของเบสในสารละลายนั้น ในสิ่งแวดล้อมธรรมชาติ สภาพด่างคาร์บอเนตมีผลกระทบต่อสภาพด่างรวมมากที่สุดเนื่องจากการพบได้ทั่วไปและการสลายตัวของหินคาร์บอเนตและการมีอยู่ของคาร์บอนไดออกไซด์ในชั้นบรรยากาศ สารประกอบทางธรรมชาติอื่นที่สามารถมีผลต่อสภาพด่างได้ คือ บอเรต ไฮดรอกไซด์ ฟอสเฟต ซิลิเกต ไนเตรด แอมโมเนียละลาย คู่ของเบสที่จับกับกรดอินทรีย์บางชนิดและซัลเฟต ค่าสภาพด่างมักระบุในหน่วย mEq/L (มิลลิอิควิวาเลนท์ต่อลิตร) ในทางพาณิชย์ อย่างเช่นในอุตสาหกรรมสระน้ำ สภาพด่างอาจระบุในหน่วยส่วนต่อล้านส่วน (ppm) ได้ด้วย

สภาพด่างผิวน้ำทะเล

การวัดสภาพด่างตามทฤษฎี

ในการวัดสภาพด่างของน้ำบาดาลหรือน้ำทะเล สามารถหาได้จากสูตร

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⁻]

ตัวห้อย T หมายถึง ความหนาแน่นของเคมิกอลสปีซีที่พบในสารละลาย

สภาพด่างสามารถวิเคราะห์ได้จากการไตเตรดตัวอย่างสารละลายกับกรดเข้มข้นจนกระทั่งไอออนข้างต้นมีคุณสมบัติเป็นบัฟเฟอร์ทั้งหมดเหนือค่า pH ของไบคาร์บอเนตหรือคาร์บอเนตที่ใช้ไป เมื่อถึงจุดนี้ เบสทั้งหมดที่สนใจศึกษาจะได้รับโปรตอนเข้ามาจนถึงสปีซีระดับศูนย์ ซึ่งจะไม่ก่อให้เกิดสภาพด่างอีกต่อไป ยกตัวอย่างเช่น ปฏิกิริยาด้านล่างนี้เกิดขึ้นระหว่างการเติมกรดเข้าไปในสารละลายน้ำทะเล:

HCO₃⁻ + H⁺ → CO₂ + H₂O

CO₃⁻² + 2H⁺ → CO₂ + H₂O

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]

จะสังเกตจากปฏิกิริยาการรับโปรตอนข้างต้นได้ว่าเบสส่วนใหญ่จะได้รับโปรตอน (H⁺) หนึ่งตัวเพื่อให้ตัวเองกลายมาเป็นสปีซีที่เป็นกลาง และเพิ่มสภาพด่างหนึ่งต่อสมมูล อย่างไรก็ตาม CO₃⁻² จะได้รับโปรตอนสองตัวก่อนที่จะเข้าสู่สปีซีระดับศูนย์ (CO₂) จึงเพิ่มสภาพด่างทีละสองต่อโมลของ CO₃⁻² [H⁺] และ [HSO₄⁻] ลดสภาพด่าง เนื่องจากทั้งสองทำหน้าที่ให้โปรตอน ซึ่งมักใช้แสดงร่วมกับ [H⁺]_T

แหล่งข้อมูลอื่น

• Holmes-Farley, Randy. "Chemistry and the Aquarium," Advanced Aquarist's Online Magazine. Alkalinity as it pertains to salt-water aquariums.
• DOE (1994) "[1],"Handbook of methods for the analysis of the various parameters of the carbon dioxide system in sea water. Version 2, A. G. Dickson & C. Goyet, eds. ORNL/CDIAC-74.