Aluselisus

 See artikkel räägib aine omadusest; keskkonna omaduse kohta vaata artiklit Aluseline keskkond.

Aluselisus ehk leelisus ehk leeliselisus on keemilise ühendi võime moodustada teatavas keskkonnas (tavaliselt vees) hüdroksiidioone[1], mis neutraliseerivad happeid.[2]

Aluselisus on prootonite sidumise või elektronipaari edastamise võime.[1]

Loodusvetes võivad hüdroksiidioone (OH-) moodustada näiteks vesinikkarbonaadid (HCO3-), mis veega reageerivad: HCO3- + H2O = H2CO3 + OH-. Teisteks leelisuse tekitajateks on: süsiniktrioksiid CO3, vesinikfosfaat HPO4, fosfaat PO4-, H2SiO4-, H3SiO4, H2BO2-, atsetaat CH3COO-.[3]

Olles tugevate aluste ja tugevate hapete koguse vahe vees, võib leelisus olla nii positiivne kui ka negatiivne. Suure leelisusega vesi on üldiselt pH väärtusega üle 7, aga vesi, mille pH on üle 7, ei pruugi veel olla suure leelisusega. See tähendab, et aine pH ei määra leelisust, aga leelisus määrab aine pH.

Olulisus

[muuda | muuda lähteteksti]

Leelisus töötab vees puhvrina, mis happeid ja aluseid neutraliseerides ennetab järske pH muutusi. Kui leelisus on väike (alla 80 ppm), võib esineda suuri pH kõikumisi.[4] Korralik leelise puhversüsteem tähendab, et CO3 päevane muutumine mõjutab pH kõikumist vähesel määral. Stabiilne, see tähendab ilma pH kõikumisteta veekeskkond on vajalik kalade ja veeorganismide eluks. Uuringud on näidanud, et suur leelisus soodustab teatud organismide kasvu, näiteks vesikirp kasvas leeliseses ja karedas vees 14,5% pikemaks ja 36,6% viljakamaks kui pehmes ja vähem leeliseses vees.[5]

Leelise loodud puhversüsteem neutraliseerib happevihmade mõju, millega ta kaitseb inimeste veevarusid liigse happelisuse eest.[3]

Järsk pH muutus segab ka vee puhastusprotsesse. Leelisuse suurenemine mõjub aktiivmudaorganismidele toksiliselt, mille tõttu aktiivmudas elavad mikroorganismid hukkuvad ja puhastusprotsess aeglustub.[6] Vee puhastusprotsessis on leelisus vajalik ka selleks, et alumiiniumkaaliumsulfaatdodekahüdraat ehk maarjajää saaks töötada. Maarjajää aitab kaasa reovee koaguleerumisele, moodustuvad helbed, mida on hiljem võimalik välja filtreerida, pinnalt või põhjast ära korjata.[7]

Suur leelisus aitab kaasa ka vee söövitavate kalduvuste vähendamisele.[4]

Vette sattumine

[muuda | muuda lähteteksti]
Lubjakivi

Vesi muutub leeliseseks, läbides pinnast ja puutudes seal kokku mitmesuguste leelisust muutvate teguritega, nagu kivimid, mullad ja teatud taimede tegevus. Kivimitest mõjutab leelisust eriti lubjakivi ja sellest tekkinud moondekivim marmor, sest nad koosnevad peamiselt kaltsiumkarbonaadist. Lubjakivist lahustub kaltsiumkarbonaat vette kaltsiumiks ja karbonaatiooniks. Kõige leelisesemad on mesosoikumi settekivimid ja kõige vähem leelisesed tardkivimid. Inimesed tekitavad leelisust reoveega, mis sisaldab detergente ja seepe.[3] Detergentidest, mis leelisust mõjutavad, on tuntumad soodad, näiteks naatriumkarbonaat ehk pesusooda, naatriumvesinikkarbonaat ehk söögisooda ja naatriumhüdroksiid ehk kaustiline sooda või seebikivi (kasutatakse torupuhastusvahendina). Lisaks karbonaatidele sisaldavad detergendid ka leelisust mõjutavaid fosfaate, boraate ja silikaate.[8]

Leelisus ookeanides ja meredes

[muuda | muuda lähteteksti]

Merevee leelisus on keskmiselt 116 mg/l, mis on suurem kui magevee 30–90 mg/l.[9] Kuna leelisust mõõdetakse mg-ekv/l, siis oma suure vee koguse tõttu võtavad leelisuse muutused ookeanis kaua aega, kuud ja aastad ei mõjuta protsessi olulisel määral.[10] Ookeanide vett muudavad leeliseseks lisaks lubjakivi lahustumisele ka bakterite põhjustatud anaeroobse lagunemise protsessid, mis toimuvad sügaval ookeanis ja kasutavad vesinikioone vesiniksulfaadi ja lämmastiku tootmiseks, mis lõpuks atmosfääri vabanevad. Vesinikioonide vähenemine suurendab leelisust. Vastupidi anaeroobsele hingamisele vähendab aeroobne hingamine, mis toimub vee pinna kihtides, leelisust. Aeroobse hingamise mõju on aga suhteliselt väiksem, sest aeroobsel hingamisel võivad tekkida funktsionaalsed grupid, mis kasutavad hingamisel vabanevad vesinikioonid ära ja neutraliseerivad hingamise efekti leelisusele.[11] Ookeanide leelisuses esineb lokaalseid erinevusi, mida põhjustavad peamiselt jõed ja hoovused.[12] Suured jõed võivad oma suudmete lähedal olla ookeanides nii leelisuse suurendajaks kui ka vähendajaks olenevalt sissevoolava vee leelisusest. Enim mõjutab see leelisust hilistalvel ja kevadel, kui lume sulamisega suurenevad jõevee voolu kogused.[13]

Mõju taimedele

[muuda | muuda lähteteksti]

Leelisus on oluline taimekasvatuse seisukohalt, kuna see mõjutab pH muutumist ja määrab sellega ära, mis liike on võimalik kasvatada. Suur leelisus pärsib raua lahustuvust ja on seega taimedele kahjulik, kuna rauda on vaja klorofülli sünteesiks. Samas ei ole ka leelisevaba vesi hea, sest soodustab pH järske muutusi, mis omakorda võivad tekitada teatud toitainete nappuse. See tähendab, et taimede kasvuks on sobivaim väikse leelisusega vesi. Tänapäeval valdab arvamus, et kõige sobivam kaltsiumkarbonaadi kogus vees on 0–160 mg/l. Leelise tõttu suur pH toob kaasa kaaliumi, fosfori, kaltsiumi ja magneesiumi väikese ning mangaani, tsingi, vase ja eriti raua suure puuduse.[14]

Olulisus ja kasutus Eestis

[muuda | muuda lähteteksti]

Eesti jaoks on oluline probleem põlevkivi tööstuse jääkidest tehtud tuhamäed. Alates 1950. aastatest on kogutud üle 300 miljoni tonni põlevkivituhka, millele lisandub igal aasta viis kuni seitse miljonit tonni. See on keskkonnareostuse risk, sest tuha kokkupuutel veega muutub vesi väga leeliseseks (pH 12–13). Ühe kilogrammi põlevkivituha neutraliseerimiseks (pH 7 juurde viimiseks) kuluks 700 kuupmeetrit vihmavett. Tuhamägede täielikuks neutraliseerimiseks vihmavee poolt kuluks sadu tuhandeid aastaid, seega on põlevkivi tuha leelisus keskkonnale ohuks veel kauaks.[15]

Määramine

[muuda | muuda lähteteksti]
Metüüloranži lahused

Leelisust mõõdetakse happe kogusega, mis kulub pH viimiseks 4,2-ni. Sellest väiksema pH väärtuse juures muutuvad kõik karbonaadid ja bikarobanaadid karbonaathappeks ja pH muutus happe lisamisel on lineaarne.[9]

Eristatakse fenoolftaleiinset leelisust (ühikud mmol/l kaltsiumkarbonaati või mg-ekv/l kaltsiumkarbonaati), mis näitab happe hulka pH viimiseks 8,3-ni ja üldleelisust (ühikud mmol/l kaltsiumkarbonaati või mg-ekv/l kaltsiumkarbonaati), mis näitab kuluvat happe hulka pH 4,2-ni viimiseks.

Fenoolftaleiinne leelisus näitab, kui palju mõjutavad leelisust karbonaat- ja hüdroksiidioonid, mis mõjuvad pH juures üle 8,3. Alla selle pH mõjutab leelisust põhiliselt bikarbonaat, mille mõju näitab üldleelisus.[9]

Leelisust on võimalik määrata tiitrimise teel. Tiitrimine on võimalik digitaalse tiitrija või büretiga. Büretiga tiitrides lisatakse tiitritavale lahusele indikaatorainet ja jälgitakse, kui palju kulub vesinikkloriidhapet, et indikaatorid lahustes värvust muudaksid. Fenoolftaleiinse leelisuse määramisel kasutatakse indikaatoriks fenoolftaleiini, mis muutub pH vähenemisel roosakaspunasest värvusetuks. Üldleelisuse määramisel kasutatakse vesinikkloriidhappega tiitrimisel metüüloranži, mille värvus muutub pH vähenemisel oranžist punaseks. Indikaatoraine asemel või sellega koos on võimalik kasutada ka pH meetrit või väävelhappega tiitrimisel indikaatorit bromokresoolroheline metüülpunane.[9]

Kui lahused on tiitritud, arvutatakse leelisus valemiga X1= V1 * z * 1000 / V ;

V1 – lahuse ruumala, mis kulub tiitrimiseks, z – lahuse molaarne kontsentratsioon, V – vee proovi ruumala.

Leelisusest vabanemine

[muuda | muuda lähteteksti]

Leelisusest vabanemiseks on kolm meetodit: nanofiltreerimine, lubja pehmendamine ja ioonvahetus.

Nanofiltreerimisel viiakse vesi surve all filtrist läbi. Nanofiltreerimise eelisteks on tõhus ja järjepidev leelisusest vabanemine, aga see maksab palju, vajab pumpa ja jätab kontsentreeritud jääkaine, millest tuleb vabaneda.

Lubja pehmendamine vähendab vee karedust, tõstes kaltsiumhüdroksiidiga vee pH 10 peale, et sadestada välja süsiniktrioksiid. Sade filtreeritakse hiljem välja. Eelisteks on väiksem kulu, usaldusväärsus ja töökindlus. Käitleja peab täitma kemikaalikäitluse ohutusnõudeid.

Ioonvahetus toimib nii anioonide kui ka katioonidega, vahetades ioniidid vees olevate karedust tekitavate kaltsiumi- ja magneesiumiioonide vastu.

Vaata ka

[muuda | muuda lähteteksti]

Viited

[muuda | muuda lähteteksti]
  1. ↑ 1,0 1,1 Aluselisus. – TEA entsüklopeedia [1. kd]. TEA Kirjastus, 2008
  2. ↑ United States Environmental Protection Agency – http://water.epa.gov/type/rsl/monitoring/vms510.cfm
  3. ↑ 3,0 3,1 3,2 U.S department of the Interior Bureau of Reclamation – Managing Water in the West Alkalinity fact sheet 2009
  4. ↑ 4,0 4,1 The science of water Concepts and Applications second edition Frank R. Spellman 2008 lk 111
  5. ↑ Celso Martins, Fátima T Jesus, António J. A. Nogueira (2014) Changes in life-history parameters of Daphnia longispina (Cladocera, Crustacea) as a function of water chemistry, Journal of limnology
  6. ↑ Eero Siida (2014), Virtsu reoveepuhasti tööprotsessi optimeerimine ja liigse vahutamise põhjused
  7. ↑ "Arhiivikoopia". Originaali arhiivikoopia seisuga 11. oktoober 2014. Vaadatud 30. oktoobril 2014.{{netiviide}}: CS1 hooldus: arhiivikoopia kasutusel pealkirjana (link)
  8. ↑ TOTAL ALKALINITY
  9. ↑ 9,0 9,1 9,2 9,3 Volunteer Estuary Monitoring Manual, A Methods Manual, Second Edition , chapter 11 (2006) – http://water.epa.gov/type/oceb/nep/upload/2009_03_13_estuaries_monitor_chap11.pdf
  10. ↑ Doney, S. C.; Fabry, V. J.; et al. Ocean Acidification: The Other CO2 Problem. Annu. Rev. Mar. Sci., 2009, 69–92. doi:10.1146/annurev.marine.010908.163834
  11. ↑ Thomas, H.; Schiettecatte, L.-S.; et al. Enhanced Ocean Carbon Storage from Anaerobic Alkalinity Generation in Coastal Sediments. Biogeosciences Discussions. 2008 – http://www.biogeosciences.net/6/267/2009/bg-6-267-2009.pdf
  12. ↑ Cai, W.-J.; Hu, X. et al. Alkalinity Distribution in the Western North Atlantic Ocean Margins. Journal of Geophysical Research. 2010, 115, 1–15. doi:10.1029/2009JC005482
  13. ↑ Thomas, H.; Schiettecatte, L.-S.; et al. Enhanced Ocean Carbon Storage from Anaerobic Alkalinity Generation in Coastal Sediments. Biogeosciences Discussions. 2008, 5, 3575–3591
  14. ↑ Hamid R. Roosta (2011) INTERACTION BETWEEN WATER ALKALINITY AND NUTRIENT SOLUTION PH ON THE VEGETATIVE GROWTH, CHLOROPHYLL FLUORESCENCE AND LEAF MAGNESIUM, IRON, MANGANESE, AND ZINC CONCENTRATIONS IN LETTUCE, Journal of Plant Nutrition, 34:5,717-731, DOI: 10.1080/01904167.2011.540687
  15. ↑ Riho Mõtlep, Terje Sild, Erik Puura, Kalle Kirsimäe (2010) Composition, diagenetic transformation and alkalinity potential of oil shale ash sediments