Parametros Fisicoquimicos Del Agua

SEGUNDA PARTE

PARAMETROS FISICO-QUIMICOS: ALCALINIDAD

DEFINIMOS ALCALINIDAD COMO la capacidad del agua para neutralizar ácidos o aceptar protones. Esta representa la suma de la bases que pueden ser tituladas en una muestra de agua. Dado que la alcalinidad de aguas superficiales está determinada generalmente por el contenido de carbonatos, bicarbonatos e hidróxidos, ésta se toma como un indicador de dichas especies iónicas. No obstante, algunas sales de ácidos débiles como boratos, silicatos, nitratos y fosfatos pueden también contribuir a la alcalinidad de estar también presentes. Estos iones negativos en solución están comúnmente asociados o pareados con iones positivos de calcio, magnesio, potasio, sodio y otros cationes. El bicarbonato constituye la forma química de mayor contribución a la alcalinidad. Dicha especie iónica y el hidróxido son particularmente importantes cuando hay gran actividad fotosintética de algas o cuando hay descargas industriales en un cuerpo de agua.

La alcalinidad, no sólo representa el principal sistema amortiguador del agua dulce, sino que también desempeña un rol principal en la productividad de cuerpos de agua naturales, sirviendo como una fuente de reserva para la fotosíntesis. Históricamente, la alcalinidad ha sido utilizada como un indicador de la productividad de lagos, donde niveles de alcalinidad altos indicarían una productividad alta y viceversa (Tabla 1).

Dicha correlación se debe en parte a que la disponibilidad del carbono es mayor en lagos alcalinos y también al hecho de que las rocas sedimentarias que contienen carbonatos, a menudo contienen también concentraciones relativamente altas de nitrógeno y fósforo

(en comparación con el granito, otras rocas ígneas y regiones donde el lecho rocoso ha sido desgastado y lavado, los cuales generalmente contienen bajas concentraciones de estos dos nutrientes limitantes y del CaCO3).

Tabla 1: Rangos de alcalinidad.

RANGO

ALCALINIDAD

(mg/L CaCO3)

BAJA < 75

MEDIA 75 - 150

ALTA > 150

* Datos tomados de Kevern (1989).

El sistema de alcalinidad tiene interacciones importantes con los procesos de fotosíntesis y respiración celular. Veamos en primer término las reacciones de equilibrio que describen la interacción de CO2 y H2O (Figura 1).

Figura 1: Equilibrio que describen la interacción de CO2 y H2O.

(1) CO2 + H2O H2CO3

(2) H2CO3 +

+ HCO -

(3) CO2 + H2O +

+ HCO -

1era. disociación de ácido carbónico:

[ H ][HCO3 ]

K1

[CO2 ][H 2 O]

(4) HCO - +

2da. disociación de ácido carbónico:

+ CO --

K2

[ H ][CO3 ] [ HCO3 ]

Dado que la concentración de ácido carbónico (H2CO3) es generalmente baja, las primeras dos ecuaciones se combinan para formar el equilibrio descrito en la ecuación

#3. Determinando los valores de las constantes de disociación K1 y K2 (las cuales varían con la temperatura y el pH), podemos calcular las concentraciones relativas de los componentes de estas ecuaciones de equilibrio. La figura 2 y la tabla 2 ilustran cómo el

por ciento de composición de dichos componentes varía con el pH.

Figura 2: Efecto del pH en el por ciento de composición de especies de bióxido de carbono en agua.

100

80

60 CO2

%

40 HCO3-

CO3--

20

0

3 4

5 6 7

pH

8 9

10 11

12 13

Tabla 2: Efecto del pH en las proporciones de especies iónicas de bióxido

de carbono en agua.

pH

4 CO2

0.996 HCO3-

0.004 CO3 2-

1.25 x 10-9

5 0.962 0.038 1.20 x 10-7

6 0.725 0.275 9.1 x 10-5

7 0.208 0.792 2.6 x 10-4

8 0.025 0.972 3.2 x 10-3

9 0.003 0.966 0.031

10 0.000 0.757 0.243

* Datos tomados de Hutchinson (1957).

Es evidente que las proporciones de las especies iónicas de bióxido de carbono son alteradas significativamente por cambios en pH. A un pH < 6, CO2 es la especie

dominante. A valores de pH entre 7 y 9, HCO3- predomina, mientras que CO32- comienza a aumentar su concentración significativamente a valores de pH > 9. El sistema de alcalinidad tiene interacciones importantes con los procesos de fotosíntesis y respiración. Dichas interacciones se ilustran en la figura 3 donde aparecen combinadas la primera y segunda disociaciones de ácido carbónico.

Figura 3: Efecto de procesos metabólicos en la alcalinidad.

Atmósfera

Agua

Ca++ + 2HCO3- CO2 + CO3= + Ca++ + H2O

pH ACIDO

Respiración

CaCO3

Sedimentos

pH BASICO

Fotosíntesis

Durante el proceso de fotosíntesis se consume CO2 desplazándose el equilibrio descrito en la figura 3 hacia la derecha, causando a su vez que el pH aumente. El aumento en pH se debe a que la baja en concentración de CO2 libre ocasiona a su vez una disminución

en la concentración del ión hidronio (H+) y por ende un aumento en pH. Dicho efecto lo

podemos apreciar al analizar las reacciones de equilibrio que describen la interacción de CO2 y H2O (Figura 1: ecuaciones 1

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