Величина нормальной концентрации серной кислоты, необходимой для титрования пробы воды при рН = 4,5, отражает щелочность воды. Щелочность воды почти исключительно вызывается присутствием бикарбонатных и карбонатных ионов. Гидроокиси, железо и силикаты могут оказывать некоторое влияние на щелочность, когда рН > 9,0. Фосфаты влияют на щелочность при любых нормальных величинах рН. Однако природные концентрации фосфатов почти незначительны по сравнению с содержанием карбонатных и бикарбонатных ионов, кроме того, природные воды с рН > 9,0 редки. Следовательно, щелочность — надежный показатель количества карбонатных и бикарбонатных ионов в большинстве природных вод.
Диссоциация бикарбонатных ионов на карбонатные и водородные ионы происходит активно при рН > 8,2. Ниже этой величины рН большая часть карбонатных ионов реагирует с водородными ионами, в результате чего образуются бикарбонатные ионы:
Н+ + СО2-3↔ HCO-3.
В этом случае соотношение бикарбонатных и карбонатных ионов превышает 100:1. Следовательно, доля щелочного титрования при рН > 8,2 служит мерой содержания карбонатных ионов, а при рН < 8,2 — мерой концентрации бикарбонатных ионов. При рН < 4,5 бикарбонатные ионы, реагируя с ионами водорода, образуют молекулы угольной кислоты:
H++ HCO-3 ↔ Н2СO3.
При титровании удобным цветным индикатором, если рН = 8,2, служит фенолфталеин, а если рН = 4,5, — метилоранж. Эти два типа щелочности называются соответственно карбонатной и бикарбонатной. При анализе промышленных вод они также называются фенолфталеиновой и метил-оранжевой щелочностью, поскольку в промышленные воды обычно добавляются вызывающие щелочность химические вещества, имеющие отдаленное отношение к карбонатам и бикарбонатам.
Большинство карбонатных и бикарбонатных ионов поступают в подземные воды за счет углекислого газа атмосферы, двуокиси углерода почвы и растворения карбонатных пород. В некоторых подземных водах и во многих водах нефтяных месторождений бикарбонаты образуются, вероятно, благодаря присутствию двуокиси углерода, возникающей при диагенезе органических соединений. Бикарбонат натрия, содержащийся в воде, концентрируется в почвах и пустынных бассейнах в результате испарения, но при большом содержании кальция бикарбонат будет удаляться из воды путем осаждения карбоната кальция.
Подземные воды обычно содержат более 10, но менее 800 ч. на 1 млн. бикарбоната. Наиболее распространены концентрации 50—400 ч. на 1 млн. Очень редко, при рН < 4,5, в подземных водах бикарбонат, реагируя с ионами водорода, переходит в угольную кислоту; при рН > 8,2 бикарбонатные ионы диссоциируют на карбонатные и водородные.
