Tvrdosť a alkalita v prírodnej vode sú dôležité ukazovatele, ktoré odrážajú charakteristiky kvality vody. Tvrdosť sa týka hlavne celkovej koncentrácie vápnikových iónov (Ca²⁺) a iónov horčíka (mg²⁺) vo vode, zatiaľ čo alkalita je určená hlavne pomocou bikarbonátových iónov (HCO₃⁻). Vzťah medzi nimi priamo ovplyvňuje zloženie rozpustených solí vo vode, a tak odráža chemické vlastnosti vody v vode. Podľa koncentračného pomeru týchto dvoch sa dá rozdeliť do nasledujúcich troch situácií:
1. Alkalita je väčšia ako tvrdosť (v mol/l)
Ak je koncentrácia HCO₃⁻ vo vode vyššia ako polovica celkovej koncentrácie vápnikových a horčíkových iónov (tj HCO₃⁻> ½ (Ca²⁺ + mg²⁺)), naznačuje, že alkalita významne presahuje tvrdosť. V tomto okamihu sa budú ióny vápnikového a horčíka prednostne kombinovať s bikarbonátom, čím sa vytvoria hydrogenuhličitan vápenatý (Ca (HCO₃) ₂) a bikarbonát horčíka (Mg (HCO₃) ₂). Zostávajúce HCO₃⁻ sa kombinujú s monovalentnými katiónmi, ako je sodík (NA⁺) a draslík (K⁺), čím sa vytvorí hydrogenuhličitan sodný (NAHCO₃) a hydrogenuhličitan draselný (KHCO₃).
V tomto prípade je tvrdosť vo vode úplne zložená z hydrogenuhličitanu a neexistuje žiadna tvrdosť nearbonátu (ako sú solí vápenatých a horčíka vo forme síranov alebo chloridov). Okrem toho rozdiel medzi alkalitou a tvrdosťou zodpovedá koncentrácii bikarbonátu sodíka a draslíka. Táto nadmerná alkalita sa nazýva „negatívna tvrdosť“ alebo „nadmerná alkalita“, čo znamená, že vo vode je ďalší hydrogenuhličitan, ktorý sa nevykonáva vápnikom a horčík.
2. Alkalita sa rovná tvrdosti (v mol/l)
Keď sa koncentrácia HCO₃⁻ presne rovná polovici celkovej koncentrácie vápnikových iónov a horčíka (tj HCO₃⁻=½ (Ca²⁺ + mg²⁺), budú sa ióny vápnikového a horčík kombinovať s hydrogentalibonátom za vzniku hydrogenuhličitátu vápenatu a horčičného bikarbonátu. V tomto okamihu nemôžu ióny sodíka a draselného tvoriť bikarbonát, ale kombinovať s sulfátom (So₄²⁻) alebo chloridovými iónmi (CL⁻), za vzniku neutrálnych solí, ako je síran sodný (Na₂so₄), sulfát draselný (K₂so), chlorid sodný (NaCl) alebo chlorid obsahujúci kyslík).
V tomto prípade neexistuje ani nadmerná alkalita (negatívna tvrdosť), ani tvrdosť neohostiteľa vo vode. Tvrdosť a alkalita sú dokonale zladené, čo naznačuje, že koncentrácie vápnika a horčíka sú iba neutralizované bikarbonátom a ďalšie anióny sa kombinujú iba s sodíkmi a draslíkom.
3. Alkalita je menšia ako tvrdosť (v mol/l)
Ak je koncentrácia HCO₃⁻ menšia ako polovica celkovej koncentrácie iónov vápnikového a horečnatého (tj HCO₃⁻ <½ (Ca²⁺ + mg²⁺)), nemožno vápnikovým a horečnatými iónmi vo vode úplne neutralizovať pomocou hydrogenuhličitanu a zostávajúca časť sa spojí s ostatnými aniónmi (ako napríklad síralom alebo chloridovým iónmi), aby sa vytvorila nekarbonidátovo-kalibonát. Podľa rozdielu v pomere vápnika a horčíka sa táto situácia môže ďalej rozdeliť na dva typy:
(1) Tvrdá voda vápnika (vysoký podiel Ca²⁺)
Ak je koncentrácia vápenatých iónov vysoká (½ca²⁺> HCO₃⁻), hydrogenuhličitan sa prednostne kombinuje s vápenatím za vzniku hydrogenuhličitanu vápenatého a zostávajúce vápnikové ióny sa kombinujú so síranom za vzniku síranu vápenatého (CASO₄). Súčasne, pretože ióny horčíka nie sú úplne neutralizované, budú existovať vo forme síranu horečnatého (MGSO₄). V súčasnosti je vo vode zjavná tvrdosť nearbonátu (ako je síran vápenatý a síran horečnatý), ale hydrogenuhličitan horčík (Mg (HCO₃) ₂) vôbec neexistuje.
(2) Tvrdá voda horčíka (mg²⁺ predstavuje vysoký pomer)
Ak je koncentrácia iónov horečnatý vysoká (½ca²⁺ V obidvoch prípadoch, pokiaľ je alkalita menšia ako tvrdosť, tvrdosť nearbonátu musí existovať vo vode a hydrogenuhličitány sodíka a draselného (ako je NAHCO₃) úplne zmiznú. Zhrnutie a analýza Porovnaním vzťahu medzi tvrdosťou a alkalitou môžeme objasniť zloženie a zdroj solí vo vode: Alkalita> Tvrdosť: Vápnik a horčík vo vode existujú vo forme hydrogenuhličitanu sprevádzané hydrogenuhličitom sodným a hydrogenuhličitom draselným (negatívna tvrdosť). Alkalita=Tvrdosť: Bikarbonáty vápniku a horčíka sú úplne neutralizované a iné solí sa tvoria sodíkmi, draslíkom a sulfátom alebo chloridovými iónmi. Alkalinity
