Società Adriatica di Speleologia - Trieste

Indice di saturazione (Sistema di calcolo)

Il sistema di calcolo dell'indice di saturazione (SI) dell'acqua dei singoli campioni è elaborato con un programma che segue i suggerimenti approvati dallo Standard Methods Committee e AWWA e che si rivela adatto per acque carsiche contenenti minime quantità di solfati e magnesio. L'indice di saturazione di un'acqua, di seguito definito SI, è uguale a pH - pH_sat. Dove: pH = pH dell'acqua misurato strumentalmente e pH_sat = pH dell'acqua in equilibrio con CaCO₃ alle concentrazioni misurate di Ca²⁺ e HCO₃^2-.

Un SI positivo denota una saturazione e quindi una tendenza al deposito di calcite (incrostazione). 
Un SI negativo indica un'acqua sotto satura e quindi aggressiva (corrosiva) nei confronti del calcare.
Un SI uguale a zero rappresenta un'acqua in equilibrio con la roccia calcarea con cui è a contatto.

Per risolvere l'equazione è necessario determinare il pH_sat.
pH_sat = pK₂ - pK_s + p(Ca²⁺) + p(HCO₃^-) +5 pf_m, dove:

• - K₂ = II costante di dissociazione dell'acido carbonico alla temperatura t°C
• - K_s = Prodotto di solubilità della calcite alla temperatura t°C
• - (Ca²⁺) = concentrazione totale di ioni Ca espressa in moli/l
• - (HCO₃^-) = concentrazione totale di ioni (HCO₃^-) espressa in moli/l
• - f_m = coefficiente medio di attività per le specie monovalenti alla temperatura t°C

Nella tabella di calcolo (Merlak ©) è riportato un esempio: l'acqua ha un SI di 0,43. La differenza tra cond.misurata e calcolata è del 4,34% = l'analisi è attendibile, l'acqua è sovrassatura, leggermente incrostante (questi calcoli possono essere applicati anche in campo industriale nei programmi di protezione delle condutture idriche).

Conducibilità elettrolitica

Ogni specie ionica contribuisce alla conducibilità elettrolitica di una soluzione acquosa in misura proporzionale alla concentrazione della specie stessa e della forza ionica della soluzione secondo una serie di parametri che tengono conto di diverse grandezze quali temperatura, costante dielettrica e viscosità e che sono riassunti nell'equazione fondamentale di Onsager.
Per soluzioni acquose con concentrazioni saline dell'ordine di 10^-3 moli/litro (vedi acque carsiche) la legge limite (Onsager L.,Fuoss,1932, R.M., J. physic. Chem. 36, 2689) per la conduttività equivalente di un elettrolita semplice completamente dissociato è espressa dalla seguente equazione: 

dove:

• Δ = conducibilità equivalente (definita come rapporto tra la conducibilità specifica χ alla temperatura T e la concentrazione espressa in milliequivalenti/l
• Δ₀ = conducibilità equivalente limite (a diluizione infinita ed alla temperatura T)
• z⁺, z^- = carica ionica
• ε  = costante dielettrica dell'acqua
• η = viscosità dell'acqua
• T = temperatura assoluta della soluzione acquosa
• i = forza ionica
• Q = coefficiente di rilassamento

In seguito agli studi condotti in materia è possibile ricavare una metodologia di calcolo empirico (Onsager e Fuoss 1932, Kortum G. 1953, Robinson R.A. e Stokes R.H. 1955, Lee W.H.,Wheaton R.J. 1978) per la conducibilità di una miscela qualsiasi a condizione che sia presente un sale prevalente e la soluzione abbia una forza ionica non elevata.