Вопросы к лабораторной работе №3

1. Электродный потенциал, механизм его возникновения.

2. Уравнение Нернста. Стандартный электродный потенциал.

3. Типы индикаторных электродов.

4. Гальванические цепи. Типы гальванических цепей.ЭДС.

5. Основной принцип ионометрии.

6. Потенциометрическое титрование.

Лабораторная работа № 4

Исследование питьевой воды

Цель работы: Ознакомление с составом, методами очистки и анализа природных вод. Освоение методик определения жесткости, pH, окисляемости воды, определения в воде активного хлора, содержания нитратов, нитритов, хлоридов и сульфатов.

Общие сведения

Вода является самым распространённым на Земле соединением: она составляет всю гидросферу, входит в связанном состоянии в состав различных минералов и горных пород, находится в растениях и животных (составляя от 50 до 99% их массы), присутствует в почве и в атмосфере. Вода играет исключительно важную роль в самых разнообразных процессах живой и неживой природы.

Несмотря на простоту строения молекулы, вода обладает рядом уникальных свойств которые обусловлены, главным образом способностью молекул воды образовывать межмолекулярные водородные связи, а также способностью воды к электролитической диссоциации в результате которой образуются ионы водорода и гидроксильные ионы.

Состав природной воды

Любая природная вода содержит различные примеси, находящиеся в растворённом и во взвешенном состоянии. Наличие примесей в значительной степени влияет на свойства природной воды и определяет возможность её использования в тех, или иных целях.

С санитарной точки зрения наличие примесей имеет большое значение, так как некоторые из них ухудшают органолептические свойства воды (запах, вкус, прозрачность и т. д.), а другие являются вредными и делают воду непригодной для питья.

Содержащиеся в воде примеси разделяют на неорганические и органические.

Неорганические примеси представляют собой различные минеральные соли.

По общему содержанию растворённых минеральных веществ природные воды делятся на:

– пресные – содержат до 0,1% растворённых веществ;

– минерализованные – от 0,1% до 5%;

– рассолы – свыше 5%.

Как правило, содержание минеральных солей в пресной воде колеблется от 100 до 200мг на 1дм³ воды. Именно такие воды находят наиболее широкое практическое применение, они используются в частности в качестве питьевой воды.

Из минеральных веществ особую роль играют соли кальция и магния, их содержание обуславливает такое свойство воды как жесткость.

Общей жесткостью называется совокупность свойств воды, обусловленная наличием в ней солей кальция, магния и железа.

Количественно жесткость воды определяется числом мг-экв ионов Ca²⁺, Mg²⁺, Fe²⁺ и Fe³⁺, приходящимся на 1дм³ воды. По жесткости различают воды:

– мягкие – менее 4 мг-экв/дм³;

– умеренно жесткие – от 4 до 8 мг-экв/дм³;

– жесткие – от 8 до 12 мг-экв/дм³;

– очень жесткие – свыше 12 мг-экв/дм³.

Карбонатной жесткостью (временной, устранимой) называется часть жесткости, обусловленная наличием в воде гидрокарбонатов перечисленных металлов. Карбонатная жесткость может быть практически полностью устранена длительным кипячением воды.

При использовании жесткой воды отмечается ряд существенных её недостатков. В котлах различного рода, в бытовых приборах (чайниках, кастрюлях) при нагревании, а особенно при кипячении воды образуется накипь. Процесс образования накипи описывается уравнением реакции:

X(HCO₃)₂ XCO₃↓ + CO₂ + H₂O

где X – Ca или Mg.

Образование накипи приводит к изменению теплофизических характеристик оборудования, оказывает влияние на вкусовые характеристики приготовляемой пищи.

При мытье и стирке в жесткой воде требуется большее количество мыла.

В жесткой воде плохо развариваются овощи.

Жесткая вода не причиняет вред здоровью человека, однако вода с высокой магниевой жесткостью в некоторых случаях может вызывать диарею.

В воде очень часто содержится железо в виде различных соединений. Железо безвредно, но оно придает воде неприятный запах, а также вкус, делает ее мутной.

Содержание железа в воде может колебаться от 0 до 5 мг и даже больше на 1дм³. Воды, содержащие свыше 1–2 мг железа на 1дм³ воды, непригодны для хозяйственно-питьевых целей и должны быть подвергнуты очистке.

Вода открытых водоемов, как правило, содержит значительное количество кислорода в растворенном виде, вода же глубоких слоев грунта очень бедна кислородом или даже совсем не содержит его.

Присутствие кислорода в воде имеет очень большое гигиеническое значение. Кислород окисляет и минерализует попавшие в воду органические вещества. Благодаря присутствию в воде кислорода растительные и животные организмы получают возможность жить и развиваться в ней.

В 1дм³ воды открытых чистых водоемов может содержаться от 8 до 14мг кислорода.

Из других газов в воде иногда встречается сероводород, придающий ей неприятный запах. С гигиенической точки зрения необходимо учесть, что сероводород может быть минерального происхождения, но чаще всего он образуется в процессе распада продуктов животного происхождения, что указывает на загрязнение водоема гниющими белковыми веществами.

В воде содержится также хлор, в виде хлористого натрия.

Как и сероводород, хлор в воде может быть минерального или животного происхождения. Минеральный хлор попадает в воду из почвы.

При большом содержании хлористого натрия (более 250мг хлора или 400мг хлористого натрия) вода приобретает ясно выраженный соленый, неприятный вкус. Минеральный хлор не вреден для здоровья. Хлор животного происхождения образуется в почве и воде в результате присутствия в них фекалий и мочи человека и животных, а также различных отбросов и указывает на загрязнение воды.

При выпадении осадков вода может поглощать из атмосферы значительные количества оксидов азота, серы и углерода. При взаимодействии с водой эти вещества образуют соответствующие кислоты, содержащиеся в атмосферной воде в свободном виде. Особенно это явление характерно для промышленно развитых регионов (так называемые „кислотные дожди”).

Развитие промышленности и сельского хозяйства приводит к появлению в природных водах отдельных регионов значительных количеств ионов токсичных металлов (Pb²⁺, Hg²⁺, Cu²⁺, Ni²⁺, Co²⁺, Cd²⁺, As³⁺ и др.). Значительные содержания таких ионов совершенно исключают возможность применения воды в пищевых целях.

Природные воды могут также содержать радиоактивные элементы, имеющие естественное, а чаще всего, техногенное происхождение.

Органические примеси попадают в воду естественным путём в результате разложения отходов жизнедеятельности организмов растительного и животного происхождения. Наличие примесей органического происхождения указывает на большее или меньшее загрязнение водоисточника, так как с органическими веществами в воду могут попадать и патогенные микроорганизмы. Определение содержания органических примесей имеет большое санитарно-гигиеническое значение.

Показателем загрязнения воды органическими веществами является также наличие в ней солей аммония (солевой аммиак), нитритов (солей азотистой кислоты) и нитратов (солей азотной кислоты). Эти химические вещества появляются в воде в результате распада содержащих азот органических соединений. Процесс распада таких соединений характеризуется последовательным образованием аммиака → нитритов → нитратов. Таким образом, по относительному содержанию аммиака, нитритов и нитратов можно судить о полноте процессов разложения органических веществ и, соответственно, о времени происшедшего загрязнения.

В регионах с развитым земледелием в воде могут содержаться соли аммония и нитраты минерального происхождения, появление которых обусловлено вымыванием из почвы аммонийных и азотнокислых удобрений.

Содержание аммиака может быть допущено в питьевой воде только в очень малых количествах.

При одновременном обнаружении в воде аммиака, нитритов и нитратов вода считается непригодной для использования в пищевых целях.

Воды открытых водоемов, а также неглубоких колодцев содержат обычно большое количество бактерий. В водах открытых водоемов содержится от нескольких сот до нескольких тысяч бактерий в 1см³ воды. Подземные глубокие воды, а также воды родников и ключей содержат значительно меньшие количества бактерий, а в некоторых случаях даже совершенно свободны от них.

Большинство находящихся в воде бактерий является сапрофитами и не представляет опасности для здоровья человека.

Но наличие в воде большого количества бактерий делает ее весьма подозрительной с санитарной точки зрения, так как это указывает на загрязнение ее органическими веществами, являющимися пищей для бактерий. Кроме того, среди массы бактерий могут встречаться и патогенные бактерии – возбудители брюшного тифа, паратифов, дизентерии и др.

При бактериологическом исследовании воды определяется количество колоний микробов в 1см³ и титр кишечной палочки.

Кишечная палочка, как известно, является показателем фекального загрязнения воды, и большое количество кишечной палочки в воде может дать косвенное указание на присутствие в воде патогенных микробов кишечной тифозной группы, возбудителей брюшного тифа, паратифа, а также дизентерии и др.

В природные воды могут также попадать органические вещества техногенного происхождения – неразложившиеся гербициды, ядохимикаты, отходы органического и нефтехимических производств. Наличие такого рода токсических веществ существенно сокращает возможности использования природных водоисточников.