Визначення кислотності, лужності, компонентів карбонатної системи

та агресивного діоксиду вуглецю.

Теоретичні відомості: Кислотність природних вод залежить в основному від концентрації розчиненого вільного діоксиду вуглецю та вмісту гумінових та інших слабких органічних кислот. Також кислотність залежить від вмісту багатозарядних іонів металів, що здатні до гідролізу, в першу чергу Fe³⁺ та Al³⁺.

Лужність природної води обумовлена вмістом у ній солей вугільної кислоти, а також аніонів органічних основ та аніонів органічних кислот. Визначення розчинених у воді вільних кислот і лугів, а також компонентів карбонатної системи та агресивного СО₂ грунтується на титруванні проби води робочими розчинами NaOH або HCl до певних значень рН, які фіксують за допомогою індикаторів або рН-метрично.

Кислотність природної води визначають титруванням розчином лугу. Якщо природна вода має рН < 4,5, то титрують до рН 4,5 по метилоранжу для встановлення вільної кислотності. Вона є частиною загальної кислотності і обумовлена присутністю у воді більш сильних кислот ніж вугільна кислота. Для визначення загальної кислотності пробу титрують розчином лугу до рН 8,3 в присутності фенолфталеїну.

Лужність природної води визначають титруванням розчином хлоридної кислоти. Якщо вода має рН > 8,3, то титруванням по фенолфталеїну до рН 8,3 визначають вільну лужність. Вона обумовлена наявністю у воді йонів СО₃^2- та більш сильних основ або аніонів слабких кислот. Для визначення загальної лужності титрування проводять до рН 4,5 в присутності метилоранжу.

Компоненти карбонатної системи перебувають у хімічній рівновазі, яка залежить від рН природної води. При рН < 4 переважає молекулярна форма вугільної кислоти Н₂СО₃, йони НСО₃^- та СО₃^2- практично відсутні у воді. В інтервалі рН 4-8 домінують вугільна кислота та гідрокарбонат-йони НСО₃^-. Максимальна концентрація НСО₃^- при рН 8,3-8,4. При рН > 8,3 відносна частка НСО₃^- зменшується, а СО₃^2- збільшується.

Вміст гідрокарбонатів у прісних поверхневих водах становить 10-500 мг/л, а СО₃^2- 0-50 мг/л.

Метилоранж
рН 0-3,1 червоний	рН 4,5-12 жовтий

Фенолфталеїн
рН < 0 оранжевий	рН 0−8,3 безбарвний	рН 8,3−12,0 малиновий	рН > 12 безбарвний

Одним з основних компонентів природних вод є йони кальцію, які утворюють малорозчинний СаСО₃, до складу якого входить один з компонентів карбонатної системи – СО₃^2- - йон. Кальцій карбонат здатний розчинятися у воді при високих концентраціях СО₂ у воді. Цей процес може проходити у воді лише при умові, коли реальна концентрація вільної вугільної кислоти (суми Н₂СО₃ та СО₂) перевищує її рівноважну концентрацію в системі:

СаСО₃ + СО₂ + Н₂О = Са(НСО₃)₂

Діоксид вуглецю, який є в надлишку у воді, може призводити до розчинення кальцій карбонату. Такий СО₂ називають агресивним. Для визначення концентрації агресивного СО₂ визначають концентрацію вільної вугільної кислоти у воді і порівнюють цю величину з рівноважною концентрацією Н₂СО₃ при даній температурі, тиску та йонній силі. Якщо концентрація вільної вугільної кислоти у досліджуваній воді менша ніж її рівноважна концентрація, то агресивний діоксид вуглецю у воді відсутній. Якщо ж реальна концентрація вільної вугільної кислоти у воді буде більшою за її рівноважну концентрацію, то у воді присутній агресивний СО₂.

Заважаючий вплив:

• Забарвлення, каламутність води;

• Сильні окисники (хлор);

• Солі алюмінію та феруму;

• Слабкі органічні кислоти та основи.

Реактиви:

1. Хлоридна кислота 0.1 моль/л;

2. Натрій гіроксид 0,1 моль/л;

3. Метиловий оранжевий, 0.5 % водний розчин;

4. Фенолфталеїн 0,5 % розчин.

Посуд:

1. Бюретка 25 мл (1 шт.);

2. Конічна колба на 250 мл (3 шт.);

3. Піпетки 100 мл (1 шт.).