Кислотно-основные свойства среды. Понятие величины рН и его практическое применение в геохимии

Величина рН является одним из важнейших показателей состояния природных систем. В первую очередь, это относится к водным системам: водам поверхностным водоёмам, атмосферным, подземным водам.

От величины рН нередко зависит термодинамическая возможность протекания геохимических процессов, их направление, полнота протекания, скорость. Существенное влияние на рН среды, следовательно, и на геохимические процессы, может оказывать и техногенный фактор.

Напоминаем, что, по определению, рН есть отрицательный, по основанию десять, логарифм концентрации ионов Н⁺.

рН = - lg [H+]; lg [H+] = -рН

Кроме того, напоминаем, что латинская буква р выставляемая перед химической формулой любого сложного вещества, символом элемента или иона во всех случаях означает, что мы имеем дело не с абсолютной величиной концентрации (моль/дм³), а с её отрицательным десятичным логарифмом.

Таким образом, как рН, рОН, р любого другого вещества есть величина безразмерная.

И ещё напоминаем, что:

рОН = -lg [ОН-] рН + рОН = 14

Задача 456

Какова была кислотность (величина рН) сточных вод комбината, если после разового сброса 10 тыс. м³ их в бессточное озеро, объемом 100 млн. м³ , рН воды в озере снизилась с 7,50 до 6,50?

Решение:

1). Было в озере Н⁺;

а). 10^-7,5 = 3,1623 ∙ 10^-8 моль/л.

б). 100 млн.м³ = 1 ∙ 10¹¹ л.

в). 3,1623 ∙ 10^-8 ∙ 10¹¹ = 3,1623 ∙ 10³ моль.

2). Стало в озере Н⁺;

10^-6,5 = 3,1623 ∙ 10^-7

10¹¹ ∙ 3,1623 ∙ 10^-7 = 3,1623 ∙ 10⁴ моль

3). Разница составляет28460,7 моль. Это количество молей Н⁺ поступило в озеро с 10 тыс. куб. м стоков.

4). Концентрация Н⁺ в стоках равна:

28460,7 моль : 10 000 : 1000 = 2,8461 ∙ 10^-3 моль/л.

5). –lg2,8461 ∙ 10^-3 ; рН = 2,55. Это ответ.

Задача 457

Какова была кислотность (величина рН) вод бессточного озера объемом 100 млн.куб.м, если после разового сброса в него 10 тыс. м³ сточных вод с величиной рН = 2,55, рН воды в озере стала 6,5 ?

Решение:

1). Сколько граммов ионов Н⁺ было в озере первоначально ?

Пусть рН = Х, тогда 10^-х ∙ 1000 ∙ 100 ∙ 10⁶ (V) = 10^-х ∙ 10¹¹ г.

2). Какой стал объем озера после сброса в него сточных вод ?

V + W = 100 ∙ 10⁶ + 10 ∙ 10³ = 1,0001 ∙ 10⁸ м³.

3). Сколько граммов ионов Н⁺ стало в озере после сброса в него сточных вод ?

10^-6,5 ∙ 1000 ∙ 1,0001 ∙ 10⁸ м³ (V+W) = 31625,94 г.

4). Сколько граммов ионов водорода попало в озеро со стоками ? (разность между массой, которая стала в озере и которая была первоначально).

31625,94 г – 10¹¹ ∙ 10^-х г = U г.

5). U г : 10 ∙ 10³ м³ - концентрация ионов Н⁺ в сточной воде в г/м³ или мг/л.

6). U г : 10 ∙ 10³ м³ : 1000 - концентрация ионов Н⁺ в сточной воде в М.

7). –lg U : 10 ∙ 10³ ∙ 1000 = -lg U : 10⁷ = 2,55, т.к. 2,55 – величина рН сточных вод.

8). Выполним некоторые преобразования и подстановки.

-lg U : 10⁷ = 2,55

U = 31625,94 – 10¹¹ ∙ 10^-x, тогда

-lg (31625,94 – 10¹¹ ∙ 10^-x ) : 10⁷ = 2,55

lg (31625,94 – 10¹¹ ∙ 10^-x ) : 10⁷ = - 2,55

Напоминание, что логарифм частного равен разности логарифмов, тогда:

lg(31625,94 - 10¹¹ ∙ 10^-x) – lg10⁷ = - 2,55

lg(31625,94 - 10¹¹ ∙ 10^-x) = -2,55 + 7 = 4,45

31625,94 - 10¹¹ ∙ 10^-x = 10^4,45

31625,94 - 10¹¹ ∙ 10^-x = 28183,834

- 10¹¹ ∙ 10^-x = 28183,834 - 31625,94

- 10¹¹ ∙ 10^-x = -3442,106

10^-x = 3442,106 : 10¹¹ = 3,442106 ∙ 10^-8

- Х = lg 3,442106 ∙ 10^-8 = -7,463176

X = 7,46. Есть и более простой ход решения. Автор рекомендует найти его самостоятельно.

Задача 458

Какова будет величина рН воды бессточного озера объемом 100 млн.м³ , если в него произведен разовый сброс сточных вод, объемом 10 тыс.м³ с величиной рН 2,5.. Изначальная величина рН воды в озере составляла 7,5.