9.2. Контроль рН

Водородный показатель — это мера активности ионов водорода в растворе, количественно выражающая его кислотность, вычисляется как отрицательный десятичный логарифм активности водородных ионов, выраженный в молях на литр:

В чистой воде при 25 °C концентрации ионов водорода [H⁺] и гидроксид-ионов [OH^-] одинаковы и составляют 10⁻⁷ моль/л. Это напрямую следует из определения ионного произведения воды, которое равно [H⁺] · [OH^-] и составляет 10⁻¹⁴ моль²/л².

Величина рН является наиболее универсальным параметром регулирования процессов химической очистки природных и сточных вод. Она характеризует степень кислотности и щелочности воды, определяет скорость и направление многих химических реакций. Для грубой оценки концентрации водородных ионов широко используются кислотно-основные индикаторы — органические вещества-красители, цвет которых зависит от pH среды. К наиболее известным индикаторам принадлежат лакмус, фенолфталеин, метилоранж и другие. Индикаторы способны существовать в двух по-разному окрашенных формах — либо в кислотной, либо в основной. Изменение цвета каждого индикатора происходит в своём интервале кислотности, обычно составляющем 1—2 единицы. Использование специального прибора — pH-метра — позволяет измерять pH в более широком диапазоне и более точно (до 0,01 единицы pH), чем с помощью индикаторов. Для автоматического измерения рН удобнее использовать элект­рометрические методы. Разность потенциалов между электроламп явля­ется величиной, характеризующей концентрацию ионов в растворе. Обычно один электрод является сравнительным, а второй - измери­тельным. На рис.25 показана схема измерения величины рН. В раствор опущен стеклянный электрод 1 и каломельный электрод 7. Разность потенциалов между электродами пропорциональна величине рН и измеряется потенциометром 4. Стеклянный электрод 1 представ­ляет собой трубку с толстостенным полым шариком из специального известково-натриевого или литиевого электродного стекла. Внутрен­няя полость шарика заполнена раствором 3 с постоянным и известным значением рН. В этот раствор погружен вспомогательный хлор-сереб­ряный контактный электрод 2, который служит для снятия потенциала с внутренней поверхности шарика. Каломельный электрод 7 представляет собой корпус, выполненный из диэлектрика, в который залита ртуть 5. Для контакта с ртутью в дно сосуда впаяна платиновая проволока. Над ртутью помещается слой малорастворимой каломельной пасты. Остальная часть сосуда заполне­на насыщенным раствором хлористого калия 8. Таким образом, элект­рический контакт каломельного электрода с исследуемым раствором осуществляется через раствор хлористого калия. Постоянный потенци­ал в каломельном растворе образуется на границе ртуть-каломель. В месте соприкосновения контролируемого раствора с электрическим контактом устанавливается полупроницаемая перегородка 9,через ко­торую под небольшим давлением просачивается хлористый кадий.

Рис. 25 . Схема измерения рН раствора

Таким образом, электрическая цепь рН-метра состоит из ряда последовательно соединенных элементов, потенциалы которых дают суммарную ЭДС, фиксируемую измерительным прибором. Эта ЭДС являет­ся для определенной температуры функцией рН в исследуемом растворе.

В России наиболее широко используются рН-метры, выпускаемые Гомельским заводом измерительных приборов. В последнее время часто используют рН-метры разных модификаций производства Германии.