2 Определение водородного показателя (рН)

Водородный показатель (рН) представляет собой отрицательный логарифм концентрации водородных ионов в растворе: рН = -lg[H⁺].

Для всего живого в воде (за исключением некоторых кислотоустой­чивых бактерий) минимально возможная величина рН = 5; дождь, имеющий рН<5,5, считается кислотным дождем.

В питьевой воде допускается рН 6,0-9,0; в воде водоемов хозяйст­венно-питьевого и культурно-бытового водопользования - 6,5-8,5. Вели­чина рН природной воды определяется, как правило, соотношением кон­центраций гидрокарбонат-анионов и свободного СО₂. Пониженное зна­чение рН характерно для болотных вод за счет повышенного содержания гуминовых и других природных кислот.

Измерение рН при контроле качества природной и питьевой воды проводится практически повсеместно.

Для определения рН используют рН-метрию и визуальную колориметрию. рН-метрия предполагает измерение водородного показателя с помощью стационарных (лабораторных) приборов - рН-метров, в то вре­мя как визуально-колориметрическое определение проводят с использо­ванием портативных тест-комплектов, основанных на реакции универ­сального или комбинированного индикатора с водородными ионами, со­провождающейся изменением окраски раствора. Точность измерения водородного показателя с помощью рН-метра может быть высока (до 0,1 единиц рН и менее), с помощью визуально-колориметрических тест-комплектов - около 0,5 единиц рН.

Оборудование и реактивы: пипетка-капельница (0,10 мл); пробирки колориметрические с меткой «5 мл»; раствор универсального индикатора; контрольная шкала образцов окраски растворов для определения рН (рН 4,5; 5,0; 5,5; 6,0; 6,5; 7,0; 7,5; 8,0; 8,5) из состава тест-комплекта или приготовленная самостоятельно.

Выполнение анализа

1. Колориметрическую пробирку сполосните не­сколько раз анализируемой водой. В пробирку на­лейте до метки анализируемую воду (5 мл).

2. Добавьте пипеткой-капельницей 3-4 капли (око­ло 0,10 мл) раствора универсального индикатора и встряхните пробирку.

3. Окраску раствора сразу же сравните с контроль­ной шкалой, выбирая ближайший по характеру окраски образец шкалы. Окраску наблюдайте сверху через открытое отверстие пробирки на белом фоне при достаточном освещении.

3 Определение щелочности и кислотности

Щелочность обусловлена присутствием в воде веществ, содержащих гидроксо-анион, а также веществ, реагирующих с сильными кислотами (соляной, серной). К таким соединениям относятся:

1. сильные щелочи (КОН, NaOH) и летучие основания (например, NH₃ х Н₂О), а также анионы, обуславливающие высокую щелочность в результате гидролиза в водном растворе при рН > 8,4 (СО₃^2-, S₂, PO₄^3- и др.);

2. слабые основания и анионы летучих и нелетучих слабых кислот (HCO₃^-, H₂РO₄^-, HPO₄^2-, CH₃OO^-, HS^-, анионы гуминовых кислот и др.).

Щелочность пробы воды измеряется в моль/л экв. или ммоль/л экв. и определяется количеством сильной кислоты (обычно используют соляную кислоту с концентрацией 0,05 или 0,1 ммоль/л экв.), израсходованной на нейтрализацию раствора.

При нейтрализации до значений рН 8,0-8,2 в качестве индикатора используют фенолфталеин. Определяемая таким образом величина называется свободной щелочностью. При нейтрализации до значений рН 4,2-4,5 в качестве индикатора используют метиловый оранжевый. Определяемая таким образом величина называется общей щелочностью. При рН = 4,5 проба воды имеет нулевую щелочность.

Соединения первой группы из приведенных выше определяются по фенолфталеину, второй - по метилоранжу. Щелочность природных вод в силу их контакта с атмосферным воздухом и известняками обусловлена, главным образом, содержанием в них гидрокарбонатов и карбонатов, которые вносят значительный вклад в минерализацию воды. Мы уделим этим компонентам достаточно внимания, рассмотрев подробно в разделе «Карбонаты и гидрокарбонаты». Соединения первой группы могут содержаться также в сточных и загрязненных поверхностных водах.

Аналогично щелочности иногда, главным образом при анализе сточ­ных и технологических вод, определяют кислотность воды.

Кислотность воды обусловлена содержанием в воде веществ, реагирующих с гидроксо-анионами. К таким соединениям относятся:

1. сильные кислоты: соляная (HCl), азотная (HNO₃), серная (Н₂SО₄);

2. слабые кислоты: уксусная (СН₃СООН); сернистая (Н₂SО₃); угольная (Н₂СО₃); сероводородная (H₂S) и т.п.;

3. катионы слабых оснований: аммоний (NH₄⁺); катионы органических аммонийных соединений.

Общая кислотность определяется при титровании до значений рН 8,2-8,4 в присутствии фенолфталеина в качестве индикатора. В этом диа­пазоне оттитровываются слабые кислоты - органические, угольная, серо­водородная, катионы слабых оснований.

Естественная кислотность обусловлена содержанием слабых органических кислот природного происхождения (например, гуминовых кислот). Загрязнения, придающие воде повышенную кислотность, возника­ют при кислотных дождях, при попадании в водоемы не прошедших нейтрализацию сточных вод промышленных предприятий и др.