Pomiar zasadowości, kwasowości i pH wody.

Pomiar zasadowości wody

Oznaczenie polega na miareczkowaniu próbki wody 0,1 n kwasem solnym wobec fenoloftaleiny aż do odbarwienia i wobec oranżu metylowego do momentu zmiany barwy z żółtej na pomarańczową.

Do ilościowego określenia zasadowości wody służą dwie wartości: zasadowość wobec fenoloftaleiny p oraz zasadowość wobec oranżu metylowego, zwana również zasadowością całkowitą m. Zasadowość p określona jest ilością cm3 0,1 n roztworu kwasu solnego zużytego do miareczkowania 100 cm3 wody w obecności kilku kropli alkoholowego roztworu fenoloftaleiny, która traci kolor amarantowy i staje się bezbarwna w momencie osiągnięcia pH = 8,3. Zasadowość całkowita m jest określona ilością cm3 0,1 n roztworu kwasu solnego zużytego do miareczkowania 100 cm3 wody w obecności kilku kropli oranżu metylowego, zmieniającego zabarwienie z żółtego na pomarańczowe przy pH < 4,5.

Wyniki oznaczenia zasadowości wody

Symbol badanej wody	Vw [cm^3]	V1 0.1 n HCl [cm^3]	Średnia miareczkowania V1 [cm^3]	Zasadowość p
				$$\mathbf{\lbrack}\frac{\mathbf{\text{mval}}}{\mathbf{\text{dm}}^{\mathbf{3}}}\mathbf{\rbrack}$$
C	100	4,45 4,2 4,1	4,25	4,25

V2 0,1 HCl [cm^3]	Średnia miareczkowania V2 [cm^3]	Zasadowość m
		$$\mathbf{\lbrack}\frac{\mathbf{\text{mval}}}{\mathbf{\text{dm}}^{\mathbf{3}}}\mathbf{\rbrack}$$
2,5 2,5 2,45	6,73	6,73

Zawartość jonów powodujących zasadowość badanej wody

$$\mathbf{\lbrack}\frac{\mathbf{\text{mval}}}{\mathbf{\text{dm}}_{\mathbf{3}}}\mathbf{\rbrack}$$	$$\mathbf{\lbrack}\frac{\mathbf{\text{mval}}}{\mathbf{\text{dm}}^{\mathbf{3}}}\mathbf{\rbrack}$$	$$\mathbf{\lbrack}\frac{\mathbf{\text{mval}}}{\mathbf{\text{dm}}^{\mathbf{3}}}\mathbf{\rbrack}$$
Zależność pomiędzy p i m	Wartość liczbowa	Zależność pomiędzy p i m
2p-m	1,77	0

Zasadowość wody p = 4,25 $\frac{\lbrack mval}{\text{dm}^{3}}\rbrack$

Zasadowość wody m = 6,73 $\frac{\lbrack mval}{\text{dm}^{3}}\rbrack$

1 mval OH⁻ = 17 mg

1 mvalCO₃²⁻ = 30 mg

1 mval NaOH = 40 mg

1 mval Na2CO3 = 53 mg

$$\left\lbrack \text{OH}^{-} \right\rbrack = 2p - m = 2*4,25 - 6,73 = 1,77\ \frac{\lbrack mval}{\text{dm}^{3}}\rbrack$$

$$\left\lbrack \text{CO}_{3}^{2 -} \right\rbrack = 2\left( m - p \right) = 2*\left( 6,73 - 4,25 \right) = 4,96\frac{\lbrack mval}{\text{dm}^{3}}\rbrack$$

Ilość jonów wodorotlenkowych wynosi $1,77\ \frac{\text{mval}}{\text{dm}^{3}}*17\frac{\text{mg}}{\text{mval}} = \ 30,09\ \frac{\text{mg}}{\text{dm}^{3}}$

Ilość wodorotlenków sodu jest równa $1,77\ \frac{\text{mval}}{\text{dm}^{3}}*40\frac{\text{mg}}{\text{mval}} = \ 70,8\ \frac{\text{mg}}{\text{dm}^{3}}$

Ilość jonów węglanowych wynosi $4,96\ \frac{\text{mval}}{\text{dm}^{3}}*30\frac{\text{mg}}{\text{mval}} = \ 148,8\ \frac{\text{mg}}{\text{dm}^{3}}$

Ilość węglanu sodu wynosi $4,96\ \frac{\text{mval}}{\text{dm}^{3}}*53\frac{\text{mg}}{\text{mval}} = \ 262,88\ \frac{\text{mg}}{\text{dm}^{3}}$

Oznaczenia pH roztworu

Podstawowy zestaw stosowany w pomiarach pH za pomocą pehametru składa się
z elektrody szklanej (wskaźnikowej), elektrody odniesienia (porównawczej) oraz miernika (pHmetru). Elektrody zanurzone w roztworze stanowią ogniwo pomiarowe, którego siła elektromotoryczna (SEM [mV]) jest proporcjonalna do stężenia jonów wodorowych w roztworze (tj. pH roztworu). Zamiast oddzielnych elektrod można użyć elektrody zespolonej, stanowiącej ogniwo pomiarowe, którego część zakończona szklaną membranową pełni rolę półogniwa wskaźnikowego, s część zakończona porowatą przegrodą działa jako półogniwo odniesienia.

Wynik oznaczenia pH wody

Symbol wody	Oznaczenie pehametrem [pH]	Oznaczenie wskaźnikiem papierowym [pH]
1 2 3	2,16 3,37 12,93	2 3 10

Zakres zmian barwy wskaźnika

Wskaźnik	Zakres wskaźnika zmiany barwy [pH]	Barwy skrajne wskaźnika	Barwy pośrednie
Oranż metylowy	3,1 – 44	czerwona – żółta	pomarańczowa
Lakmus	5,0 – 8,0	czerwona – niebieska	fioletowa
Błękit bromotymolanowy	6,0 – 7,6	żółta – niebieska	zielona
Fenyloftaleina	8,3 – 10,0	bezbarwna - karmelowa	różowa

Oznaczenia pH roztworu

Oznaczenie kwasowości wody polega na miareczkowaniu kwasów znajdujących się w wodzie za pomocą mianowanego roztworu wodorotlenku sodu w obecności odpowiednich wskaźników, zgodnie z równaniem:

H⁺ + OH⁻ = H₂O

H₃O⁺ + OH⁻ = 2H₂O

W wodzie oznacza się kwasowość wobec fenoloftaleiny, to jest kwasowość wywołaną przez sumę kwasów mocnych i słabych. Jest to tak zwana kwasowość ogólna. Kwasowość wobec oranżu metylowego, wywołana kwasami mocnymi, nazywa się kwasowością mineralną.

Tabela pomiarowa

Symbol wody	Vw [cm^3]	V 0, 1 n [cm^3]	Średnia miareczkowania [cm^3]	Kwasowość $\frac{\mathbf{\lbrack mval}}{\mathbf{\text{dm}}^{\mathbf{3}}}\mathbf{\rbrack}$
D	100	3,5 3,35	3,425	3,425

Obliczanie kwasiwiścu, korzystając ze wzoru:

$$K = V*\frac{100}{V_{w}}\ \frac{\lbrack mval}{\text{dm}^{3}}\rbrack$$

$$K = 3,425*\frac{100}{100} = 3,425\ \frac{\lbrack mval}{\text{dm}^{3}}\rbrack$$

Gdzie:

V – objętość 0,1 n NaOH zużyta na miareczkowanie wody w cm³

V_w – objętość badanej wody w cm³

Wnioski:

Zasadowość wody

Do oceny wody kotłowej (o symbolu A) zakładamy, że rozpatrujemy wodę kotłową dla kotłów pracujących w zakresie ciśnień od 0 do 31 bar

Wartości zalecanie dla wody kotłowej	Wartości badanej wody kotłowej	Uwagi
Zasadowość p	Zasadowość m	Zasadowość p
100 – 150 ppm CaCo3 2 -3 $$\frac{\lbrack mval}{\text{dm}^{3}}\rbrack$$	m<2p	212,69 ppm CaCo3 4,25 $$\frac{\lbrack mval}{\text{dm}^{3}}\rbrack$$

• Zbyt wysoka zasadowość wody kotłowej sprzyja powstawaniu korozji kotłowej oraz tworzeniu się piany w kotle

• Przy zbyt wysokiej zasadowości wody należy kocioł szumować (przy zbyt niskiej dodać substancji alkalizujących)

Kwasowość wody

Bdana woda kotłowa (o symbolu D) ma odczyn kwaśny wynosi 3,425 $\frac{\lbrack mval}{\text{dm}^{3}}\rbrack$ (kwasowość mineralna) co sprzyja powstaniu korozji zbiorników kotłów i rur- zalecany jest brak kwasowości.

Oznaczenie pH roztworu

Woda o symbolu 1 – pH = 2 (odczyn kwaśny)

Woda o symbolu 2 – pH = 3 (odczyn kwaśny)

Woda o symbolu 3 – pH = 10 (odczyn zasadowy)

Wymagania stawiane wodzie zasilającej kocioł pH = 7 – 8

Wymagania stawiane wodzie chłodzącej pH = 7,2 – 9,5

Żadna z badanych wód nie spełnia wymagań stawianych w stosunku do wartości pH wody kotłowej.