WSTĘP TEORETYCZNY

pH

Odczyn roztworu określa stężenie, a ściślej aktywność jonów wodorowych w molach na dm³. ponieważ podawanie stężenia jonów wodorowych w tych jednostkach jest niewygodne ze względu na bardzo małe ułamki, w związku z tym, dla uproszczenia, zamiast koncentracji jonów wodorowych wprowadzony został przez Soerensena wykładnik stężenia jonów wodorowych pH. Symbol ten oznacza logarytm stężenia jonów wodorowych [H⁺] ze znakiem ujemnym:

PH= -log[H⁺]

Stąd według skali wykładniczej pH, roztwory kwaśne odpowiadają warunkowi pH<7, roztwory zasadowe pH > 7, a roztwory obojętne pH = 7. W temperaturze pokojowej woda chemicznie czysta ma odczyn obojętny, gdyż dysocjując wytwarza równe ilości jonów [H⁺] i [OH^-], zgodnie z równaniem:

H₂O=H⁺+OH^-

W rzeczywistości dysocjacja wody przebiega zgodnie z równaniem:

2H₂O=H₃O⁺+OH^-

ZASADA OZNACZENIA pH

Do oznaczeń odczynu wody służą pH - metry składające się z elektrody szklanej i miernika elektrycznego wyskalowanego w jednostkach pH. Elektroda szklana pozwala mierzyć pH w zakresie 1,5 - 12,0 w środowisku utleniającym, jak i redukującym.

Oznaczenie polega na pomiarze siły elektromotorycznej ogniwa, które stanowi elektroda szklana zanurzona w roztworze badanym. Odczyn roztworu jest liniową funkcją siły elektromotorycznej.

WYKONANIE OZNACZENIA

Do zlewki o pojemności 100 cm3 wlać badaną wodę, zanurzyć elektrodę szklaną (uprzednio skalibrowaną) i wykonać pomiar. Po zakończeniu oznaczenia elektrodę należy wypłukać wodą destylowaną i przechowywać w naczyniu z wodą destylowana.

KWASOWOŚĆ WODY

Kwasowość wody naturalnej jest to zdolność do zobojętniania silnych zasad mineralnych lub węglanów wobec umownych wskaźników. Kwasowość wód naturalnych wywołana jest głównie obecnością wolnego (rozpuszczonego) dwutlenku węgla, poza tym kwasowość wody może być spowodowana obecnością słabych kwasów organicznych (humusów) oraz produktami hydrolizy soli żelaza lub glinu, wprowadzonymi do wody podczas procesu koagulacji.

W przypadku małej zasadowości wody może dojść do wystąpienia kwasowości mineralnej (pH < 4,6 ). Przy występowaniu kwasowości mineralnej woda ma charakter silnie korozyjny w stosunku do betonu, żelaza i innych metali. W związku z tym kwasowość mineralna jest niedopuszczalna w wodach użytkowych, gdyż rozpuszczone metale są szkodliwe dla zdrowia. Natomiast kwasowość wywołaną obecnością dwutlenku węgla ze względu na higienę nie ma większego znaczenia.

Wody naturalne w zależności od swego odczynu mogą wykazywać równocześnie zasadowość i kwasowość. Jest oczywiste, iż woda o odczynie kwaśnym wobec metyloranżu nie będzie w ogóle miała zasadowości, zaś woda o odczynie zasadowym wobec fenoloftaleiny nie będzie z kolei posiadała kwasowości, natomiast w przedziale pH od 4,6 do 8,3 w wodzie naturalnej występują jednocześnie zasadowość i kwasowość ogólna. Występuje to zwłaszcza w wodach o wysokiej twardości węglanowej i dużej zawartości dwutlenku węgla.

Rys 1. Zakres występowania zasadowości i kwasowości w wodach naturalnych:

______________________zasadowość M__________

________________zasadowość F _____

pH __________________________________________________________

4,6 8,3

kwasowość _____________________kw._______

mineralna ogólna

ZASADA OZNACZENIA KWASOWOŚCI

Jeżeli woda ma odczyn kwaśny (pH < 4,6 ), to oznacza się w niej kwasowość mineralną, natomiast gdy pH wody badanej jest większe niż 4,6, wówczas oznacza się tylko kwasowość ogólną.

Kwasowość ogólną oznacza się przez miareczkowanie kwasów obecnych w wodzie za pomocą mianowanego roztworu wodorotlenku sodowego lub roztworu węglanu sodowego do pH = 8,3, używając jako wskaźnika fenoloftaleiny.

Kwasowość mineralną oznacza się przez miareczkowanie kwasów mineralnych tym samym roztworem wodorotlenku sodowego do pH = 4,6, używając jako wskaźnika roztworu metyloranżu.

Reakcje przy miareczkowaniu kwasowości:

H⁺ + OH^- = H₂O

H⁺ + CO^2-₃ = HCO^-₃

W oznaczaniu kwasowości przeszkadzają zawarte w wodzie sole żelaza, wapnia i magnezu. Te ostatnie w postaci wodorowęglanów, czyli twardości węglanowej ponad 10° tw.

WYKONANIE OZNACZENIA

Odczyn badanej wody wynosił pH = 7,0 (był obojętny), dlatego oznaczyłyśmy tylko kwasowość ogólną.

Do kolby stożkowej odmierzyłyśmy 10 cm³ badanej wody i dodałyśmy kroplę fenoloftaleiny oraz szczyptę soli Seignetta, po czym natychmiast miareczkowałyśmy mianowanym roztworem wodorotlenkiem sodowym NaOH 0,05 m do lekko różowego zabarwienia, który utrzymał się nie krócej niż 3 min.

TWARDOŚĆ OGÓLNA

ZASADA OZNACZENIA:

Oznacza się za pomocą wersanianu sodowego, które polega na tworzeniu się związków kompleksowych soli dwusodowej kwasu etylenodwuaminoczterooctowego z Mg i OCa.

T_og. =

gdzie:

a - ilość cm³ roztworu wersanianu dwusodowego użyta do miareczkowania

V - objętość próbki badanej wody, cm³

0,04 - przelicznik

WYKONANIE OZNACZENIA:

Do kolby stożkowej odmierzyć 100 cm³ badanej wody, dodać roztwór 0,1M HCl w ilości odpowiadającej zasadowości ogólnej i 0,5 cm³ nadmiaru tego kwasu ogrzać próbkę do wrzenia i utrzymywać w tym stanie 1 min. i ostudzić. Dodać 2 cm³ roztworu buforowego, 2 cm³ roztworu chlorowodorku hydroksylaminy, 0,2 cm³ roztworu siarczku sodu oraz szczyptę czerni eriochromowej i miareczkować 0,02M roztworem wersanianu sodowego do zmiany zabarwienia z winnoczerwonej na niebieską.

CZĘŚĆ OBLICZENIOWA

pH

pH odczytujemy na urządzeniu zwanym pH -metrem. Polega to na zanurzeniu elektrody w próbce naszej wody i odczytaniu ze skali odpowiedniej wartości. Dla naszej wody pH wynosi: 7,0.

pH + pOH = 14

pOH = 14 - pH

pOH = 7

WNIOSKI

Odczyn badanej wody jest obojętny (pH = 7), zatem stężenie jonów H⁺ jest równe stężeniu jonów OH^-. Obojętny odczyn jest wartością najbardziej pożądaną, ponieważ woda odpływająca z wysypiska nie ma wpływu na pH zbiorników wodnych, do których dopływa.

KWASOWOŚĆ WODY

Kwasowość ogólna obliczyłyśmy w mval/dm³ według wzoru:

X_og =

gdzie:

a - ilość roztworu NaOH 0,05 m zużytego do zmiareczkowania próbki wody badanej wobec fenoloftaleiny, cm³

v - objętość próbki wody użytej do oznaczenia, cm³

WNIOSKI

W wyniku przeprowadzonego doświadczenia obliczyłyśmy, że kwasowość badanej próby wody wynosi 3 mval/dm³. Wiedząc, że naszą wodą są odcieki zaliczyłyśmy ją do III, najniższej klasy ze wszystkich klas jakości wód. Według PIOŚ z roku 1995 dopuszczalna wartość kwasowości w wodzie o niskiej jakości wynosi 70 mval/dm³.

TWARDOŚĆ

WYNIK:

Twardość określamy na zimno.

Po wykonaniu naszej próby tak, jak w opisie wyżej i zmiareczkowaniu, nie załważyłyśmy żadnej zmiany koloru badanej próbki.

WNIOSKI

W pewnych przypadkach wobec czynników przeszkadzających (Fe, Mn, substancje organiczne), barwa roztworu po dodaniu czerni ET może nie być wyraźnie czerwona. Należy wówczas dodać 1 cm³ 5-proc. Roztworu Na₂S lub zamiast siarczku sodowego można użyć 2 cm³ 10-proc. Roztworu cyjanku potasowego (KCN), po czym znów kilka kropel E|T, aby uzyskać zabarwienie czerwone, gdyż tylko przejście powyższej barwy na zieloną w obecności metyloranżu wskazuje na właściwe zmiareczkowanie.

---