Odczyn pH

Jak może niektórzy pamiętają z lekcji chemii, odczyn jest kwaśny, obojętny lub zasadowy. Miarą tego jest pH, w skali odpowiednio od 0 do 14 (ok. 7 - odczyn obojętny). W rozporządzeniu wskaźnik ten nazwano Stężeniem jonów wodoru. Przyjmuje się, że woda przeznaczona do picia powinna mieć pH z przedziału 6,5 - 9,5. Woda podziemna najczęściej spełnia ten warunek. Odchylenia występują tylko w kierunku zbyt niskiego pH, co najczęściej związane jest z obecnością w wodzie rozpuszczonego dwutlenku węgla. pH odgrywa ważną rolę nie tylko pod kątem dobrego odczynu, np. dla naszej skóry, ale również ma znaczenie technologiczne, szczególnie w procesach usuwania żelaza i manganu. 

Kwasowość to zdolność wody do zobojętniania dodawanych do niej mocnych zasad lub węglanów potasowców. Czynniki ją powodujące to głównie związki pochodzące z atmosfery, gleby, odczynników dodawanych w procesie jej uzdatniania, zanieczyszczeń dostających się do wody. Zaliczamy do nich  rozpuszczony w wodzie dwutlenek węgla, kwasy mineralne i organiczne oraz produkty hydrolizy soli. Przy pH mniejszym od 4,6 występuje tzw. kwasowość mineralna i woda cechuje się korozyjnym charakterem wobec metali i betonu. Ten rodzaj kwasowości bardzo rzadko występuje w czystych wodach powierzchniowych. W zakresie pH 4,6 - 8,3 występuje tzw. kwasowość ogólna, która współistnieje wraz zasadowością ogólną. W wodach tych występuje równowaga między stężeniami węglanów i wodorowęglanów, które powodują zasadowość a dwutlenkiem węgla wywołującym kwasowość. Mówi się wówczas o istnieniu równowagi węglanowej:

CO₂ + H₂O ↔ H₂CO₃ ↔ H⁺ + HCO₃^- ↔ 2H⁺ + CO₃^2-,

którą można zaburzyć dodając zanieczyszczenia o kwaśnym charakterze. Ich wielkość można określić np. za pomocą miareczkowania potencjometrycznego. Wyniki oznaczania kwasowości podaje się mmol/dm³ lub mval/dm³.

. Skala pH - ilościowa skala kwasowości i zasadowości roztworów wodnych związków chemicznych. Skala ta jest oparta na aktywności jonów hydroniowych [H₃O⁺] w roztworach wodnych. pH definiuje się jako ujemny logarytm dziesiętny aktywności jonów hydroniowych wyrażonych w molach na decymetr sześcienny:

pH = -log₁₀[H₃O⁺]

Dla roztworów wodnych wartość pH mieści się w przedziale 0-14; roztwory kwaśne: pH<7, roztwory zasadowe: pH>7, obojętne: pH=7. Zwykle wody powierzchniowe posiadają pH w zakresie 6,5 - 8,5 co odpowiada wymaganiom stawianym wodzie do picia. Zdarzają się jednak wody o mniejszych i większych wartościach pH. Wyraźnie kwaśny odczyn wody (pH ok. 4) obserwowany jest m in. podczas „kwaśnych deszczy” i w przypadkach zanieczyszczenia wody kwaśnymi ściekami. Wysokie wartości pH (ponad 10) są najczęściej wynikiem zanieczyszczenia wody ściekami alkalicznymi oraz występują w wodach zeutrofizowanych, kiedy nadmierny rozwój glonów powoduje wzrost intensywności fotosyntezy (zużycie znacznych ilości dwutlenku węgla). Na wartość pH wód wpływa również rodzaj podłoża, przez które przepływają wody. Wody przepływające przez podłoże kwarcowe charakteryzują się odczynem kwaśnym, natomiast przepływając przez podłoże wapienne mają odczyn zasadowy.

Zasadowość - zdolność wody do zobojętniania kwasów do określonego pH. Wywołana jest ona obecnością w wodzie wodorowęglanów i węglanów głównie metali alkalicznych wapnia i magnezu oraz wodorotlenków w przypadku wód o pH powyżej 8,3. W zależności od zakresu wartości pH wody rozróżnia się zasadowość ogólną (pH = 4,6 -> 8,3) oraz zasadowość wobec fenoloftaleiny ( pH > 8,3). Spotyka się również podział w zależności od rodzaju związku, który nadaje wodzie odczyn zasadowy:zasadowość węglanowa, zasadowość wodorowęglanowa i wodorotlenowa. 
Zasadowość wody i ścieków oznaczana jest następującymi metodami: 
- miareczkowania wobec wskaźników (fenoloftaleiny, oranżu metylowego), 
- miareczkowania potencjometrycznego.

Wody naturalne w zależności od swego odczynu, mogą jednocześnie wykazywać zasadowość

i kwasowość (rys poniżej). Dotyczy to głównie wód o wysokiej twardości węglanowej i

dużym stężeniu CO2. Kwasowość tych wód powodowana jest wyłącznie przez kwas

węglowy. Kwasowość wody do picia ma znaczenie bezpośrednie w przypadkach kwasowości

wywołanej przez kwasy mineralne lub produkty hydrolizy soli (i taka kwasowość w wodzie

do picia nie jest dopuszczalna) lub znaczenie pośrednie, gdyż zawarte w wodzie kwasy mogą

rozpuszczać metale szkodliwe dla zdrowia i nadawać wodzie cechy niepożądane (np.

rozpuszczają rury żelazne, zbiorniki). Z tych też powodów kwasowość nie jest pożądana w

wodach do celów przemysłowych (powoduje korozję rur, zbiorników i innych urządzeń).

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

w zależności od pH

Kwasowosć i zasadowosć (stopień Ph)

Wartość Ph jest miarą określającą koncentrację kwasów lub zasad w wodzie. Jej wartość głównie zależy od obecności dwutlenku węgla, występującego w wodzie częściowo w postaci kwasu węglowego i częściowo w postaci wodorowęglanów. Mają na nią również wpływ inne naturalne kwasy np. kwasy humosowe oraz występujące w niej alkaiczne związki. Skala Ph jest logarytmicznym wykresem odwrotności koncentracji jonów wodorowych w wodzie. Zatem wraz ze wzrostem zawartości jonów wodorowych wzrasta kwasowość wody i jednocześnie maleje wskażnik na skali Ph. W punkcie Ph = 7 woda ma odczyn obojętny tzn.wartość jonów kwasowych i zasadowych jest równa, a gdy zawartość jonów wodorowych maleje wskaźnik skali Ph rośnie.

silnie kwaśna	powyżej Ph  6
lekko kwaśna	Ph 6 - 6,9
obojętna	Ph 7
lekko zasadowa	Ph 7,1 - 8
silnie zasadowa	Ph 8,1 - 9

Wnioski:

Podczas zajęć laboratoryjnych dokonano analizy zasadowości i kwasowości wody wodociągowej a także oznaczono zawartość wapnia, chlorków oraz siarczanów w badanej wodzie. Zasadowość ogólną wyznaczono miareczkując wodę kwasem HCl w obecności oranżu metylowego. Woda zmieniła zabarwienie z żółtego na czerwony. Zasadowość ogólna wyniosła w próbce pierwszej 2,9 mval/dm³, a w drugiej 3 mval/dm³. Zasadowość mineralną wyznaczano poprzez miareczkowanie wody kwasem chlorowodorowym w obecności fenoloftaleiny. Próbka wody nie zmieniła zabarwienia. Oznacza to, że zasadowość mineralna nie występuje w badanej wodzie wodociągowej. Kwasowość ogólną oznaczano poprzez miareczkowanie wody mocną zasadową NaOH w obecności fenoloftaleiny. Woda zabarwiła się na lekko różowy kolor. Kwasowość wyniosła 1,2 mval/dm³ i 1,4 mval/dm³. Kwasowość mineralną wyznaczano także przez miareczkowanie wody NaOH ale w obecności oranżu metylowego. Ten rodzaj kwasowości nie występował w badanej wodzie - nie doszło do zmiany barwy z czerwonej na żółtą.

Zawartość jonów wapniowych została oznaczana poprzez miareczkowanie wody roztworem wersenianu sody w obecności NaOH oraz mureksytu. Ilość jonów wapniowych
wyniosła 88.176 mg
/dm3 oraz 92,986 mg
/dm3.. Kolejnym badanym składnikiem wody były jony chlorkowe. Chlorki miareczkowano się mianowanym roztworem azotanu srebra AgNO₃ wobec chromianu potasowego K₂CrO₄ jako wskaźnika w środowisku o pH 6,5-10. zawartość chlorków w wodzie wyniosła 29
i 25
. Na koniec badaliśmy ilość siarczanów w wodzie. Zawartość jonów siarczanowych (VI) mierzy się poprzez ich strącanie w roztworze kwaśnym za pomocą chlorku baru. Wytrąca się trudno rozpuszczalny osad siarczanu (VI) baru. Stężenie jonów siarczanowych wyniosło 48.96
. Wartości stężenia chlorków, wapnia oraz siarczanów te są zgodne z Rozporządzeniem Ministra Zdrowia z dnia

29 marca 2007r w sprawie jakości wody przeznaczonej do spożycia przez ludzi

Wnioski:

W przeprowadzonym ćwiczeniu mogły wystąpić błędy spowodowane niedokładnym odczytem z biurety lub niepoprawnym wyznaczeniem PK i miareczkowania.

Średnia norma na zasadowość wynosi 7 mval/dm³ . W naszym przypadku zasadowość wynosi poniżej normy, więc woda może być stosowana do celów gospodarczych - zasadowość związana jest z twardością wody.

Kwasowość mineralna bardzo rzadko występuje w wodach powierzchniowych nie zanieczyszczonych.. Kwasowość ogólna nie ma znaczenia higienicznego lecz duże znaczenie gospodarcze.

Badana woda ma silne działanie korozyjne i nie powinna być stosowana w przemyśle i gospodarstwie domowym.

str. 4

---