Питома електропровідність

Електроліти в розчині дисоціюють на катіони та аніони. У дуже розведених розчинах сильних електролітів відбувається практично повна дисоціація, тоді як ступінь дисоціації слабких електролітів визначається величиною константи дисоціації солі, кислоти або основи, а ступінь дисоціації двох останніх залежить також від рН розчину. Наявність іонів зумовлює електропровідність водяних розчинів.

Визначення електропровідності (L) зводиться визначення зворотної величини – опору R, тобто. .

Величина L виражається у зворотних Омах, або Сіменсах. Сучасні кондуктометри дозволяють вимірювати безпосередньо величину питомої електропровідності (ϰ) См/см або См/м.

Питома електропровідність - електропровідність стовпа розчину, що знаходиться між двома електродами з поверхнею 1 см 2 відстань між якими дорівнює 1 см.Питома електропровідність залежить від температури розчину, а при певній температурі - від його складу, тобто. від концентрації, чи, точніше, від активності різних катіонів та аніонів. Тому електропровідність характеризує сумарну величину іонного складу води. У питних водах, соціальній та більшості поверхневих вод, містять переважно неорганічні речовини, питома електропровідність служить приблизним показником концентрації неорганічних електролітів, тобто. характеризує загальну мінералізацію води. У стічних водах, що містять солі органічних кислот або основ, є орієнтовним показником концентрації органічних і неорганічних електролітів.

Вплив фізичних властивостей проби води, наприклад її щільності та в'язкості, на величину питомої електропровідності в більшості випадків мізерно мало.

Визначення мінералізації за величиноюпитомої електропровідності найбільше доцільно проводити для однотипних поверхневих або стічних вод, т.к. для знаходження мінералізації електропровідності останню, як і будь-який інший фізичний параметр, потрібно відкалібрувати за величиною мінералізації, визначеної будь-яким іншим методом.

Отриманий при цьому перерахунковий коефіцієнт (Сtg а), на який потрібно помножити, щоб отримати величину мінералізації, не постійний для вод різного якісного складу. Тому найбільш надійні результати можна отримати лише для вод однотипного складу, для яких проводилося калібрування. У випадку величини мінералізації, обчислені по електропровідності, можна як приблизні.

Проте величина ϰ є важливим експресним інформаційно-допоміжним показником якості води.

Визначення величини є також незамінним прийомом при вивченні неоднорідності хімічного складу вод, обумовленої впаданням приток, спуском забруднених стічних вод і т.д.

При аналізі вод питома електропровідність визначається за 20° З. Проби не можна консервувати. Рекомендується проводити визначення пізніше як за 1 добу після відбору роби. На результат вимірювання електропровідності впливає також забруднення електродів, особливо при визначеннях у стічних водах, що містять поверхнево-активні речовини: жири, смоли, масла і т. д. Результати вимірювань у таких випадках сумнівні. Після закінчення вимірювання забруднені електроди слід обмити спочатку розчином відповідного розчинника, обраного відповідно до типу забруднення, потім спиртом або розчином синтетичної миючої речовини, а на закінчення ретельно вимити дистильованою водою.

Лужність

Сильні основи, що повністю дисоціюють у розчинах з утворенням гідроксид-іонів (KOH, NaOH);
Слабкі основи (аміак, анілін);
Аніони слабких кислот (HCO3-, CO32-, H2PO4-, HPO42-, HS-, S2-, аніони гумінових кислот та ін.). Аніони слабких кислот гідролізуються з утворенням гідроксид-іонів:

HCO3 - + Н2О Н2СО3 + ВІН - ,

Тому як справжні підстави зумовлюють лужність води.

У звичайних природних водах лужність залежить, як правило, лише від гідрокарбонатів лужноземельних металів. І тут значення рН води вбирається у 8,3.

Наявність розчинних карбонатів та гідроксиду підвищує значення рН більше 8,3. Та частина загальної лужності, яка відповідає кількості кислоти, яка потрібна для зниження рН до 8,3, називається вільною лужністю води (n).

Лужність визначають титруванням води розчином сильної кислоти. Кількість розчину, витрачене до рН 8,3, еквівалентно вільної лужності; кількість, необхідне досягнення рН 4,5, еквівалентно загальної лужності. Якщо рН води менше 4,5 то її лужність дорівнює нулю.

Кінцеву точку можна знайти візуально за допомогою індикаторів, що змінюють своє забарвлення при рН 4,5 (метилоранж) і 8,3 (фенолфталеїн) або електрометрично. Електрометричне титрування рекомендується під час аналізу більш забруднених вод.

Лужність, особливо вільну, слід визначати відразу після взяття проби. Якщо це неможливо, то відбирають повну сулію і визначають лужність не пізніше ніж через 24 год.Результати визначення виражаються в ммоль/л еквівалентів.

Зважаючи на те, що загальна і вільна лужність знаходяться в стехіо-метричній залежності від вмісту іонів HCO3 - , CO3 2- , за величиноюnітможна визначити непрямим шляхом присутність та кількість цих іонів. Розрахунок ґрунтується на припущенні, що аніони інших слабких кислот не вносять суттєвого вкладу у величину загальної лужності.

При титруванні кислотою до рН 83, тобто. щодо вільної лужності, присутні у розчині карбонати відтитруються лише наполовину, тобто. до гідрокарбонатів, тому концентрація СО3 2-моль/л дорівнює:

деn– вільна лужність у моль/л еквівалентів.

Кислотність

Витрата основи виражає загальну кислотність води(р).

У звичайних природних водах кислотність у більшості випадків залежить тільки від вмісту вільного розчиненого двоокису вуглецю. Природну частину кислотності можуть створювати гумінові та інші слабкі органічні кислоти. В усіх цих випадках рН води зазвичай немає нижче 4,5.

Деякі промислові стічні води часто містять велику кількість сильних вільних кислот або їх кислих солей. Ці речовини порушують рівновагу вільної СО2 та карбонатів. У особливих випадках, наприклад у воді рудників або стічних водах від травлення металів, часто у великих кількостях знаходяться солі сильних кислот і слабких основ (насамперед заліза і алюмінію), зазвичай сильно гідролізовані. У всіх цих випадках рН води може бути нижчим за 4,5. Та частина загальної кислотності, яка знижує рН до 4,5 і нижче, називається вільною кислотністю води.

Кислотність води визначають титруванням її розчином сильної основи. Кількість титрованого розчину, витрачене до отримання рН 4,5, відповідає вільної кислотності;кількість, витрачена до отримання рН 8,3, відповідає загальній кислотності(р).Якщо рН аналізованої води більше 8,3, то їїкислотність дорівнює нулю. Кінець титрування визначають візуально чи електрометрично. Електрометричне визначення зручніше для аналізу забруднених стічних вод.

Для точного визначення кислотності рекомендується проводити визначення дома. Якщо це неможливо, то відбирають пробу в особливу склянку ємністю не менше 0,5 л, з притертою пробкою. Проби відбирають за допомогою насадки, що запобігає контакту проби з атмосферним повітрям. Заповнену догори склянку закривають притертою пробкою, витісняючи з пляшки всі повітряні бульбашки. Під час транспортування склянку захищають від нагрівання. Пробу аналізують не пізніше як за добу.

Загальну кислотність(р)та вільну кислотність виражають у моль/л еквівалентів.

дер- загальна кислотність в мол/л еквівалентів речовини.

Якщо рН води спускається нижче 4,5, то у такій воді присутні вільні сильні кислоти і результат визначення загальної кислотності у таких водах не може бути використаний для розрахунку вмісту вільної СО2.

Жорсткість

Загальна жорсткість води показує концентрацію в ній катіонів двовалентних лужноземельних металів, насамперед кальцію та магнію, тому вона обчислюється шляхом підсумовування нормальних концентрацій цих двох іонів. Ці елементи в природних умовах потрапляють у воду внаслідок впливу двоокису вуглецю на карбонатні мінерали або в результаті біохімічних процесів, що відбуваються у зволожених шарах ґрунту. Жорсткість природних вод може змінюватися при обробці на водопровідних станціях або при скиданні стічних вод.

Жорсткість у нашій країні традиційно вимірювали в ммоль/л еквівалентів, проте з 2005 р. відповідно до введеного ГОСТ, жорсткість стали виражати в градусах жорсткості (Ж). 1 проЖ відповідає 1 ммоль/л еквівалентів лужноземельних металів (Ca 2+ та Mg 2+ ).

За рівнем загальної жорсткості природні води поділяються на:

Дуже м'які	про Ж)
М'які	1,5 - 4
Помірно жорсткі	4 - 8
Жорсткі	8 - 12
Дуже жорсткі	> 12

Кількість кальцію та магнію, еквівалентна кількості карбонатів та гідрокарбонатів, називається карбонатною жорсткістю.

Некарбонатна жорсткість визначається як різницю між загальною і карбонатною жорсткістю і показує кількість катіонів лужноземельних металів, що відповідає аніонам мінеральних кислот: хлорид-, сульфат-, нітрат-іонів та ін.

Отже, карбонатна жорсткість часто буває дорівнює кількості воді гідрокарбонатів і карбонатів, тобто. загальної лужності.

Наприклад, у воді міститься 4,52 ммоль/л еквівалентів кальцію, 1,64 ммоль/л еквівалентів магнію та 5,05 ммоль/л гідрокарбонатів. У цьому випадку загальна жорсткість дорівнює 4,52+1,64 =6,16 ммоль/л еквівалентів, карбонатні = 5,05, некарбонатні =1,11 ммоль/л еквівалентів.

Усувна жорсткість, так само як і карбонатна, обумовлена наявністю у воді гідрокарбонат-іона. Але на відміну від карбонатної жорсткості, яка є величиною розрахункової, усувна жорсткість - величина експериментальна, що показує, наскільки зменшується загальна жорсткість після тривалого кип'ятіння проби внаслідок реакцій, що при цьому протікають:

Здається, усувна жорсткість дорівнює карбонатної. Однак утворюються карбонат кальцію і особливо карбонат магнію мають відому розчинність, в результаті чого в розчині залишається деяка кількість іону CO3 2- і еквівалентна йому кількість іонів Ca2+ та Mg 2+ . Тому усувна жорсткість хоч і близька за величиною до карбонатної, все ж таки дещо менше її. Усувну жорсткість експериментально визначають по різниці між лужністю води до кип'ятіння і лужністю такої ж проби попередньо кип'яченої води.

Загальну жорсткість визначають у питних, підземних та поверхневих водах, а в особливих випадках також у стічних водах. Визначають загальну жорсткість комплексонометричним титруванням етилендіамінтетра-ацетатом натрію.

Висока жорсткість погіршує органолептичні властивості води, надаючи їй гіркуватий смак та впливаючи на органи травлення. Тому величина загальної жорсткості в джерелах централізованого водопостачання допускається до 7 ммоль/л еквівалентів (Ж).

Знання жорсткості води важливе як визначення можливості водокористування, а й у оцінки стану екосистем. Так жорстка вода пом'якшує токсичну дію забруднюючих речовин на гідробіонтах. У більш м'якій воді при одній і тій же концентрації токсикантів їхня токсична дія буде сильнішою.