Минеральный состав

Контроль точности анализа может быть выполнен путем тестирования специально приготовленных контрольных буферных растворов, имеющих значения рН, близкие к приведенным образцам на контрольной шкале. Для контроля значений рН буферных растворов рекомендуется использовать рН-метр. Буферные смеси для приготовления контрольных растворов приведены в приложении 1.

Контроль точности определения водородного показателя

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.

Добавьте пипеткой-капельницей 3-4 капли (около 0,1 мл) раствора универсального индикатора и встряхните пробирку.

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

Выполнение анализа

Оборудование и реактивы

В некоторых случаях – для быстрого анализа неизвестных растворов используется рН-индикаторная бумага, имеющая точность определения рН не более 1, что недостаточно для выполнения анализа природной и питьевой воды. Ниже приводится визуально-колориметрический метод определения рН как наиболее простой и доступный.

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 единицы рН и менее), с помощью визуально-колориметрических тест-комплектов – около 0,5 единицы рН.

Группы природных вод в зависимости от рН

Группа	рН	Примечание
Сильнокислые воды	<3	результат гидролиза солей тяжелых металлов (шахтные и рудничные воды)
Кислые воды	3–5	поступление в воду угольной кислоты, фульвокислот и других органических кислот в результате разложения органических веществ
Слабокислые воды	5–6,5	присутствие гумусовых кислот в почве и болотных водах (воды лесной зоны)
Нейтральные воды	6,5–7,5	наличие в водах Ca(HCO3)2, Mg(HCO3)2
Слабощелочные воды	7,5–8,5	наличие в водах Ca(HCO3)2, Mg(HCO3)2
Щелочные воды	8,5–9,5	присутствие Na2CO3 или NaHCO3
Сильнощелочные воды	9,5	присутствие Na2CO3 или NaHCO3

Пипетка-капельница (0,1 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.

О приготовлении растворов см. приложение 3.

Кислотность. Кислотность природных и сточных вод определяется их способностью связывать гидроксид-ионы. Расход гидроксида отражает общую кислотность воды. В обычных природных водах кислотность в большинстве случаев зависит только от содержания свободного диоксида углерода. Естественную часть кислотности создают также гуминовые и другие слабые органические кислоты и катионы слабых оснований (ионы аммония, железа, алюминия, органических оснований). В этих случаях pH воды не бывает ниже 4,5.

В загрязненных водоемах может содержаться большое количество сильных кислот или их солей за счет сброса промышленных сточных вод. В этих случаях pH может быть ниже 4,5. Часть общей кислотности, снижающейpH до величин <4,5, называется свободной.

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

1) сильные кислоты: соляная (HCl), азотная (HNO₃), серная (H₂SO₄);

2) слабые кислоты: уксусная (CH₃COOH); сернистая (H₂SO₃); угольная (H₂CO₃); сероводородная (H₂S) и т.п.;

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

Кислотность пробы воды измеряется в г/экв/л или мг-экв/л и определяется количеством сильной щелочи (обычно используют растворы КОН или NaOH c концентрацией 0,05 или 0,1 г-экв/л), израсходованной на нейтрализацию раствора. Различают свободную и общую кислотность воды. Свободная кислотность определяется при титровании до значений рН 4,3-4,5 в присутствии в качестве индикатора метилового оранжевого.
В этом диапазоне оттитровываются HCl, HNO₃, H₂SO₄, H₃PO₄.

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.

Щелочность. Под щелочностью природных или очищенных вод понимают способность некоторых их компонентов связывать эквивалентное количество сильных кислот. К таким соединениям относятся:

1) сильные щелочи (KOH, NаOH) и летучие основания (например, NH₃×H₂O), а также анионы, обусловливающие высокую щелочность в результате гидролиза в водном растворе при рН > 8,5 (CO₃^2-, S₂^-, PO₄^3-, SiO₃^2- и др.);

2) слабые основания и анионы летучих и нелетучих слабых кислот (HCO₃^-, H₂PO₄^-, CH₃COO^-, HS^-, анионы гуминовых кислот и др.).

Щелочность обусловлена наличием в воде анионов слабых кислот (карбонатов, гидрокарбонатов, силикатов, боратов, сульфитов, гидросульфитов, сульфидов, гидросульфидов, анионов гуминовых кислот, фосфатов). Их сумма называется общей щелочностью. Ввиду незначительной концентрации трех последних ионов общая щелочность воды обычно определяется только анионами угольной кислоты (карбонатная щелочность). Анионы, гидролизуясь, образуют гидроксид-ионы:

CO₃^2- + H₂O Û HCO₃^- + OH^-;

HCO₃^- + H₂O Û H₂CO₃ + OH^-.

Щелочность определяется количеством сильной кислоты, необходимой для нейтрализации 1 дм³ воды. Щелочность большинства природных вод определяется только гидрокарбонатами кальция и магния, pH этих вод не превышает 8,3.

Определение щелочности полезно при дозировании химических веществ, необходимых на обработку вод для водоснабжения, а также при реагентной очистке некоторых сточных вод. Определение щелочности при избыточных концентрациях щелочноземельных металлов важно для установлении пригодности воды для ирригации. Вместе со значениями рН щелочность воды служит для расчета содержания карбонатов и баланса угольной кислоты в воде.

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

При нейтрализации до значений рН 8,0 – 8,2 в качестве индикатора используют фенолфталеин. Определяемая таким образом величина называется свободной щелочью. 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.

Минерализация – суммарное содержание всех найденных при химическом анализе воды минеральных веществ; обычно выражается в мг/дм³ (до 1000 мг/дм³) и ‰ (промилле или тысячная доля при минерализации более 1000 мг/дм³).

Минерализация природных вод, определяющая их удельную электропроводность, изменяется в широких пределах (табл. 7). Большинство рек имеет минерализацию от нескольких десятков миллиграммов в литре до нескольких сотен. Минерализация подземных вод и соленых озер изменяется в интервале от 40–50 мг/дм³ до 650 г/кг (плотность в этом случае уже значительно отличается от единицы). Минерализация атмосферных осадков составляет от 3 до 60 мг/дм³.

Таблица 7

Классификация природных вод по минерализации

Категория вод	Минерализация, г/дм^3
Ультрапресные	<0,2
Пресные	0,2–0,5
Воды с относительно повышенной минерализацией	0,5–1,0
Солоноватые	1,0–3,0
Соленые	3–10
Воды повышенной солености	10–35
Рассолы	>35

Многие производства, сельское хозяйство, предприятия питьевого водоснабжения предъявляют определенные требования к качеству вод, в частности, к минерализации, так как воды, содержащие большое количество солей, отрицательно влияют на растительные и животные организмы, технологию производства и качество продукции, вызывают образование накипи на стенках котлов, коррозию, засоление почв.

В соответствии с гигиеническими требованиями к качеству питьевой воды суммарная минерализация не должна превышать величины 1000 мг/дм³. По согласованию с органами департамента санэпиднадзора для водопровода, подающего воду без соответствующей обработки (например, из артезианских скважин), допускается увеличение минерализации до 1500 мг/дм³).

Минеральный состав воды интересен тем, что отражает результат взаимодействия воды как физической фазы и среды жизни с другими фазами (средами): твердой, т.е. береговыми подстилающими, а также почвообразующимиминералами и породами; газообразной (с воздушной средой) и содержащейся в ней влагой и минеральными компонентами. Кроме того, минеральный состав воды обусловлен целым рядом протекающих в разный средах физико-химических и физических процессов – растворения и кристаллизации, пептизации и коагуляции, седиментации, испарения и конденсации и др. Большое влияние на минеральный состав воды поверхностных водоемов оказывают протекающие в атмосфере и в других средах химические реакции с участием соединений азота, углерода, кислорода, серы и др.

Можно выделить две группы минеральных солей, обычно встречающихся в природных водах (табл. 8).

Таблица 8

Дата добавления: 2014-12-26