Лабораторная работа №1
Определение водородного показателя (pH) воды
Цель работы
Изучение потенциометрического метода измерения водородного показателя воды. Знакомство с устройством и принципом работы pH-метра/кондуктометра АНИОН 4150.Рабочее задание
Познакомьтесь с устройством pH-метра/кондуктометра АНИОН 4150; Провидите измерение водородного показателя; Опишите ход работы; Оформите протокол результатов измерений; Ответьте на контрольные вопросы.Оборудование и реактивы
pH-метр/кондуктометр АНИОН 4150; буферные растворы; химические стаканы емкостью 150-200мл.Теоретическая часть
Общие сведения
Водоромдный показамтель (pH)- это мера активности (в случае разбавленных растворов отражает концентрацию) ионов водорода в растворе, количественно выражающая его кислотность, вычисляется как отрицательный десятичный логарифм активности водородных ионов, выраженной в молях на литр:
.
Величина рН определяется количественным соотношением в воде ионов Н+ и ОН-, образующихся при диссоциации воды. Если ионы ОН - в воде преобладают - то есть рН>7, то вода будет иметь щелочную реакцию, а при повышенном содержании ионов Н+ - рН<7- кислую. В дистиллированной воде эти ионы будут уравновешивать друг друга и рН будет приблизительно равен 7. При растворении в воде различных химических веществ, как природных, так и антропогенных, этот баланс нарушается, что приводит к изменению уровня рН.
В зависимости от величины pH может изменяться скорость протекания химических реакций, степень коррозионной агрессивности воды, токсичность загрязняющих веществ и многое другое.
Обычно уровень рН находится в пределах, при которых он не влияет на потребительские качества воды. В речных водах pH обычно находится в пределах 6.5-8.5, в болотах вода кислее за счет гуминовых кислот - там pH 5.5-6.0, в подземных водах pH обычно выше. При высоких уровнях (рН>11) вода приобретает характерную мылкость, неприятный запах, способна вызывать раздражение глаз и кожи. Низкий pH<4 тоже может вызывать неприятные ощущения. Влияет pH и на жизнь водных организмов. В питьевой воде допускается pH 6,0–9,0; в воде водоемов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования – 6,5–8,5.
В зависимости от уровня рН воды можно условно разделить на несколько групп:
сильнокислые воды < 3
кислые воды 3 - 5
слабокислые воды 5 - 6.5
нейтральные воды 6.5 - 7.5
слабощелочные воды 7.5 - 8.5
щелочные воды 8.5 - 9.5
сильнощелочные воды > 9.5
Способы измерения pH
Для определения величины pH существуют два основных метода: колориметрический и потенциометрический.
Колориметрический метод основан на изменении окраски индикатора, добавленного к исследуемому раствору, в зависимости от величины pH. Этот метод недостаточно точен, требует введения солевых и температурных поправок, дает значительную погрешность при очень малой минерализации исследуемой воды (менее 30 мг/л) и при определении pH окрашенных и мутных вод. Метод нельзя применять для вод, содержащих сильные окислители или восстановители. Используется обычно в экспедиционных условиях и для ориентировочных определений.
Потенциометрический метод намного точнее, лишен в значительной мере всех перечисленных недостатков, но требует оборудования лабораторий специальными приборами - pH-метрами. Потенциометрический метод основан на измерении ЭДС электродной системы, состоящей из индикаторного электрода и электрода сравнения. Электрод сравнения иногда называют вспомогательным электродом.
Описание pH-метра/кондуктометра АНИОН 4150
Прибор состоит из преобразователя и датчика: комбинированного выносного проводимости раствора и температуры ДКВ или температуры ДТ.
Технические характеристики
- диапазон измерений -2 ... 14;
- дискретность 0,01;
- погрешность ± 0,02.
Ход работы с АНИОН 4150
Подготовьте рабочее место, оборудование, материалы и реактивы, анализируемый раствор. Поместите датчики в исследуемый раствор и перемешайте раствор для ускорения процесса установления температурного режима.
Включите прибор.
На экране прибора вы наблюдаете значения:
- ЭДС электродной системы в мВ;
- активности ионов в ед. pH (pX);
- молярной (М) концентрации (в иономерах);
- массовой (С) концентрации (в иономерах);
- температуры.
В экране измерение маркер может перемещаться по функциональной строке и устанавливается в одну из пяти позиций. Установите маркер на второй слева позиции.
Температура растворов, как известно, оказывает существенное влияние на активность ионов и, как следствие, на значение ЭДС, развиваемой ИСЭ. Это обстоятельство приводит к тому, что в одном и том же растворе, но находящемся при разных температурах, ИСЭ выработает, а прибор зафиксирует разные значения ЭДС.
Температуры растворов, в которых производятся измерения, как правило, отлично от температуры раствора при градуировке. Для корректного сопоставления результатов измерений и получения истинных значений pX необходим учет разности температур.
Прибор обеспечивает возможность такого учета с помощью режима автоматической температурной компенсации (АТК) результатов измерений. Для включения режима установите маркер на позицию «---»и нажмите кнопку ВВОД. В зоне маркера появится надпись «АТК», а измерение значения pH будет вводиться с учетом разности температур.
Протокол измерений
№ опыта | Значение pH | Дата и время измерений | Выводы |
1. | |||
2. | |||
3. |
Контрольные вопросы
Что показывает pH раствора? Как водородный показатель влияет на качество воды? Чему должен соответствовать водородный показатель для питьевой воды? Как водородный показатель влияет на качество воды? На какие группы в зависимости от pH можно подразделить воду? Какие методы измерения водородного показателя воды Вам известны? Раскройте сущность потенциометрического метода измерения pH.