Экология

Таблица 1

Содержание СO2 в воздухе в зависимости от объема воздуха, обесцвечивающего 20 мл 0,005%-го раствора соды

Объем	Концентрация	Объем	Концентрация	Объем	Концентрация
воздуха,		воздуха,		воздуха,
мл	СO2, %	мл	СO2, %	мл	СO2, %
80	3,2	330	1,16	410	0,84
160	2,08	340	1,12	420	0,80
200	1,82	350	1,08	430	0,76
240	1,56	360	1,04	440	0,70
260	1,44	370	1,00	450	0,66
280	1,36	380	0,96	460	0,60
300	1,28	390	0,92	470	0,56
320	1,20	400	0,88	480	0,52

Контрольные вопросы

1.Почему двуокись углерода называют «парниковым» газом?

2.Отличительные свойства двуокиси углерода.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КИСЛОТНО-ОСНОВНЫХ СВОЙСТВ АТМОСФЕРНЫХ ОСАДКОВ

Термин «кислотные дожди» ввел в 1872 г. английский инженер Роберт Смит. Проблема «кислотных дождей» – одна из самых глобальных и актуальных. Кислотные дожди, содержащие соединения серной, азотной, соляной и угольной кислот, наносят большой ущерб природе. Источники соединений серы и азота, поступающие в атмосферу и претерпевающие трансформацию

вней, самые разные: биологические процессы, идущие в биосфере; вулканическая деятельность, деятельность почвенных бактерий; химические реакции, идущие в атмосфере.

Влияние «кислотных осадков» на окружающую среду. Спектр влия-

ния «кислотных осадков» очень широкий. В первую очередь они воздействуют на водные экосистемы, почву, лес, человека и созданные им объекты.

Значение pH для водных экосистем очень важно, так как от pH зависит активность ферментов, гормонов, белков, регулирующих рост и развитие живых организмов. При низком значении pH изменяется популяция рыбы (препятствует размножению и убивает икру); снижается развитие фитопланктона, уменьшается кормовая база для рыбы, по пищевой цепи снижаются популяции животных, питающихся рыбой; металлическая ртуть превращается в ядовитую растворимую монометиленовую ртуть.

Осадки с повышенной кислотностью ведут к существенным изменениям

впочве: идет выщелачивание алюминия, тяжелых металлов и биогенных эле-

11

ментов. Это замедляет рост растений, снижает их устойчивость к заболеваниям. Большинство почв обладает буферной емкостью и пока справляется с нейтрализацией таких осадков, но возможности любой буферной системы ограничены, поэтому необходимо принимать соответствующие меры. Отмечено отрицательное влияние кислотных дождей и на наземные экосистемы: нарушение защитного воскового покрова листьев; замедление роста и повре-

ждение корней деревьев из-за высвобождения из почвы и донных осадков ионов Al3+, Pb2+, Hg2+, Cd2+, Zn2+ и т. д. Особенно страдают хвойные леса. Часто

происходит дефолиация – сброс хвои и листьев деревьями.

Под действием кислотных выбросов металлические конструкции разрушаются еще быстрее, чем камни и стекла, особенно во влажном воздухе. В кислой среде начинают активно работать коррозионные микрогальванические элементы, особенно на стыке двух металлов.

Метод определения

Метод основан на измерении разности потенциалов селективного стеклянного электрода и хлорсеребряного электрода сравнения. Эта разность потенциалов зависит от концентрации (активности) ионов водорода в анализируемой пробе воды.

Реактивы и оборудование: калий хлористый, химически чистый или чистый (х. ч.) для анализа (ч. д. а.); стандарт-титры (фиксаналы) для приготовления образцовых буферных растворов; вода дистиллированная; иономер или рН-метр (с погрешностью измерения не более 0,05 рН); электрод стеклянный ЭСЛ-43-07 или аналогичный для измерения активности ионов водорода; электрод сравнения хлорсеребряный насыщенный образцовый 2-го разряда по ГОСТ 17792 или аналогичный; термометр лабораторный с диапазоном измерений температуры 10–50 °С с ценой деления 1°С; посуда мерная лабораторная 2-го класса точности; стаканы химические вместимостью 50 и 100 мл; фильтры.

Ход определения

Измерение рН проводить после отбора пробы. В соответствии с ИСО (150) 5667/3–85(2) максимальное рекомендуемое время хранения пробы до начала анализа в лаборатории – 6 ч. В связи с тем, что электрод сравнения заполнен насыщенным раствором хлористого калия, измерять рН в общем объеме пробы не рекомендуется во избежание загрязнения ее хлоридами. Настройку рН-метра (иономера) проводить ежедневно по инструкции, прилагаемой к прибору, по трем буферным растворам с рН 4,01; 6,86 и 9,18, которые готовят из стандарт-титров. Электродную пару поместить в анализируемую пробу воды. Показания прибора считывать после прекращения дрейфа

12

стрелки измерительного прибора. Во время работы настройку прибора проверять по буферному раствору с рН 6,86. Если показания прибора при этом отклоняются от номинального значения рН более чем на 0,04 единицы, настройку по буферным растворам повторить. После каждого измерения электроды обмыть дистиллированной водой и удалить остатки воды с их поверхности чистой фильтровальной бумагой.

По результатам измерений рН дождевой или талой снеговой воды сделать вывод, какую реакцию имеют осадки в данном микрорайоне: кислую (рН < 7), нейтральную (рН = 7) или щелочную (рН > 7). Кислотными можно называть осадки с рН < 5,6.

Контрольные вопросы

1.Что означает термин «кислотные дожди»?

2.Какие вещества образуют кислотные осадки?

3.Воздействие кислотных осадков на окружающую среду?

4.Как изменяется рН водоемов?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3. ФОТОМЕТРИЧЕСКОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ

АММИАКА В ВОЗДУХЕ

Ошибочно полагать, что чихание и лёгкий дискомфорт, вызываемые

внашем организме вдыхаемым нашатырным спиртом, – единственные симптомы воздействия аммиака на человека. Вдыхание его паров, попадание его растворов на кожу грозят куда более тяжёлыми последствиями, вплоть до действия на психику.

Воздействуя на слизистые оболочки глаз и дыхательных путей, аммиачные испарения в малых дозах вызывают слезоточивость и жжение в глазах,

вбольших концентрациях – химический ожог роговицы, вплоть до слепоты. Поскольку аммиак опасен ожогами, попав на кожу, он образует на ней покраснения, зуд, волдыри.

Сжиженный аммиак используется в холодильных и морозильных камерах для охлаждения продуктов. Следовательно, он может вызвать сильное обморожение кожи при непосредственном соприкосновении с ней.

Иконечно, аммиак существенно может пошатнуть здоровье дыхательных путей. Першение в горле, кашель, затруднённость дыхания – только лишь первые симптомы отравления его парами. За ними следуют тошнота, головокружение, сильные головные боли. Симптомы проявляются прерывисто: то

кажется,	что приступы отравления прекратились, то они возобновляются
с новой,	ещё большей силой. Самочувствие может стать настолько плохим,

13

что человек начинает бредить, происходят изменения в поведении. Кроме того, органы слуха становятся слишком чувствительными и любой, даже небольшой шум, может вызвать сильные судороги и боль в ушах.

На фабриках и заводах, где люди имеют дело непосредственно с аммиаком и его соединениями, обычно устанавливается максимально допустимая концентрация этого газа в воздухе 20 мг/м3. В населённых пунктах, находящихся вблизи от таких производств, допустимо содержание аммиака в гораздо меньшем соотношении – 0,04 мг/м3. Запах аммиака мы начинаем чувствуем при его концентрации, равной 37 мг/м3. А это значит, что при появлении запаха людям необходимо работать только в специальных средствах защиты.

Если не позаботиться о здоровье вовремя, то уже при содержании аммиака в воздухе в количестве, равном 280 мг/м3, происходит раздражение дыхательных путей, а в количестве, равном 490 мг/м3, начинают болеть глаза. Стоит аммиаку лишь в течение часа подействовать на человека в концентрации 1,5 г/м3, как начинается токсический отёк лёгких.

Метод определения

Метод основан на образовании окрашенного в жёлто-бурый цвет соединения (иодида димеркураммония) при взаимодействии аммиака с реактивом Несслера. Предел обнаружения – 1 мкг в анализируемом объёме раствора. Предел обнаружения в воздухе – 5 мг/м3 (расчетная). Определению мешают аммонийные соли, H2S, альдегиды и некоторые амины алифатического ряда. Предельно допустимая концентрация аммиака в воздухе 20 мг/м3.

Реактивы и оборудование: аммоний хлористый, х. ч. (ГОСТ 3773–60); стандартный раствор № 1, содержащий 100 мкг/мл аммиака, готовят растворением 0,0314 г хлорида аммония в 100 мл дистиллированной воды, не содержащей аммиака. Раствор устойчив в течение двух месяцев; стандартный раствор № 2, содержащий 10 мкг/мл аммиака, готовят соответствующим разбавлением стандартного раствора № 1 0,01 н. раствором серной кислоты в день анализа; серная кислота, х. ч. (ГОСТ 4204–66), 0,01 н. раствор, реактив Несслера, (МРТУ 6-09-468-63), ч. д. а.

Аспирационное устройство. Приборы поглотительные с пористой пластиной. Пробирки колориметрические плоскодонные из бесцветного стекла, высотой 120 мм, внутренним диаметром 15 мм. Пипетки (ГОСТ 20292–74) вместимостью 1, 2, 5, 10 мл с делениями 0,01 и 0,1 мл. Колбы мерные (ГОСТ 1770– 74) вместимостью 250 и 100 мл. Фотоколориметр или спектрофотометр.

14

Отбор пробы

Воздух со скоростью 0,5 л/мин аспирировать через два последовательно соединённых поглотительных прибора с 10 мл 0,01 н. раствора серной кислоты в каждом. Для определения аммиака в воздухе на уровне ½ ПДК достаточно отобрать 2 л воздуха.

Ход определения

Пробу в количестве 1 и 5 мл из первого поглотительного раствора и 5 мл из второго внести в колориметрические пробирки. 1 мл пробы довести до 5 мл 0,01 н. раствором серной кислоты. В пробирки прибавить по 0,5 мл реактива Несслера и взболтать. Через 5–10 мин измерить оптическую плотность раствора в кювете с толщиной слоя 10–20 мм при длине волны 450 нм по отношению к холостой пробе. Содержание аммиака в анализируемом объёме определить по калибровочному графику зависимости оптической плотности раствора от концентрации аммиака.

Для построения калибровочного графика приготовить шкалу стандартных растворов согласно табл. 2.

			Таблица 2
	Шкала стандартных растворов
№ пробирки	Стандартный	H2SO4, 0,01 н.	Содержание NH3,
	раствор № 2, мл	раствор, мл	мкг
1	0	5,0	0
2	0,1	4,9	1,0
3	0,2	4,8	2,0
4	0,4	4,6	4,0
5	0,6	4,4	6,0
6	0,8	4,2	8,0
7	1,0	4,0	10,0

Измерить оптическую плотность стандартных растворов и построить график. Такой шкалой можно пользоваться для визуального определения. В этом случае её нужно приготовить в колориметрических пробирках одновременно с пробами.

15

Концентрацию аммиака в воздухе определить по формуле

=	∙	,
где Х – концентрация аммиака, мг/м2;	∙

G – количествоаммиака, найденноеванализируемомобъёмераствора, мкг; V1 – объём пробы, взятой для анализа, мл;

V – общий объём пробы, мл;

V0 – объём воздуха, отобранный для анализа, приведённый к стандартным условиям, л, который можно рассчитать по формуле

(273+20) ∙

=(273 + ) ∙101,33,

где Vt – объём воздуха, отобранный для анализа при температуре опыта t, л; Р – барометрическое давление, кПа; 101,33 – нормальное давление, кПа;

t – температура опыта, °С.

Контрольные вопросы

1.Воздействие аммиака на организм человека.

2.Воздействие аммиака на окружающую среду.

3.ПДК аммиака.

ТЕМА 2. ГИДРОСФЕРА

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ АКТИВНОГО ХЛОРА В ПИТЬЕВОЙ ВОДЕ

Показатель активный хлор включает суммарное содержание соединений, обладающих сильными окислительными свойствами, а именно: свободный хлор (Cl2), гипохлорит-ион (ClO–), хлорноватистая кислота (HClO), хлорамины (вещества, при растворении в воде которых образуются монохлорамин NH2Cl, дихлорамин NHCl2, трихлорамин NHCl3), а также органические хлорамины – хлорированные производные соединений органического азота.

Содержащие активный хлор вещества подразделяют на две группы:

сильные окислители – хлор, гипохлориты и хлорноватистая кислота – содержат так называемый свободный активный хлор, и относительно менее слабые окислители – хлорамины – связанный активный хлор. Благодаря сильным

16

окислительным свойствам соединения, имеющие активный хлор, используются для обеззараживания (дезинфекции) питьевой воды и воды в бассейнах, а также для химической очистки некоторых сточных вод. Кроме того, некоторые содержащие активный хлор соединения (например, хлорная известь) широко используются для ликвидации очагов распространения инфекционных загрязнений.

В природной воде содержание активного хлора не допускается; в питьевой воде его содержание установлено в пересчете на хлор на уровне 0,3–0,5 мг/л в свободном виде и на уровне 0,8–1,2 мг/л в связанном виде. Поскольку соединения, содержащие активный хлор, присутствуют в воде практически в связи с их добавлением для целей обезвреживания питьевой воды, данный показатель часто называют также остаточный хлор.

Лимитирующий показатель – общесанитарный.

Метод определения

Метод определения активного хлора является титриметрическим (метод йодометрического титрования) (ГОСТ 18190, ПНД Ф 14.1:2.113–97). Данный метод широко применяется для анализа питьевой воды, но может использоваться и для анализа природных и очищенных вод.

Определение соединений, способных при растворении в воде образовывать активный хлор, основано на их свойстве в кислой среде выделять из йодида калия свободный йод:

Cl2 + 2I– = I2 + 2Cl–

ClO– + 2H+ + 2I– = I2 + Cl– + H2O

HClO + H+ + 2I– = I2 + Cl– + H2O

NH2Cl + 2H+ +2I– I2 + Cl– + NH4+

Реактивы и оборудование: калий йодистый; раствор буферный ацетатный (рН 4,5); крахмал, раствор 0,5%-ный стабилизированный; тиосульфат натрия (0,005 моль/л эквивалента) стабилизированный.

Колба коническая на 100 мл; пипетка для титрования градуированная на 2 мл со шприцем-дозатором и соединительной трубкой; пробирка градуированная на 13 мл с пробкой; пипетка-капельница полимерная на 1 мл (3 шт.); стакан на 50 мл; шпатель.

Отбор пробы

Анализ отобранной пробы на содержание активного хлора следует проводить немедленно, так как активный хлор в малых концентрациях присутствует в питьевой воде непродолжительное время (не более нескольких десятков минут).

17

Ход определения

Ополоснуть коническую колбу на 250 мл несколько раз анализируемой водой.

Налить в колбу 50 мл исследуемой воды. Добавить в колбу полимерной пипеткой 1 мл ацетатного буферного раствора. Содержимое колбы перемешать. Используя шпатель, добавить в эту же колбу 0,1 г йодида калия (0,1 г йодида калия заполняет шпатель примерно на ¼, не образуя горки). Перемешать содержимое колбы до растворения соли. При наличии активного хлора раствор приобретет желто-бурую окраску.

Набирать раствор тиосульфата натрия в градуированную пипетку со шприцем-дозатором (при объемном титровании используют бюретку, которую заполняют раствором тиосульфата натрия до отметки «0») и титровать пробу на белом фоне до слабо-желтой окраски, добавляя раствор по каплям, постепенно. После добавления каждой порции (капли) пробу перемешивать покачиванием.

Добрать пипеткой-капельницей 0,5 мл раствора крахмала (раствор в колбе посинеет) и продолжить титрование по каплям при перемешивании до полного обесцвечивания (титрование считается законченным, если после обесцвечивания раствора по истечении 0,5 мин окраска раствора не восстанавливается).

Определить общий объем раствора тиосульфата, израсходованного на титрование (как до, так и после добавления раствора крахмала).

Вычислить концентрацию суммарного остаточного активного хлора САХ (мг/л) по формуле

САХ = ТС ∙ С ∙35,5 ∙1000 ,

п

где VTC – объем раствора тиосульфата натрия, израсходованного на титрование, мл;

С – концентрация раствора тиосульфата натрия, моль/л; 35,5 – молярная масса эквивалента хлора, г/моль; 1000 – коэффициент пересчета из граммов в миллиграммы; Vп – объем пробы, взятой для анализа, мл.

Контрольные вопросы

1.Охарактеризуйте показатель «активный хлор».

2.Назовите вещества, содержащие активный хлор.

3.Нормы содержания активного хлора в природной и питьевой воде.

4.К какому показателю вредности относится активный хлор?

5.Каким методом определяют показатель «активный хлор»?

18

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОДЕРЖАНИЯ ХЛОРИДОВ В ИССЛЕДУЕМОЙ ПРОБЕ ВОДЫ

Хлориды присутствуют практически во всех пресных поверхностных и грунтовых водах, а также в питьевой и минеральной воде.

Хотя соленые воды очень коррозионно активны по отношению к металлам, пагубно влияют на рост растений и вызывают засоление почв, высокие концентрации хлоридов в питьевой воде не оказывают токсического воздействия на человека.

Если в воде присутствует хлорид натрия, она имеет соленый вкус уже при концентрации свыше 250 мг/л. В случае хлоридов кальция и магния соленость воды возникает при концентрациях свыше 1000 мг/л. Именно по органолептическому показателю (вкусу) установлена ПДК по хлоридам для питьевой воды, воды водоемов хозяйственно-питьевого и культурно-быто- вого назначения, равная 350 мг/л. Для воды водоемов рыбохозяйственного назначения ПДК хлоридов составляет 300 мг/л.

Лимитирующий показатель вредности – органолептический.

Метод определения

Метод определения массовой концентрации хлорид-иона является титриметрическим (метод аргентометрического титрования), широко распространен (ИСО 9297, МВИ-02-144–09, ПНД Ф 14.1:2.96–97) и применяется для анализа питьевой и природных вод, а также очищенной сточной воды. Определение основано на титровании хлорид-ионов раствором нитрата серебра при рН 5,0–8,0, в результате чего образуется суспензия практически нерастворимого хлорида серебра. Уравнение химической реакции записывается следующим образом:

Ag+ + Cl– = AgCl↓

Вкачестве индикатора используется хромат калия, который реагирует

сизбытком нитрата серебра с образованием хорошо заметного оранжевобурого осадка хромата серебра по уравнению:

Ag+ + CrO4– = Ag2CrO4↓

оранжево-бурый

Бромиды и йодиды титруются совместно с хлоридами, однако ввиду их относительно малой концентрации в водах (обычно менее 0,5 мг/л) их вклад в результат считается незначимым.

19

Диапазон измеряемых концентраций хлорид-иона – от 10 до 1200 мг/л. Объем пробы составляет от 1 до 50 мл, в зависимости от концентрации хлоридов в пробе. Продолжительность анализа не более 10 мин.

Реактивы и оборудование: раствор азотнокислого серебра (0,05 моль/л экв.); растворхроматакалия(10 %).

Пипетка для титрования градуированная на 2 (5) мл со шприцем-доза- тором и соединительной трубкой или титровальная установка; пипетка-ка- пельница полимерная на 1 мл; склянка мерная с меткой «10 мл» с пробкой (2 шт.); колба коническая на 100 мл; цилиндр на 50 мл.

Отбор пробы

Объем пробы анализируемой воды, используемой для анализа, выбирается по табл. 3 в зависимости от предполагаемого уровня концентрации хлорид-иона.

Таблица 3

Соответствие объема пробы концентрации хлорид-ионов

	Предполагаемая концентрация	Объем пробы, мл
	хлорид-иона, мг/л
	10–50	50
	50–350	10
	350–700	5
	700–1200	1

Ход определения

Ополоснуть мерную склянку несколько раз анализируемой водой. Налить в склянку объем пробы воды или вытяжки в соответствии с табл. 3. В случае предполагаемой концентрации хлорид-иона свыше 350 мг/л, пробу в объеме согласно табл. 3 градуированной пипеткой поместить в мерную склянку, туда же добавить дистиллированную воду до метки «10 мл».

При концентрации хлорид-иона менее 50 мг/л пробу наливать мерным цилиндром в коническую колбу, в которой далее и провести определение.

Прибавить к содержимому склянки (или колбы) пипеткой-капельницей три капли хромата калия, закрыть склянку пробкой и перемешать раствор.

Провести титрование пробы с помощью титровальной установки либо градуированной пипеткой со шприцем-дозатором раствором азотнокислого серебра (титрант). Раствор титранта прибавлять постепенно, по каплям при постоянном перемешивании до появления неисчезающей оранжево-желтой окраски. Определить объем раствора азотнокислого серебра, пошедшего на титрование.

20