Определение реакции воды

Очень часто показатель рН путают с такими параметрами, как кислотность и щелочность воды. Важно понимать разницу между ними. Главное заключается в том, что рН – это показатель интенсивности, но не количества. То есть, рН отражает степень кислотности или щелочности среды, в то время как кислотность и щелочность характеризуют количественное содержание в воде веществ, способных нейтрализовывать соответственно щелочи и кислоты.

С величиной рН связаны понятия «живой» и «мертвой» воды. Согласно одной из распространенной концепций, «живой» считают щелочную воду с рН = 10…11, а «мертвой» – кислую с рН = 4…5. С точки зрения представлений о структуре, «живой» считают структурированную воду, в которой соотношение между упорядоченными кластерами и свободными молекулами велико. По данным многочисленных медицинских исследований, щелочная ионизированная («живая») вода стимулирует регенеративную функцию клеток, благоприятно воздействует на метаболические процессы, а кислая («мертвая») вода представляет собой мягко действующий антисептик.

pH воды – один из важнейших рабочих показателей качества воды, во многом определяющих характер химических и биологических процессов, происходящих в воде. В зависимости от величины pH может изменяться скорость протекания химических реакций, степень коррозионной агрессивности воды, токсичность загрязняющих веществ и т.д.

Изменение окраски воды при добавлении ней индикаторов характеризует реакцию воды, т. е. присутствие в ней ионов Н⁺ или ОН^–, СО₃^2–, НСО₃^– обусловливающих ту или иную величину рН. Реакцию воды обычно определяют по метиловому оранжевому, изменяющему окраску при рН 3,6 (3,1 – 4,4), и по фенолфталеину, изменяющему окраску при рН 8,3 (8,2 – 10).

Реактивы. Раствор с массовой долей метилового оранжевого 0,05 %; раствор с массовой долей фенолфталеина 0,5 %.

Проведение анализа. В пробирку с водой добавляют 3 – 5 капель индикатора и, наблюдая за окраской, отмечают один из следующих возможных вариантов.

1. Вода желтая с метиловым оранжевым и розовая с фенолфталеином содержит ионы ОН^– СО₃^2– и не содержит Н⁺.

2. Вода бесцветная с фенолфталеином и желтая с метиловым оранжевым содержит ионы НСО₃^–.

3. Вода бесцветная с фенолфталеином и оранжевая с метиловым оранжевым содержит ионы Н⁺ и не содержит ионы ОН^– и СО₃²-.

Определение величины щелочности

Способность воды связывать кислоты характеризуется величиной щелочности, т. е. количеством в воде ионов ОН^-, СО₃^2-, НСО₃^- и некоторых других анионов слабых кислот, реагирующих с сильными кислотами по уравнениям:

ОН^– + Н⁺=Н₂О

СО₃^2– + Н⁺=НСО₃^–

НСО₃^–+ Н⁺=СО₂ + Н₂О

Щелочность принято выражать количеством молей указанных ионов в I дм³ воды.

Определение щелочности основано на титровании воды соляной кислотой с индикаторами метиловым оранжевым и фенолфталеином. При титровании с метиловым оранжевым переход желтой окраски раствора в оранжевую наступает при полном связывании ионов ОН^–, СО₃^2–, НСО₃^– по приведенным уравнениям, в то время как при титровании с фенолфталеином исчезновение окраски раствора происходит при связывании только ионов ОН^– и СО₃^2– по двум первым уравнениям. Соответственно различают общую щелочность, определяемую титрованием воды соляной кислотой с метиловым оранжевым, и свободную щелочность, определяемую титрованием с фенолфталеином.

Для суждения о том, какими ионами обусловливается щелочность воды, целесообразно титрование вести с фенолфталеином до обесцвечивания раствора, а затем с метиловым оранжевым до перехода желтой окраски раствора в оранжевую. При щелочности по фенолфталеину, равной нулю, щелочность воды обусловливается только ионами НСО₃^–. Определение щелочности воды возможно и электрометрическим титрованием. При определении свободной щелочности титрование ведут до рН 8,3, а при определении общей щелочности – до рН 4,5.

Реактивы те же, что и для определения реакции воды и 0,1 моль/дм³ раствор соляной кислоты.

Проведение анализа. В коническую колбу вместимостью 250 см³ отмеривают 100 см³ воды, добавляют 3 капли фенолфталеина и титруют 0,1 моль/дм³ раствором соляной кислоты до исчезновения розовой окраски титруемого раствора. Затем в ту же колбу добавляют 3 капли метилового оранжевого и продолжают титрование соляной кислотой до перехода желтой окраски раствора в оранжевую. Общая щелочность воды (в моль/см³):

Щ_о=,

где V – объем соляной кислоты, пошедшей на титрование с метиловым оранжевым, см³; n – молярная концентрация раствора соляной кислоты; W – объем воды, взятой для титрования, см³.

Свободная щелочность Щ_с вычисляется по аналогичной формуле, только вместо V подставляется V₁ - объем соляной кислоты, пошедшей на титрование с фенолфталеином (в см³).

Пример. На титрование 100 см³ воды с фенолфталеином израсходовано 0,5 см³ 0,1 моль/дм³ раствора соляной кислоты, а на титрование с метиловым оранжевым – 3 см³:

Щ₀ = моль/ см³,

Щ_с = моль/ см³

В анализируемой воде щелочность в основном обусловлена ионами НСО₃^–.

Для технологической оценки воды важно знать влияние ее катионов и анионов на рН производственных сред, в которых протекают биохимические процессы. Отрицательное влияние воды на ферментативный гидролиз крахмала, некрахмальных полисахаридов и белков наиболее часто проявляется в увеличении рН ячменно-солодовых заторов выше оптимальной величины. Для установления данного свойства воды необходимо знать его щелочность. Так как отдельные ионы воды по-разному влияют на концентрацию водородных ионов в буферной системе при совместном введении в затор ионов Са²⁺, НСО^-, ,С0₃^2- ОН^-, его рН устанавливается в зависимости от количественного соотношения этих ионов. Данное соотношение назвали показателем пригодности воды по щелочности и обозначили П_щ. Вода, имеющая П_щ < 1, повышает рН затора, а имеющая П_щ > 1 - понижает. При значениях П_щ = 1 вода считается пригодной для технологических целей.

Показатель пригодности воды для пивоварения находят из соотношения

П_щ = Ж_Са/Щ₀ ,

где Ж_Са – содержание ионов кальция, моль/дм³; Щ₀ – общая щелочной моль/дм³.