2.3. Определение активной реакции воды (рН)

 

Активная реакция воды, т. е. степень ее кислотности или щелочности, характеризуется количественно концентрацией водородных ионов.

При диссоциации воды образуются ионы водорода и гидроксила:

 

Н ₂О                       Н⁺ + ОН^-

 

Концентрацию водородных ионов принято выражать при помощи водородного показателя рН, представляющего собой десятичный логарифм [H⁺], взятый с обратным знаком:

pH= -lg[H⁺],

 рН нейтральных растворов равен 7,

 кислых — меньше 7 и

щелочных —больше 7.

 Активная реакция большинства природных вод близка к  

нейтральной (6,8—7,3).

Постоянство рН воды имеет большое значение для нормального протекания в ней различных биологических и физико-химических процессов

Постоянство рН природных вод обеспечивается присутствующей в них буферной системой, состоящей из растворенной в воде угольной кислоты и гидрокарбонатов (НСО_з^- и Н₂СО₃). Эта буферная система образуется благодаря реакциям диссоциации угольной кислоты и гидрокарбоната кальция, всегда имеющихся в природных водах:

 

Н₂СО₃                                     Н⁺ + НСО₃^-;

Са (НСО₃^-)₂                      Са²⁺ + 2 НСО₃^-.

 

Концентрация водородных ионов такой системы мало изменяется с разбавлением, так как рН ее определяется не концентрацией кислоты и ее соли, а отношением этих концентраций.

 

Прибавление некоторых количеств кислоты или щелочи также  мало изменяет рН воды. Объясняется это тем, что при прибавлении к воде некоторого количества щелочи часть ионов Н⁺, образовавшихся при диссоциации угольной кислоты, связывается в малодиссоциированные молекулы воды; это вызывает диссоциацию новых количеств кислоты и восстановление первоначальной концентрации ионов Н⁺.

При прибавлении к воде кислоты избыточные ионы водорода связываются ионами НСО₃^- в малодиссоциированные молекулы угольной кислоты, и концентрация ионов Н⁺ остается неизменной.

Емкость углекислотной буферной смеси в природной воде не особенно велика, но все же дает возможность сохранить рН воды почти неизменным при различных процессах ее обработки: хлорировании, коагуляции, известковании и т. д.

Сохранение рН воды близким к нейтральному необходимо для нормального протекания некоторых процессов ее очистки и для использования ее в быту и промышленности. Изменение рН воды свидетельствует о загрязнении ее продуктами распада органических соединений, стоками химических заводов и другими веществами.

В воде рН определяют потенциометрическим методом при помощи рН-метра ЭВ-74 со стеклянным электродом.

При погружении электрода в раствор между поверхностью шарика электрода и раствором происходит обмен ионами, в результате которого ионы лития в поверхностных слоях стекла замещаются ионами водорода   

Между поверхностью стекла и контролируемым раствором возникает разность потенциалов, величина которой зависит от активности (концентрации) ионов водорода в растворе и его температуры. Для измерения этой разности потенциалов создают электрическую цепь. Внутренний электрод этой цепи  осуществляет контакт с раствором, заполняющим внутреннюю часть стеклянного электрода. Вспомогательный электрод  представляет собой проточный хлорсеребряный электрод. Он осуществляет контакт с контролируемым раствором с помощью электролитичес кого ключа  — трубки,заполненной насыщенным раствором хлорида калия и заканчивающейся пористой перегородкой. Насыщенный раствор хлорида калия должен непрерывно медленно вытекать в контролируемый раствор со скоростью 20 мл в сутки. Самозначение рН регистрируется шкалой милливольтметра, градуированного в единицах рН.3.