Визначення рН за допомогою рН-метра.

У воді рН вимірюють потенціометричним методом за допомогою рН-метра зі скляним електродом. Електродна схема рН-метра показана на рис.3.

Скляний електрод 2 являє собою трубку з напаяною на кінці порожнистою кулькою 1 з літієвого електродного скла.

При зануренні електрода в розчин між поверхнею кульки електрода і розчином відбувається обмін йонами, в результаті якого йони Літію в поверхневих шарах скла заміщуються йонами Гідрогену. Між поверхнею скла і досліджуваним розчином виникає різниця потенціалів, величина якої залежить від концентрації йонів Гідрогену в розчині і його температури. Для вимірювання цієї різниці потенціалів створюють електричний ланцюг. Внутрішній електрод цього ланцюга 3 здійснює контакт з розчином, який заповнює внутрішню частину скляного електрода. Допоміжний електрод 4 являє собою проточний хлор-срібний електрод. Він здійснює контакт з досліджуваним розчином за допомогою електролітичного ключа 6 – трубки, яка закінчується пористою перетинкою і заповнена насиченим розчином калій хлориду. Насичений розчин калій хлориду повинен безперервно повільно витікати в досліджуваний розчин зі швидкістю 20 мл за добу.

Рис.3. Електродна схема рН-метра

Рівноважний потенціал, який виникає на межі поділу електрод-розчин, лінійно залежить від рН: φ = -0,059 рН.

Відповідно і електрорушійна сила гальванічного елемента, яка виміряна як різниця потенціалів між індикаторним електродом і електродом порівняння, залежить від рН розчину.

Хід вимірювань

1. Перед початком вимірювань прилад включити в мережу і дати нагрітись протягом 20 хвилин.

2. Натиснути клавішу „t” і клавішу будь-якого вузького діапазону рН (-1-4, 4-9, 9-14) і визначити температуру розчину.

3. Електроди промити дистильованою водою і залишок води обережно видалити фільтрувальним папером.

4. Занурити електроди в досліджуваний розчин. Натиснути клавішу рН і клавішу шкали широкого діапазону (-1-14). Виміряти рН приблизно, після цього натиснути клавішу відповідної шкали вузького діапазону і виміряти значення рН з точністю до 0,05.

5. Промити електроди і занурити їх у дистильовану воду.

Запитання для самоконтролю

1. До сильних чи до слабких електролітів належить вода?

2. Які йони утворюються при електролітичній дисоціації води?

3. Чи в усіх природних водах містяться йони Гідрогену?

4. Яка молярна концентрація йонів Гідрогену в нейтральному, кислому та лужному середовищі? Яке значення має рН?

5. Що являє собою йонний добуток води?

6. Як визначають активну кислотність та активну лужність?

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №4.

ВИЗНАЧЕННЯ ЗАГАЛЬНОЇ ЛУЖНОСТІ І КАРБОНАТНОЇ ТВЕРДОСТІ ВОДИ

Теоретичний вступ

Лужність води може бути обумовлена наявністю розчинних основ, середніх і кислих солей, утворених сильними основами і слабкими кислотами (карбонати, сульфіди, гідрогенкарбонати, гідрогенсилікати, гідрогенсульфіди тощо).

Активна лужність характеризується показником рОН.

Лужність визначається нейтралізацією води сильними кислотами.

Звичайно лужність природних вод обумовлена наявністю гідрогенкарбонатів лужних та лужноземельних металів, і значення рН таких вод не перевищує 8,3. Визначення загальної лужності проводиться нейтралізацією проби води сильною кислотою до рН 4,5 в присутності індикатора метилоранжу (інтервал переходу рН становить 3,1-4,4).

Якщо рН>8,3, то визначають вільну лужність. Вона характеризується кількістю сильної кислоти (ммоль-екв/л), необхідної для зниження рН до цього значення (індикатор-фенолфталеїн, інтервал переходу рН становить8,2-10,0). Вільна лужність обумовлена наявністю вільних лугів і розчинених солей – карбонатів, силікатів, сільфідів. Якщо рН<8,3, то вільна лужність дорівнює нулю.

Загальна лужність більшості природних вод обумовлена присутністю тільки гідрогенкарбонат – йонів (НСО₃^-).

Для переважної більшості природних вод йони НСО₃^- зв’язані тільки з йонами Са²⁺ і Mg²⁺. А гідрогенкарбонати кальцію та магнію зумовлюють карбонатну твердість води. Саме тому, якщо лужність за фенолфталеїном дорівнює нулю, то можна вважати, що загальна лужність води дорівнює її карбонатній твердості.

Експериментальна частина

До 100 мл досліджуваної води, відміряної мірною колбою в конічну колбу на 250 мл, додати 2-3 краплі розчину фенолфталеїну. Якщо з’явиться рожеве забарвлення, то воду слід титрувати 0,1н. розчином хлоридної кислоти до знебарвлення. Потім у ту ж саму пробу додати 2-3 краплі розчину метилоранжу і продовжувати титрування 0,1н. розчином хлоридної кислоти до переходу забарвлення з жовтого в рожеве. Записати об’єм 0,1н. розчину хлоридної кислоти, який витрачений на титрування з фенолфталеїном і загальний об’єм 0,1н. хлоридної кислоти, витраченої на все титрування.

Вільну лужність води за фенолфталеїном і загальну - за фенолфталеїном і метилоранжем розраховують за такими формулами:

(ммоль-екв/л),

де V – об’єм розчину хлоридної кислоти, витраченої на титрування за фенолфталеїном, мл;

(ммоль-екв/л),

де V – об’єм розчину хлоридної кислоти, витраченої на титрування досліджуваної води за фенолфталеїном та метилоранжем, мл; - об’єм води, взятої для дослідження, мл; Сн. – молярна концентрація еквівалента (нормальна концентрація) розчину хлоридної кислоти.

Карбонатна твердість = Л_З – Л_В. Якщо лужність за фенолфталеї-ном дорівнює нулю, то можна вважати, що загальна лужність води дорівнює її карбонатній твердості.

Результати дослідів представити у вигляді таблиці:

№ з.п.			VHC1 ф-фт	ЛВ	VHC1 ф-фт+ м-ор	ЛЗ	ТКАРБ
Сер.

Запитання для самоконтролю

1. Чим може бути спричинена лужність природних вод?

2. Які розрізняють види лужності?

3. Які сполуки обумовлюють лужність незабруднених вод? При яких значеннях рН її визначають? Який застосовують індикатор? Чому?

4. Які сполуки обумовлюють вільну лужність? При яких значеннях рН її визначають? Який використовують індикатор? Який його інтервал переходу?

5. Які сполуки спричиняють карбонатну твердість природних вод?

6. В якому випадку можна вважати, що загальна лужність води дорівнює її карбонатній твердості?

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №5.