Щелочность воды

14.09.2016
Под щелочностью понимают способность некоторых компонентов, содержащихся в воде, связывать эквивалентное количество сильной кислоты. Щелочность создают все катионы, которые в воде были уравновешены гидроксильными ионами, анионами слабых кислот (например, карбонаты, гидрокарбонаты). Щелочность определяется количеством сильной кислоты, необходимой для замещения этих анионов. Расход кислоты эквивалентен их общему содержанию в воде и выражает общую щелочность воды.

В обычных природных водах щелочность зависит в основном от присутствия гидрокарбонатов щелочноземельных металлов, в меньшей степени щелочных. В этом случае значение pH воды не превышает 8,3. Растворимые карбонаты и гидроксиды повышают значение pH (более 8,3).

Титрометрическое определение


Принцип метода. Определение щелочности основано на титровании воды сильной кислотой. Количество раствора, необходимое для достижения pH 8,3, эквивалентно свободной щелочности, а для достижения pH 4,5 — общей щелочности. При pH воды меньше 4,5 ее щелочность равна нулю.

Конечную точку при титровании находят визуально или электрометрически, последнее предпочтительно при анализе загрязненных или окрашенных вод. Щелочность, особенно свободную, следует определять не позднее чем через 24 ч после отбора пробы. Результаты выражают в миллиграмм-эквивалентах на 1 л, что соответствует количеству миллилитров 0,1 н. хлористоводородной кислоты, израсходованной на титрование 100 мл исследуемой воды.

При визуальном титровании мешает интенсивная окраска воды. Ее устраняют, прибавляя активированный уголь и фильтруя пробы. Мутные воды фильтруют через бумажный или стеклянный фильтр. Мешает определению свободный хлор, обесцвечивающий индикатор. Хлор удаляют прибавлением эквивалентного количества тиосульфата натрия.

Для более точного определения щелочности предварительно вытесняют свободный диоксид углерода, продувая воздух, так как его высокие концентрации мешают обнаружить переход окраски при титровании так же, как и диоксид углерода, выделяющийся при высоком содержании карбонатов. Силикат-, фосфат-, борат-, сульфид-ионы, ионы гуминовых и других слабых кислот титруются вместе с карбонат- и гидроксил-ионами. В природных водах их обычно очень мало.

Реактивы. 1. Хлористоводородная кислота, 0,1 н. раствор. При установлении титра раствор необходимо продувать воздухом, как при анализе пробы.

2. Фенолфталеин, 0,5% раствор. В 50 мл 96% этанола растворяют 0,5 г фенолфталеина и разбавляют 50 мл дистиллированной воды, добавляют по каплям 0,01 н. гидроксид натрия до появления заметной розовой окраски.

3. Метиловый оранжевый индикатор, 0,05% раствор.

4. Смешанный индикатор. В 150 мл 96% этанола растворяют 0,03 г метилового красного и 0,2 г бромкрезолового зеленого и pH раствора устанавливают так, чтобы индикатор имел грязно-серую окраску.

Ход определения. Свободная щелочность. Отмеривают 100 мл исследуемой воды (при высокой щелочности берут меньший объем и разбавляют до 100 мл прокипяченной и охлажденной дистиллированной водой), прибавляют 0,1 мл (2 капли) 0,5% фенолфталеина и титруют на белом фоне 0,1 н. хлористоводородной кислотой до полного обесцвечивания. Для более четкого улавливания конца титрования определение следует вести с контролем, для чего рядом с титруемой пробой ставят вторую порцию исследуемой воды, добавляя такое же количество индикатора.

Общая щелочность. Отмеривают 100 мл пробы, прибавляют 0,15 мл (3 капли) смешанного индикатора или 0,1 мл (2 капли) метилового оранжевого, затем продувают воздух в течение 2—3 мин и титруют 0,1 н. хлористоводородной кислотой на белом фоне в присутствии контрольного раствора до момента, когда зеленая окраска смешанного индикатора перейдет в грязно-серую (или до начала перехода окраски метилового оранжевого из желтой в оранжевую). Вновь продувают воздух 2—3 мин, и если возвращается первоначальная окраска, то дотитровывают. Титрование считают законченным, если после продувания окраска раствора не меняется. Воздух продолжают продувать, и через 5 мин, если возвращается первоначальная окраска, то дотитровывают.

Расчет свободной (P) и общей (M) щелочности (мг-экв/л) проводят по формулам:

P = А*К*0,1*1000/V = A*K*100/V,
M = В*К*0,1*1000/V = B*K*100/V,


где А — объем 0,1 н. хлористоводородной кислоты, израсходованной на титрование по фенолфталеину, мл; В — то же по смешанному индикатору или метиловому оранжевому, мл; К — поправочный коэффициент к 0,1 н. раствору хлористоводородной кислоты; V — объем пробы, взятой для определения, мл.

Расчет содержания карбонат- и бикарбонат-ионов. Ввиду того что общая и свободная щелочность находится в стехиометрической зависимости от содержания гидрокарбонат-, карбонат- и гидроксил-ионов, по величине свободной и общей щелочности можно косвенно вычислить количество этих ионов.

Расчет основан на предположении, что щелочность вызывается в основном ионными формами диоксида углерода и и меньше гидроксильными. Эта предпосылка редко соответствует действительности и расчет дает приближенные результаты. Рассчитывать нельзя, если в воде присутствуют мешающие вещества или исследуют сильнозагрязненные воды. В зависимости от соотношения между свободной (P) и общей (M) щелочностью возможны 5 случаев расчета (табл. 10).
Щелочность воды

Величина свободной щелочности равна величине карбонатной жестокости (мг-экв). Умножая P на 30, получаем содержание карбонат-ионов (мг/л).

Величина общей щелочности равна величине гидрокарбонатной жесткости (мг-экв), умножая M на 61,02, получаем содержание гидрокарбонатного иона (мг/л).

Потенциометрическое определение


Принцип метода. Метод основан на взаимодействии гидрокарбонатных и карбонатных ионов с сильной кислотой с образованием угольной кислоты, которая распадается на СО2 и Н2О. Количество кислоты, необходимое для определения свободной (до pH 8,3) и общей (до pH 4,5 и 4,2) щелочности, находят потенциометрически (титрование проводят до pH 4,5 и 4,2, поскольку эквивалентная точка общей щелочности варьирует в зависимости от ее анионного состава).

Предел обнаружения НСО3 — 0,5 мг/л или 0,01 мг-экв/л. Окраска, мутность воды, активный хлор определению не мешают. Мешающее влияние остальных компонентов устраняют, как указано в п. 2.15.1.

Аппаратура. 1. рН-метр типа рН-340, pH-121 или другой аналогичный прибор со стеклянным измерительным электродом и хлорсеребряным вспомогательным электродом. 2. Термометр с ценой деления 0,1 °С. 3. Магнитная мешалка. 4. Микробюретка на 10 мл со склянкой вместимостью 1 л.

Реактивы. Хлористоводородная кислота, 0,1 н. раствор.

Ход определения. Работу на рН-метре проводят по инструкции к прибору. Пробу объемом 50 мл помещают в стакан, который ставят на магнитную мешалку. Титруют из микробюретки 0,1 н. хлористоводородной кислотой до pH 8,3, а затем до pH 4,5 и 4,2. Если на все титрование пошло более 10 мл кислоты, пробу разбавляют, если менее 1 мл, то применяют для титрования более слабые растворы кислоты (0,05—0,02 н.).

Величину свободной (P) и общей (M) щелочности (мг-экв/л) рассчитывают по формуле:

P = A1*н*K*1000/V, М = (2А2-A3)*н*K*l000/V,


где A1, А2 и А3 — объемы 0,1 н, хлористоводородной кислоты, пошедшей на титрование до pH 8,3, до pH 4,5 и до pH 4,2 мл; К — поправочный коэффициент к титру раствора хлористоводородной кислоты; н — нормальность раствора хлористоводородной кислоты; V — объем пробы, взятой для определения, мл.

Для расчета концентрации бикарбонат-ионов (мг/л) величину щелочности (мг-экв/л) умножают на эквивалент 61,02.