Водородный показатель рН

1. Водородный показатель рН

В пробирку наливают 5 мл исследуемой воды, 0. 1 мл универсального индикатора, перемешивают и по окраске раствора оценивают величину рН.

Розово - оранжевая рН около 5

Светло-желтая pH - 6

Светло – зелёная рН - 7

Зеленовато-голубая рН - 8

рН можно определить с помощью индикаторной бумаги, сравнивая её окраску со шкалой. По индикаторной бумаге более точное определение, чем визуально.

2. Жесткость воды Природная вода обязательно содержит растворённые соли и газы (азот , кислород и др.). Присутствие в воде ионов Mg²⁺ и Са²⁺ и некоторых других, способных образовывать твёрдые осадки при взаимодействии с анионами жизненных органических кислот, входящих в состав различных мыл (например, со стеарат-ионом С₁₇Н₃₅СОО^2-), обуславливает так называемую жёсткость воды. [9]

Во всех просмотренных мной научных источниках, понятие жёсткости воды обычно связано с катионами кальция (Са²⁺) и в меньшей степени магния (Mg²⁺). В действительности, все двухвалентные катионы в той или иной степени влияют на жёсткость. Они взаимодействуют с анионами, образуя соединения (соли жёсткости) способные выпадать в осадок. Одновалентные катионы (например, натрий Na⁺) таким свойством не обладают.

В данной таблице приведены основные катионы металлов, вызывающие жёсткость, и главные анионы, с которыми они ассоциируются:

Катионы	Анионы
Кальций (Са2+)	Гидрокарбонат (HCO3-)
Магний (Mg2+)	Сульфат (SO42-)
Стронций (Sr2+)	Хлорид (Cl-)
Железо (Fe2+)	Нитрат (NO3-)
Марганец (Mn2+)	Силикат (SiO32-)

На практике стронций, железо и марганец оказывают на жёсткость столь небольшое влияние, что ими, как правило, пренебрегают. Алюминий (Al³⁺) и трёхвалентное железо (Fe³⁺) также влияют на жёсткость, но при уровнях рН, встречающихся в природных водах, их растворимость и, соответственно, "вклад" в жёсткость ничтожно малы. Аналогично, не учитывается и незначительное влияние бария (Ва²⁺).

Чем выше концентрация указанных двухзарядовых катионов Mg²⁺ и Са²⁺ в воде, тем вода жёстче. Наличие в воде этих катионов приводит к тому, что при использовании, например при стирке, обычного мыла (но не синтетического моющего средства) часть его расходуется на образование с этими катионами нерастворимых в воде соединений так называемых жирных кислот (мыло представляет собой смесь натриевых и калиевых солей этих кислот):

2С₁₇ Н₃₅ СОО^- + Са²⁺ = (С₁₇Н ₃₅СОО)₂Са

2С₁₇Н ₃₅ СОО^- + Мg²⁺ = (С₁₇Н ₃₅СОО)₂Mg

и пена образуется лишь после полного осаждения ионов.

Временная жёсткость воды обусловлена наличием в воде гидрокарбонатов, например, гидрокарбоната кальция Ca(HCO₃)₂ и магния Mg(HCO₃)₂.

При кипячении воды гидрокарбонаты разлагаются с образованием осадка среднего или основного карбоната:

Ca(HCO₃)₂ = СаСО₃ + СО₂+ Н₂О,

Mg(HCO₃)₂ = Мg₂ (ОН) ₂ СО₃ + 3СО₂ + Н₂О,

и жёсткость воды снижается. Поэтому гидрокарбонатную жёсткость называют временной.

Остальная часть жёсткости, сохранившаяся после кипячения воды, называется постоянной жёсткостью (или некарбонатная). Она обусловлена присутствием в ней сульфатов, хлоридов и других растворимых соединений кальция и магния, которые хорошо растворимы и так просто не удаляются.

Также различают и общую жёсткость воды. Она определяется суммарной концентрацией ионов кальция и магния. Представляет собой сумму карбонатной (временной) и некарбонатной (постоянной) жёсткости.[2]

Общая и временная жесткость воды определяется путем титрования пробы воды растворами точно известной концентрации, а постоянная рассчитывается по разнице между общей и временной жесткостью.

Метод определения общей жесткости основан на образовании прочного комплексного соединения трилона Б с ионами кальция и магния.

Определение ионов железа

Оборудование и реактивы: 50% раствор KNCS, HCl-24%

Приближенное определение ионов Fe

Окрашивание, видимое при рассмотрение пробирки сверху вниз на белом фоне	Примерное содержание ионов железа Fe+3
Отсутствие Едва заметное желтовато-розовое Слабое желтовато-розовое Желтовато-розовое Желтовато-красное Ярко-красное	менее 0, 05 от 0, 05до 0, 1 от 0, 1 до 0, 5 от 0, 5 до 1, 0 от 1, 0 до 2, 5 более 2, 5

Определение

К 10мл исследуемой воды прибавляют 1-2 капли HCl и 0, 2 мл (4 капли) 50%-го раствора KNCS. Перемешивают и наблюдают за развитием окраски. Примерное содержание железа находят по таблице2. Метод чувствителен, можно определить до 0, 02 мг/л.
Fe³⁺ + 3NCS- = Fe(NCS)³

Определение сульфатов (качественное определение с приближённой количественной оценкой)

Оборудование и реактивы: Штатив лабораторный с пробирками, пипетки 5 и 10 см3 с делениями на 0, 1 см3, колбы мерные вместимостью 100, 500 и 1000 см3, пробирки колориметрические с притертой пробкой и отметкой на 10 см3, палочки стеклянные, воронки стеклянные, HCl(1:5), BaCl2. (5%), калий сернокислый, серебро азотнокислое, вода дистиллированная. Подготовка к анализу. Приготовление основного стандартного раствора серно­кислого калия: 0, 9071 г K₂SO₄ растворяют в мерной колбе вместимостью 1 дм³ в дистиллированной воде и доводят объем раствора дистиллированной водой до метки. 1 см³ раствора содержит 0, 5 мг сульфат-иона.

Приготовление рабочего стандартного раствора сернокислого калия

Основной раствор разбавляют 1 : 10 дистиллированной водой. 1 см³ раствора содержит 0, 05 мг сульфат-иона.

Приготовление 5 %-ного раствора хлористого бария

5 г ВаСl₂ растворяют в дистиллированной воде и доводят объем до 100 см³.

Приготовление 1, 7 %-ного раствора азотнокислого серебра

8, 5 г AgNO₃ растворяют в 500 см³ дистиллированной воды и подкисляют 0, 5 см³ концентрированной азотной кислоты.

Проведение анализа

В колориметрическую пробирку диаметром 14-15 мм наливают 10 см3 исследуемой воды, добавляют 0,5см³ соляной кислоты (1:5). Одновременно готовят стандартную шкалу. Для этого в такие же пробирки наливают 2, 4, 8 см³ рабочего раствора сернокислого калия и 1, 6; 3, 2; 6, 4 см³ основного раствора K₂SO₄ и доводят дистиллированной водой до 10 см³, получая таким образом стандартную шкалу с содержанием: 10, 20, 40, 80, 160, 320 мг/дм³ сульфат-иона. Прибавляют в каждую пробирку по 0, 5 см³ соляной кислоты (1:5), затем в исследуемую воду и образцовые растворы по 2 см3 5 %-ного раствора хлористого бария, закрывают пробками, перемешивают и сравнивают со стандартной шкалой.

Определение иона свинца (качественное)

Йод калий дает в растворе с ионами свинца характерный осадок PbI₂: Исследования производятся следующим образом. К испытуемому раствору прибавить немного KI, после чего, добавив CH₃COOH, нагреть содержимое пробирки до полного растворения первоначально выпавшего мало характерного желтого осадка PbI₂. Охладить полученный раствор под краном, при этом PbI₂ выпадет снова, но уже в виде красивых золотистых кристаллов Pb²⁺ +2I- . = PbI₂

Определение ионов меди (качественное)

В фарфоровую чашку поместить 3-5мл исследуемой воды, выпарить досуха, затем прибавить 1каплю конц. раствора аммиака. Появление интенсивно синего цвета свидетельствует о появлении меди

2Сu²⁺ +4NH₄. ОН = 2[Cu(NH₃)₄]²⁺ +4H₂O

Определение органических веществ в воде

Оборудование и реактивы: пробирки, пипетка на 2мл, HCl (1:3), KMnO₄

Определение: Наливают в пробирки 2 мл фильтрата пробы, добавляют несколько капель соляной кислоты. Затем готовят розовый раствор KMnO₄ и приливают его к каждой пробе по каплям. В присутствии органических веществ KMnO₄ будет обесцвечиваться. Можно считать, что органические вещества полностью окислены, если красная окраска сохраняется в течение одной минуты. Посчитав количество капель, которое потребуется для окисления всех органических веществ, узнаем загрязненность пробы[5]

Методы устранения жёсткости воды

Для избавления от временной жёсткости необходимо просто вскипятить воду. При кипячении воды гидрокарбонаты разлагаются с образованием осадка среднего или основного карбоната:

Ca(HCO₃)₂ = СаСО₃ + СО₂+ Н₂О,

Mg(HCO₃)₂ = Мg₂ (ОН) ₂ СО₃ +3СО₂ + Н₂О,

и жёсткость воды снижается. Поэтому гидрокарбонатную жёсткость называют временной.

Умягчить жёсткую воду можно и обработкой воды различными химическими веществами. Так, временную (карбонатную) жёсткость можно устранить добавлением гашеной извести:

Са²⁺ +2НСО^-₃ + Са²⁺ + 2ОН^- = 2СаСО₃+ 2Н₂О

Mg²⁺ +2НСО^-₃ + Са²⁺ + 4ОН^- = Mg(ОН) ₂+2СаСО₃+ 2Н₂О.

При одновременном добавлении извести и соды можно избавиться от карбонатной и некарбонатной жёсткости (известково-содовый способ). Карбонатная жёсткость при этом устраняется известью (см. выше), а некарбонатная - содой:

Са²⁺ + СО^2-₃ = СаСО₃ Mg²⁺ + СО^2-₃ = Mg СО₃

и далее Mg СО₃ + Са²⁺ + 2ОН^- = Mg(ОН) ₂+СаСО₃

Вообще, с постоянной жёсткостью бороться труднее. Кипячение воды в данном случае не приводит к снижению её жёсткости. [10]

Для борьбы с постоянной жёсткостью воды используют такой метод, как вымораживание льда. Необходимо просто постепенно замораживать воду. Когда останется примерно 10 % жидкости от первоначального количества, необходимо слить не замершую воду, а лёд превратить обратно в воду. Все соли, которые образую жёсткость, остаются в незамерзшей воде.

Ещё один способ борьбы с постоянной жёсткостью - перегонка, т.е. испарение воды с последующей её конденсацией. Так как соли относятся к нелетучим соединениям, то они остаются, а вода испаряется.

Также, чтобы избавиться от постоянной жёсткости, можно, например, к воде добавить соду:

СаСl₂ + Na₂CO₃ = CaCO₃ + 2NaCl.

В настоящее время для борьбы с жёсткой водой существуют и более современные способы, чем кипячение воды или вымораживание, например, установка фильтров-умягчителей. Они смягчают воду и в результате, она обладает лучшими вкусовыми качествами и более благоприятно воздействует на кожу человека.[4]

Способы очистки воды

Способы очистки воды сегодня, могут порадовать своим многообразием от почти бесплатных и народных до высокотехнологичных и дорогих.

 Очистка воды частичным замораживанием

 Очистка воды по принципу обратного осмоса

 Очистка воды озоном

 Очистка воды методом опреснения воды

Подбирая систему водоочистки для своего жилища, надо отдавать себе отчет в том, что вода будет использоваться как в хозяйственно-бытовых целях, так и для питья и приготовления пищи.

Такие системы подразделяют на те, которые устанавливаются там, где вода поступает в дом, и на те, которые ставятся в точке пользования, например, на кухне. Первые делают воду "хозяйственно-бытовой": с ней нормально работает стиральная машина, можно помыть посуду, ополоснуться под душем. Вторые - готовят питьевую воду.

Очистка воды частичным замораживанием

Метод очистки воды от растворенных в ней веществ весьма прост. Он основан на эффекте вымораживания примесей. Ведь при замерзании вода образует кристаллы чистого льда. А вот "рассол" с примесями остается в жидком состоянии и располагается в ячейках между кристаллами. Кроме того, "рассол" имеет больший удельный вес и постепенно проникает сквозь пористую массу кристаллов, собираясь в центральной и отчасти нижней зоне объема. Остается слить "рассол" в мойку, подождать, когда лед почти весь растает, выбросить оставшуюся сосульку и использовать совершенно чистую воду для приготовления пищи. Чистую талую воду можно пить.

Такой способ получения воды не требует особых расходов - подойдет обычный домашний холодильник с большой морозильной камерой.

В каждом доме найдется невысокая кастрюля объемом до 3 литров с широкой горловиной. Заполните ее на две трети водопроводной водой, прикройте крышкой, поставьте в морозильную камеру на подкладку из фанеры. Времени на замерзание примерно половины исходного объема воды потребуется около 12 часов. Это позволит повторить цикл в сутки еще раз и получить до 6 литров пресного льда, вполне достаточно для 3-4 человек. Еще удобнее использовать пластиковые бутылки из-под минеральной воды. Тогда можно получить гораздо больший объем талой воды, так как бутылки удобно размещать в морозильной камере.

Если же у вас есть время и желание получить и употреблять идеальную «живую» талую воду, есть рецепт для гурманов - поставьте контейнер в морозилку и подождите примерно час-два, пока сверху не образуется тонкий слой льда. Это так называемое место дейтерия, где скапливаются все возможные тяжелые элементы, его удаляют. Точно также и вынимайте воду чуть раньше, чтобы она замерзла не совсем. В центре бутылки остался небольшой участок незамерзшей воды, где концентрируются возможные примеси, ножом пробивают отверстие и эту воду тоже сливают, оставшийся лед растаивают и получают талую воду.

Исследовательская часть

Изучив способы очистки воды и методики определения химических показателей, я решила определить качественный состав примесей и проверить, насколько отличаются две пробы воды из одного колодца: сырая вода и размороженная ( талая) вода.

Для своих исследований я использовала воду из колодцев в деревне Новоселки (№1) и деревне Моствилишки (№2). Глубина обоих колодцев составляет более 8 метров. Было взято по три пробы воды из каждого колодца: первая проба в октябре, вторая и третья- в марте. Сразу отмечу, что весеннее таяние снега не повлияло на состав воды. Из каждой пробы было взято по два литра воды. Из них один литр был подвергнут заморозке, а потом оттаиванию. При этом строго соблюдались рекомендации по получению размороженной воды. В результате для исследований я имела обычную колодезную и размороженную воду.

С данными пробами были проведены следующие исследования.

I. Определены физические показатели воды:

1. Мутность

2. Прозрачность

3.Осадок

4.Запах

II Определены химические показатели воды:

1. Определение pH универсальным индикатором

2. Определение органических веществ в воде

3. Определение концентрации катионов железа

4. Определение сульфатов

5. Определение ионов свинца

6. Определение ионов меди.

7. Исследование осадка в пламени спиртовки.

III Определена масса осадка после кипячения

Физические показатели воды колодцев №1 и №2

1.Для определения мутности воду взбалтывают, наливают в пробирку так, чтобы высота воды была равна 10 см и рассматривают в проходящем свете. Мощность выражается в условных единицах: слабая, заметная, сильная.

Результат: Вода в обоих пробах не мутная

2.Определили прозрачность воды путем чтения шрифта через столб воды. На листок с шрифтом поставили стакан. Воду наливали в стакан постепенно, следя за четкостью шрифта до тех пор, пока буквы станут плохо различимы. Высота столба воды, налитой в цилиндр, выраженная в сантиметрах, явилась показателем прозрачности.

Результаты: Вода в обоих пробах прозрачна. Высота столба воды равна высоте стакана -15 см

4.Осадок воды обусловлен оседанием взвешенных частиц, которые имелись в воде. Описывается осадок после отстоя воды как ничтожный, незначительный, заметный, большой.

Результаты: В обоих пробах осадка нет.

5.Определили запах воды. Запах определяется при комнатной температуре и при нагревании до 50^о – 60°С. Характеризуя качество (гнилостный, болотный, землистый …) силу запаха определяют по пятибалльной шкале:

Результаты: В обоих пробах запах не ощущается (0 баллов).

Таким образом, по физическим свойствам колодезная и размороженная вода не отличаются.

Химические показатели колодезной воды:

1.  Показатель рН

Пробы №1, №2 - рН равен 7

2.  Определение органических веществ в воде

Обе пробы отрицательны

3.  Определение концентрации катионов железа

Обе пробы (колодец №1 и 2)- незначительное изменение окраски раствора, что свидетельствует о присутствии ионов железа

4.Определение сульфатов

Незначительное помутнение раствора, что свидетельствует об образовании осадка сульфата бария, а значит, о наличии сульфат- ионов в воде.

5.Определение ионов свинца

Обе пробы отрицательны

6.Определение ионов меди.

Обе пробы отрицательны

7.Исследование осадка в пламени спиртовки.

Пламя окрасилось в кирпично- красный цвет, что свидетельствует о присутствии кальция в воде в виде солей, которые обеспечивают жесткость воды.

В талой воде результаты опытов 3 и 4 отрицательны.

Определение массы осадка в колодезной воде и размороженной воде

Колодец №1: проба №1 - колодезная вода, проба №1а – талая вода

Колодец №2: проба №2- колодезная вода, проба № 2а – талая вода

Все пробы прокипятила, дала осадку отстояться, а затем выпарила раствор и взвесила осадки.

Масса осадка, полученного при кипячении колодезной воды

Проба №1 -0,150г

Проба №2 – 0,130г

Масса осадка, полученного при кипячении размороженной воды

Проба №1а- 0,03г

Проба №2а- 0,02 г

Разница в массе осадка составила

1.  0.150: 0.03=5

2.  0,130: 0,02 =6,5, в среднем масса осадка в талой воде в 6 раз меньше массы осадка в колодезной воде

К осадку я добавила соляной кислоты, началось бурное выделение газа, что характерно для карбонатов, следовательно, осадок состоит из карбонатов кальция и магния.

Выводы и рекомендации

 

Проблема качества питьевой воды затрагивает очень многие стороны жизни человеческого общества в течение всей истории его существования. В настоящее время питьевая вода - это проблема социальная, политическая, медицинская, географическая, а также инженерная и экономическая. Без всякого преувеличения можно сказать, что высококачественная вода, отвечающая санитарно-гигиеническим и эпидемиологическим требованиям, является одним из непременных условий сохранения здоровья людей. Но чтобы она приносила пользу, ее необходимо очистить от всяких вредных примесей и доставить чистой человеку.

Проведенные мною исследования показали наличие в колодезной воде примесей, которые можно удалить путем замораживания воды и получения талой воды. Талая вода пригодна для питья в сыром виде. При кипячении талая вода теряет свои чудесные свойства, но является очень чистой водой. Такую воду можно использовать для приготовления чая, пищи и особенно для приготовления детского питания.

 

Выводы:

1. В размороженной (талой) воде содержится примесей меньше, чем в колодезной: масса осадка, образуемого после кипячения размороженной воды, в среднем в 6 раз меньше, чем при кипячении колодезной воды.

2. Приготовить размороженную воду можно в домашних условиях.

3. Заморозку можно использовать как способ очистки воды в домашних условиях.

Список используемой литературы

Кочергин Б.Н. Химический словарь школьника. - Минск: «Народная асвета», 1990г.

Потапов В.М., Хомченко Г.П. Химия. - М.: «Высшая школа», 1982г.

Скоробогатов Г.А., Калинин А.И. Осторожно! Водопроводная вода! Ее химические загрязнения и способы доочистки в домашних условиях - СПб.: Изд-во С.-Петерб. ун-та, 2003.)