90925

Вивчення якості питної води за фізико-хімічними показниками. Дослідження рН-характеристпк природних розчинів. Вплив показника рН на життєдіяльність людини

Лабораторная работа

Экология и защита окружающей среды

Вода - найбільш поширена речовина на Землі. Вона покриває приблизно 3/4 земної поверхні. В морях і океанах знаходиться майже 98% загальної кількості води. Запаси прісної води складають приблизно 2,5% всієї кількості води.

Украинкский

2015-07-10

78.47 KB

0 чел.

Лабораторно-практичне заняття № 3

Тема. Вивчення якості питної води за фізико-хімічними показниками.  Дослідження рН-характеристпк природних розчинів. Вплив показника рН на життєдіяльність людини. 

Мета роботи:

а) вивчити і засвоїти методи і прилади контролю фізико-хімічних показників питної води суспільно-побутового призначення; провести дослідження показників якості води;

б) засвоїти навчальний матеріал про залежність здоров’я людини від якості питної води;

в) з’ясувати вплив показника рН на життєдіяльність людини;

г) виміряти активність іонів водню природних розчинів.

Лабораторне та методичне забезпечення:

прилад «рН-метр учбовий» із технічним паспортом, дві ємності з водою (дистильованою й водопровідною), датчик рН з комплектом навчального обладнання «L-мікро» (інтерфейсний блок, комп’ютер тощо), навчально-методичні посібники.

Теоретичні відомості

Вода - найбільш поширена речовина на Землі. Вона покриває приблизно 3/4 земної поверхні. В морях і океанах знаходиться майже 98% загальної кількості води. Запаси прісної води складають приблизно 2,5% всієї кількості води.

Вода входить у склад любої живої істоти. Так, тіло людини складається з води приблизно на 70...75 %, в крові людини знаходиться приблизно 80%, в мускулах – 35%, в кістяку – 25% води. Організми риб містять до 80% води, в овочах міститься 60...80% води. Без води не може прожити ні одна жива істота. Якщо організм людини губить 12% вологи від маси тіла, наступає смерть. Величезна кількість води необхідна для рослин. Так, одне велике дерево влітку бере із ґрунту і випаровує за добу 50...70 відер води.

Чиста вода представляє собою прозору рідину без смаку і запаху. В тонких шарах вона безкольорова, а в товстих має голубуватий відтінок. Вода – єдина сполука на планеті, яка в земних умовах температури і тиску може знаходитися в трьох агрегатних станах: в виді льоду, рідини і пари. Вода являється еталоном фізичних констант для всіх інших речовин. Так, температура танення льоду за нормального атмосферного тиску 760 мм. рт. ст. прийнята за нуль, а температура кипіння води за цим же тиском – за 1000С. Вода має найбільшу теплоємність порівняно з іншими рідинами і твердими речовинами. Теплоємність води прийнята за одиницю (теплоємність спирту 0,3; піску 0,2; заліза 0,1). Вода має дуже велику теплоту випаровування, великий поверхневий натяг, високу діелектричну проникність. Вода являється досить інертним розчинником багатьох органічних і неорганічних речовин. Вона широко використовується в техніці, як розчинник і реагент при багатьох хімічних процесах, для охолодження і інших цілей.

Питна вода – найважливіший фактор здоров’я людини. В крани міських квартир питна вода потрапляє з річок, водосховищ, озер, з підземних глибин. Найчистіша – підземна вода (особливо артезіанська). Але цієї води для великих міст не вистачає.

За даними ВООЗ, вода може містити до 13 тис. токсичних речовин, водою передається до 80% усіх захворювань, від яких у світі щорічно вмирає 25 млн. осіб. Вода містить велику кількість різних мінеральних і органічних домішок. Мінеральні домішки – це частини піску, глини, кварцу, інертного пилу, карбонатів металів, розчинені в воді солі, кислоти, луги. Органічні домішки – це нафта, нафтопродукти (гас, бензин, різні масла і ін.), продукти життєдіяльності живих організмів, продукти розкладу деревини, частинки торфу, вугілля, сланців і інші речовини.

Вода містить мікро- і макроелементи, гази, колоїдні частинки та живі мікроорганізми. Основні компоненти питної води – гідрокарбонатні та сульфатні солі кальцію, магнію і натрію. З мінералів у воді є кремній, фтор, стронцій, цинк, з мікроелементів – залізо і калій. Вміст цих речовин не повинен перевищувати ГДК.

Частки ґрунту і все, що може гнити, вносять в воду органічні сполуки. Щоб природна вода була придатна для вживання, вона проходить очищення та знезараження на водопровідних станціях. Способи очищення забруднених вод – це механічні, фізичні, фізико-механічні, хімічні, фізико-хімічні, біологічні та комплексні. Після механічних, хімічних та фізико-хімічних методів очищення стічні води підлягають біологічному очищенню (мікроорганізмами), яке здійснюється в біофільтрах, в аеротенках, в біотенках. Після очищення у воді можуть знаходитись різноманітні віруси та бактерії (вірус гепатиту, дизентерійні бактерії, збудники черевного тифу, вірус поліомієліту). Знешкодити мікроорганізми, які залишились, можна наступними способами:

  1.  термічним (воду скип’ятити);
  2.  за допомогою сильних окисників (наприклад, хлору, озону, марганцевокислого калію);
  3.  впливом іонів благородних металів (срібла);
  4.  фізичними методами (за допомогою ультрафіолетових променів або ультразвуку).

В Україні всі поверхневі, а в окремих районах і підземні води за рівнем забруднення не відповідають вимогам стандарту до джерел водопостачання. Питна вода – першопричина виникнення багатьох інфекційних захворювань, зокрема вірусного гепатиту В. Внаслідок хлорування в питній воді утворюються хлорорганічні сполуки, наприклад, вміст хлороформу перевищує в 1,5-2 рази за норму, рекомендовані ВООЗ. У питну воду потрапляють іони важких металів, сполуки фосфору і сірки, пестициди, нітрати, нітрити тощо. На сьогодні відомо близько 100 хвороб, які дарує нам питна вода.

Приблизно в 66% свердловин, з яких добувають питну воду, вода містить підвищену кількість заліза, марганцю, сірководню, сульфідів, сульфатів, хлоридів, карбонатів та інших домішок, що вимагає додаткового очищення цієї води. Артезіанська вода є умовно питною й може служити лише додатковим джерелом водопостачання.

Для поліпшення якості питної водопровідної води використовують фільтри, але лише деякі з них здатні зробити воду максимально безпечною. Універсальних фільтрів, здатних повністю очистити воду від усіх шкідливих домішок, просто не існує. І в той же час фільтри стали предметом першої необхідності.

Для характеристики якості питної води, придатності її для споживання велике значення мають такі фізичні показники як температура, органолептичні властивості, вміст різних домішок, мутність (або прозорість), забарвленість та такі хімічні показники як твердість (жорсткість), кислотність, вміст нітратів та нітритів.

Температура води. Температура природної води залежить від її походження. Вода підземних джерел відрізняється постійністю температури, причому із збільшенням води сезонні коливання температури зменшуються. Температура води відкритих водоймищ (річок, ставків, озер) значно змінюється, що пов'язано із нагріванням і охолодженням водоймищ. Крім сезонних змін, температура води в окремих місцях відкритих водоймищ можна змінюватись внаслідок протікання процесів гниття і надходження в водоймища підземних вод. Оптимальна температура води для питних потреб 7...11 0С. Така вода найбільш приємна на смак. Вода, температура якої перевищує 15 0С (при недостатньому вмісті газів), має неприємний смак, не вгамовує спрагу.

Органолептичні властивості води (запах, смак, присмак)

Запах і смак природної води залежить від температури, вмісту газів, які насичують воду, хімічного складу, домішок. По смаку вода може бути солоною, солодкою, кислою, гіркою. Гіркий смак обумовлений підвищеним вмістом сульфату магнію, солоний - хлориду натрію. Інші види смакових відчуттів називаються присмаками. Запах і присмак води може бути обумовлений також наявністю сірководню і деяких солей. Так, солі заліза і марганцю надають воді чорнильний і металічний присмак, сульфат кальцію - в'яжучий. Велику роль у формуванні запаху і присмаку природної води відіграє її органічний склад і наявність різних специфічних органічних сполук.  

Важливим показником якості води являється мутність (або прозорість), яка залежить від вмісту глини, піску, мулу, органічних речовин. Мутність води визначається мутномірами. Суть методу заключається в порівнянні мутності досліджуваної води з еталонами, які приготовлені з каоліну. Для цього світло синьої лампи пропускають знизу вверх через плоске дно скляних циліндрів з водою (довжина 750 мм; діаметр 50 мм) при односторонньому боковому освітленні їх білим світлом лампою потужністю 300 Вт. Мутність виражається в мг/л.

Вміст плаваючих речовин в воді (тобто їх концентрація, виражена в мг/л) характеризується прозорістю. Прозорість представляє собою максимальну товщину шару води, яка налита в циліндр, через який можна прочитати стандартний типографський шрифт Снелліна або роздивитися хрест, накреслений чорними лініями товщиною 1 мм з 4 крапками між ними. В з’вязку з цим розрізняють прозорість за “шрифтом” і за “хрестом”. Прозорість води визначають в сантиметрах.

Забарвленість - це колір, який може мати природна вода. Тонкі шари чистої води не мають кольору, товсті мають блакитний відтінок. Інші відтінки свідчать про наявність у воді різних розчинених і плаваючих домішок. Наприклад, колоїдні сполуки заліза надають воді відтінки від жовтуватого до зеленого.

До хімічних показників якості води відносять кислотність (або лужність), вміст розчинених газів, заліза, хлоридів, сульфатів, солей твердості (жорсткості), азотвмісних речовин, а також її окисленість.

Кислотність (або лужність). Дуже важливим показником якості води являється її кислотність (або лужність), яка характеризується концентрацією іонів водню. При дисоціації води утворюються іони Н+ і ОН-: Н2О = Н+ + ОН-

Значення водних ресурсів планети для життєдіяльності людини та загальні вимоги до якості питної води: наша планета містить близька 16 м3  води, що становить 25 % її маси, біля 80 % води знаходиться в мантії Землі. Підземна частина гідросфери охоплює ґрунтові, підґрунтові, міжпластові води й води карстових порожнин у легко розчинних гірських породах, зокрема вапняках, гіпсах і т. п.

У теперішній час водним ресурсам загрожує вичерпування та псування. Людство майже повністю залежить від поверхневих вод суші – річок та озер. Ця мізерна частина водних ресурсів підлягає найбільш інтенсивному впливу. Вода річок та озер покриває потреби людства у питній воді, використовується для зрошення у сільському господарстві (73 % всієї питної води), витрачається в промисловості, зокрема для охолодження АЕС та ТЕС. Споживання води постійно збільшується, і одна з небезпек – зменшення її запасів.

Для значної частини живих організмів вода (Н20) є середовищем зародження й розвитку. Вода у біосфері перебуває у безперервному русі, бере участь у геологічному та біологічному кругообігу речовин. Вода є основою існування життя на Землі, без неї не може існувати наша цивілізація, бо людина використовує воду як для пиття, так і для забезпечення своїх санітарно-гігієнічних і господарсько-побутових потреб. Ця хімічна сполука входить до складу живих тканин, продуктів харчування, ґрунтів, гірських порід тощо.

Отже, значення належного стану гідросфери для життєдіяльності людини і всього живого на нашій планеті важко переоцінити. З одного боку, вода — фізіологічно й гігієнічно необхідний елемент, а з іншого — вона може стати джерелом хвороб і порушень здоров’я людини. Це, у першу чергу, може бути пов’язано зі зміною складу, якісного показника води або недостатньою її кількістю.

У хімічно чистому вигляді води в природі не буває, бо вона є універсальним розчинником практично всіх речовин у рідкому, твердому та газоподібному стані. Забруднення джерел водопостачання спричиняють стічні побутові та промислові води, стікання дощових і талих вод з сільськогосподарських полів тощо. Вода забруднюється такими речовинами; відходами, що поглинають кисень; отруйними речовинами (пестицидами, гербіцидами); нафтою й нафтопродуктами; відходами органічного синтезу (мийними речовинами); радіоактивними та хімічними речовинами. Окрім цього, забруднення може бути тепловим, наприклад, від гарячих стоків промислових підприємств.

Основні показники якості питної води регламентуються державними стандартами і санітарно-гігієнічними вимогами. Показники хімічного складу води визначаються нормами вмісту — гранично допустимими концентраціями (ГДК) речовин, які з’явилися у воді внаслідок природного, промислового, сільськогосподарського й комунально-побутового забруднення.

Існує три стадії забруднення природних вод:

  1.  1 стадія. Концентрація забруднювачів у воді вища за фонову, але менша за ГДК. Основні властивості води знаходяться у межах норми. Наявність деякого забруднення не є перешкодою для використання води у побуті, сільському господарстві й на виробництвах.
  2.  2 стадія. Концентрація забруднювачів досягає небезпечного рівня для здоров’я людини (досягає або перевищує ГДК). Використання води обмежується.
  3.  3 стадія. Концентрація забруднювачів надзвичайно небезпечна (значне перевищення ГДК), що робить воду непридатною до використання.

Установлені гранично допустимі концентрації обмежують загальну мінералізацію води, вміст хімічних речовин, загальну жорсткість і рН.

Загальні вимоги до питної води:

  1.  Вода не повинна містити токсичні, радіоактивні та інші шкідливі для здоров’я людини речовини.
  2.  Вміст у воді мінеральних речовин і мікроелементів повинен відповідати фізіологічним потребам організму.
  3.  За своїми органолептичними властивостями (наявність запаху, присмаку, забарвлення тощо) вода повинна задовольняти смакові потреби населення.

Вплив показника pH на життєдіяльність людини

Техногенне забруднення довкілля суттєво впливає не лише на склад атмосферного повітря, але й на процеси кругообігу енергії й речовин у природі. Зокрема зміна хімічного складу повітря внаслідок діяльності людини та процеси кругообігу води у природі спричиняють виникнення феномену «кислотних дощів». Це явище було відкрито понад сто років тому А. Смітом, який виявив залежність між рівнем забруднення атмосферного повітря й кількістю опадів. Незабруднені опади самі по собі мають кислу реакцію (pH = 5,5–6,0). Значне забруднення атмосфери сірчистим ангідридом, окислами азоту, сполуками хлору й фтору призводить до більшої кислотності. На окремих територіях США, Європи середньорічна кислотність опадів не перевищує 4,0-4,5, що прирівнюється до слабких розчинів кислот. У деяких регіонах земної кулі реєструються опади з pH ==3,8.

Збільшення вмісту кислих іонів і постійне вимивання лужних катіонів призводить до того, що буферна система рослин руйнується і кислотність ґрунтів збільшується.

Токсична дія аерозолю сірчаної кислоти на організм людини особливо посилюється у хмарну погоду. Розчин сірчаної кислоти у вигляді крапель туману тримається у повітрі або разом із дощем випадає на землю. Сірчана кислота роз’їдає метал, тканини, бетон, фарби, негативно впливає на все живе; на підкислених ґрунтах знижується врожайність, а зростання кислотності у водоймах призводить до загибелі всього живого. Наприклад, при pH = 4,5 гинуть усі риби, земноводні, комахи, а на дні розвиваються гриби й бактерії –анаероби, внаслідок життєдіяльності яких виділяється вуглекислий газ, метан і сірководень.

Дія забрудненого повітря й води на організм людини проявляється в загальному погіршенні здоров’я людини, зниженні імунітету, появі головного болю, відчутті слабкості, зниженні продуктивності праці тощо. У районах із сильним забрудненням атмосферного повітря й води рівень захворюваності населення на бронхіти у 3-5 разів пневмонією в 2-3, плевритом у 3-4 рази вищий, ніж у населення інших районів.

Сутність показника рН і методи його визначення

Водневим показником рН називається десятковий логарифм концентрації водневих іонів, взятий із протилежним знаком:

рН = lg[Н+] або [Н+] = 10-рН, (3.1)

де

 +] – концентрація іонів водню, г-іон/л (моль/л).

У свою чергу гідроксильним показником рОН називається від’ємний десятковий логарифм концентрації гідроксильних іонів, також узятий із протилежним знаком:

рОН = -lg [ОН-] або [ОН-] = 10-рОН, (3.2)

де

 [ОН-] — концентрація гідроксильних іонів, г–іон/л.

Величини рН і рОН кількісно характеризують кислотність і лужність розчину. Якщо кажуть, що розчин кислий або лужний, то це є лише якісною оцінкою кислотності чи лужності. Знаючи значення рН і рОН, можна стверджувати, на скільки розчин кислий або лужний, тобто дати кількісну оцінку кислотності чи лужності розчину. Наприклад, розчин із рН = 2 містить водневих іонів 10-2 г–іон/л, що відповідає кислотності 0,01 М (молекулярного розчину) НС1 або іншої сильної кислоти, а розчин із рН = 3 містить їх 10_3 г–іон/л, що відповідає кислотності 0,001 М розчину НСІ. Очевидно, що перший розчин у 10 разів більш кислий, ніж другий.

До такого уявлення прийшли на підставі того, що вода є слабким електролітом і дуже незначна частина її молекул дисоціює на іони Н+ і ОН“, які знаходяться в рівновазі з недисоційованими молекулами:

Н2  Н+ + ОН-.                                                               (3.3)

Концентрацію іонів зазвичай виражають у грам-іонах на 1 л розчину і позначають за допомогою квадратних дужок. Так, грам-іон водню дорівнює 1 г, а грам-іон гідроксилу – 17 г.

У воді, як видно з рівняння дисоціації, концентрації іонів водню [Н+] й іонів гідроксилу [ОH] однакові. Добуток концентрації іонів водню та іонів гідроксилу у воді називають іонним добутком води – Кв, При певній температурі Кв є сталою величиною. Числове значення її при 22 °С дорівнює 10-14:

+]•[ОН-] = 10-7-10-7 =10-14 (3.4)

При підвищенні температури Кв дещо збільшується, а під час пониження – зменшується.

Оскільки добуток [Н+] і [ОН-] дорівнює сталій величині, в будь-якому водному розчині концентрація іонів водню й концентрація іонів гідроксилу не може дорівнювати нулю. Будь-який водний розчин кислоти, основи або солі містить як Н+-іони, так і ОН--іони. Зокрема для чистої води:

+] = [ОН-] = 10-7 г-іон/л. (3.5)

Якщо до неї добавити кислоти, то [НҐ] буде >10'7, а [ОН"]<10_7 г-іон/л і навпаки., Зі сталості добутку +] і [ОН“] випливає, що при збільшенні концентрації одного з іонів води відповідно зменшується концентрація другого іона.

Поняття pH зручно застосовувати для характеристики реакції різних розчинів: нейтральна – pH=7, кисла -  pH < 7, лужна - pH>7.

Таким чином, для:

  1.  нейтральних розчинів [H+]=[OH+]=10-7, pH=pOH=7
  2.  кислотних розчинів [H+]>10-7, pH<7, pOH>7
  3.  лужних розчинів             [H+]<10-7, pH>7, pOH<7

Наприклад, показники рН деяких відомих розчинів мають таке значення: шлункового соку дорівнює 1,7 (сильнокисла реакція); торф’яної води – 4 (кисла реакція); дощової води – 6 (слабокисла реакція); водопровідної води (згідно з санітарними нормами) – 7,5 (слабко- лужна реакція); крові – 7,1 (слабколужна реакція); слини – 6,9 (слабокисла реакція); сліз – 7 (нейтральна реакція).

Для нормального розвитку сільськогосподарських культур і одержання високих урожаїв також необхідна певна реакція ґрунтового розчину. Залежно від величини рН ґрунтового розчину, ґрунти поділяються на шість груп: сильнокислі ґрунти (рН = 3-4); кислі ґрунти (рН = 4-5); слабокислі ґрунти (рН = 5-6); нейтральні ґрунти (рН = 6-7); слабко- лужні ґрунти (рН = 7,1-8); сильнолужні ґрунти (рН = 8-9).

Практика показує, що найчастіше на розвиток рослин негативно впливає підвищена кислотність. Для її усунення застосовується вапнування ґрунтів – внесення в них вапняків, зокрема карбонатів кальцію або магнію.

Якщо ґрунти мають підвищену лужність (солонцюваті й солончакові ґрунти), то для її усунення проводять гіпсування ґрунтів розмеленим гіпсом.

Існує два основних методи визначення показника рН різноманітних розчинів.

Індикаторний метод. Визначення показника рН цим методом ґрунтується на тому, що індикатори змінюють своє забарвлення при різних значеннях показника, зокрема: метилоранж – при рН = 4,4; лакмус – при рН = 7; фенолфталеїн – при рН = 9 тощо.

Метод потенціометра ґрунтується на вимірюванні потенціалів водневого, гіпгідронного та скляного електродів, які перебувають у стані рівноваги з іонами гідрогену. Для цього використовують рН-метри.

4.Опис приладу «рН-метр учебовий»

4.1 Будова рН-метра та його конструктивні особливості. Цей прилад, зовнішній вигляд та органи керування якого зображено на рис. 3.1 і 3.2, призначений для вимірювання активності іонів водню й температури розчинів, які потрібно дослідити.

Рис. 3.1

Зовнішній вигляд

рН-метра

Конструктивно прилад виготовлено у вигляді переносного пристрою з автономним живленням і цифровим рідиннокристалічним індикатором. У верхній частині корпусу розташовані два гнізда для з’єднання з датчиками pH і температури. У нижній частині корпусу знаходиться відсік для встановлення елементу живлення типу «Крона» або іншого з напругою 9 В. З лівого боку на корпусі розташовані кнопки вимикання живлення й вибору режимів роботи.

Для проведення калібрування рН-метра з правого боку містяться отвори під викрутку. Датчик температури розташований у циліндричному фторпластиковому корпусі пристрою. Як датчик температури використовується скляний комбінований електрод типу ЕСК – 10601/7. У верхній частині електрода під захисною поліетиленовою трубкою знаходиться отвір для заливання електроліту.

4.2 Технічні характеристики рН-метра

Діапазон вимірювання рН  …………………………………………… 1-12 рН

Розчин-електроліт хлорного калію з концентрацією……………….. 3 мол/л

Точність вимірювання………………………………………………… 0,01 рН

Похибка вимірювання рН без урахування компенсації:

в діапазоні +20...+30 °С................………………………… не більше, ніж ±0,1 рН

в діапазонах +15...+20 °С і +30...+40 °С………………… ....не більше, ніж ±0,2 рН

в діапазонах +5...+ 15 °С і +40...+45 °С …………………….не більше, ніж ±0,3 рН

Діапазон вимірювання температури розчинів………………………... 0 °С...+50 °С

Похибка вимірювання температури…………………………. не більше, ніж ±1 °С

Рис. 3.2

Будова й розташування органів керування рН-метра:

1корпус рН-метра; 2датчик температури; 3датчик рН; 4потенціометри для калібрування: а) зміщення нуля, б) рН, в) температури; 5кнопка вимикання приладу;

6кнопка для зміни режимів вимірювання

4.3 Підготовка приладу до роботи. Перед початком роботи необхідно переконатися у наявності електроліту в електроді, відсутності смужки, що використовується під час консервування приладу, та відсутності механічних пошкоджень електрода й з’єднувального кабелю. Потім робочу мембрану електрода потрібно опустити в розчин соляної кислоти концентрацією 1 моль/л і витримати не менше 8 годин. Перед початком вимірювань необхідно зняти пробку зі зливного отвору. Рівень електроліту в електроді повинен перевищувати рівень рідини у вимірювальній склянці.

Після цього переходять до наступного етапу – калібрування приладу.

Примітка 3.1. Підготовка приладу до роботи та його калібрування проводиться навчально-допоміжним персоналом у відповідності до рекомендацій, наведених в інструкції (технічному паспорті) до приладу, та пунктів 4.3 і 4.4.

Примітка 3.2. Значення рН залежить від температури розчину.

4.4 Калібрування приладу. Загальні відомості про буферні розчини. Для калібрування рН-метра необхідно підготувати два еталонних буферних розчини: рН = 1,65 і рН = 9,18. Калібрування потрібно проводити при температурі розчинів +25 ± 3 °С. Під час перемішування розчинів забороняється доторкатися скляним електродом до стінок вимірювального стакана.

Увімкнути прилад і встановити режим вимірювання рН. З’єднати електрод із відповідним гніздом на корпусі приладу й опустити його в розчин із рН = 1,65, потім перемішати розчин і витримати 2-3 хвилини. Регулювальним гвинтом потенціометра (поз. 4а), встановити покази приладу на позначці «0,00». Промити електрод дистильованою водою, висушити фільтрувальним папером і помістити його в розчин із рН = 9,18. Потім перемішати рідину і зачекати 2–3 хвилини. Поступово обертаючи гвинт потенціометра (поз. 46), встановити на індикаторі покази «7,53». Якщо використовується буферний розчин із рН = 1,68, то необхідно встановити покази «7,5». Потім, обертаючи гвинт (поз. 4а), встановити покази приладу на позначці «9,18». Після цього потрібно перевірити покази приладу у будь-якому з розчинів у діапазоні від 1 до 12 рН. При відхилені показів більше, ніж на ±0,05 рН, калібрування приладу слід повторити.

Установити режим вимірювання температури, з’єднати датчик температури з відповідним гніздом і опустити датчик та еталонний електрод температури у ємність із водою, в якій проводиться вимірювання.

Розведення розчину не впливає на його рН, оскільки він залежить лише від співвідношення концентрації солі (Ссолі) та кислоти кислоти) і не залежить від ступеня розведення, що підтверджується формулою:

pH = рКкислоти+                                        (3.6)

де

 рКкислоти=-lgКдис..  Якщо Скислотисолі , то рН=рКкислоти

Зміна співвідношення концентрацій кислоти та її солі дає змогу приготувати буферні розчини із заданими значеннями рН. Для лужного буферного розчину рН обчислюють із рівняння:

рН = 14 - рКосн - ;  РН=14-рКосн-lg (3.7)

Найважливішою характеристикою буферного розчину є його буферна ємність, що визначається кількістю кислоти або лугу, яку потрібно додати до 1 л цього розчину для зміни показника рН на одиницю об’єму. Максимальну ємність мають концентровані розчини з однаковими концентраціями кислоти (лугу) та солі.

4.5 Особливості безпечного експлуатування рН-метра. Вимірювання значення рН розчину здійснюється автоматично. Для цього потрібно занурити електрод у розчин, який досліджується.

Глибина занурення електрода у розчин під час вимірювання рН повинна становити не менше, ніж 16 мм.

Рівень електроліту в електроді при вимірюванні рН повинен знаходитися вище рівня розчину, який аналізується.

Не допускається застосування електрода у розчинах, які мають осад і плівку на поверхні.

Забороняється експлуатація й зберігання електрода без електроліту.

Не дозволяється доторкатися до робочої мембрани електрода. При необхідності потрібно протерти мембрану зволоженим фільтрувальним папером.

Час, необхідний для вимірювання значення рН залежно від концентрації розчину, становить від 2 до 15 хвилин.

При зміні температури розчину час установлення показів приладу становить одну хвилину.

Якщо індикатор живлення приладу сигналізує про розряд елементу живлення, то його необхідно замінити.

5. Датчик вимірювання рН

Датчик рН слугує для перетворення значення водного середовища в електричний сигнал постійного струму і використовується для вимірювання в рідких розчинах при проведенні демонстраційних експериментів і дослідницьких робіт у загальноосвітніх школах та вищих професійних навчальних закладах.

5.1 Будова датчика та проведення вимірювань. Датчик складається зі скляного комбінованого електрода у пластмасовому корпусі і пристрою узгодження з комп’ютером (рис. 3.3 ).

Для проведення вимірювань датчик рН з’єднується з першим або другим каналом вимірювального блоку «L-мікро» (рис. 3.4). Потім обрати в головному меню програми «L-demon.eхе» розділ «Датчики», а після цього –  розділ «pH-метр».

Рис. 3.3

Датчик для вимірювання рН:

1отвір для електроліту;

2максимальний рівень електроліту;

Зпотенціалоутворювальний елемент електрода;

4мінімальний рівень електроліту

Перед початком роботи необхідно витягнути електроди з упаковки та впевнитися у відсутності механічних пошкоджень електрода і з’єднувального кабеля. Потім зсунути вниз захисний поясок, котрий закриває отвір для заливки. Заповнити електрод електролітом до потрібного рівня з ємності, що входить до комплекту, і закрити отвір захисним пояском. Помістити робочу мембрану (кульку) електрода в розчин НСІ з концентрацією 0,1 моль/л і витримати не менше 8 годин.

Перед початком вимірювання pH отвір для заливки обов’язково відкривають. Глибина занурення електрода в розчин при вимірюванні pH повинна бути не меншою, ніж 12 мм. Рівень електроліту в електроді необхідно постійно підтримувати не нижчим, ніж на позначці «4». При необхідності електроліт доливають в електрод через отвір.

Примітка 3.3. Для заповнення електрода необхідно використовувати тільки розчин КСІ з концентрацією 3 моль/л. Використання інших електролітів не допускається!

5.2 Технічні характеристики

Діапазон вимірювання             0-12 рН

Похибка вимірювання             +0,2 рН

Діапазон робочих температур            0..+45оС

Час установлення вихідного сигналу  не більше, ніж3 хв.

5.3 Правила техніки безпеки

Під час проведення вимірювань рівень електроліту в електроді

повинен знаходитися вище рівня розчину, що досліджується.

Не допускати використання електрода в розчинах, які містять фторид-іони та речовини, що утворюють осади й плівки на поверхні електроліту.

У проміжку між використаннями електрод необхідно зберігати в розчині КСІ.

Завдання до виконання роботи

  1.  Опрацювати теоретичні відомості лабораторно-практичного заняття та рекомендовану літературу за темою.
  2.  Визначити показник pH води у різних ємностях спочатку за допомогою вимірювача pH, а потім за допомогою датчика pH. Дослід повторити декілька разів і знайти середнє значення для обох випадків.
  3.  Отримані результати порівняти, оформити у вигляді табл. 1.1 і зробити висновки, використовуючи шкалу на рис. 3.4
  4.  Створити навчальний алгоритм і структурно-логічну схему вивчення поняття «забруднення питної води».

РН

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

Реакція розчину  сильнокисла      слабокисла                слабколужна     сильнолужна

                                                                  нейтральна

Рис. 3.4 Шкала для визначення кислотно-лужного балансу природних розчинів

Таблиця 1.1

Результати дослідної роботи

досліду

Значення pH

дистильована вода

водопровідна вода

вимірювач

датчик

вимірювач

датчик

1.

2.

3.

Середнє

значення

Контрольні питання

  1.  Що собою представляє чиста вода?
  2.  Які основні компоненти входять в склад питної води?
  3.  Якими способами можна знешкодити мікроорганізми?
  4.  Які фізичні показники характеризують якість води?
  5.  Як оцінюється вода за запахом і смаком?
  6.  Як визначається прозорість води? Назвіть нормативне значення показника прозорості.
  7.  Як впливає гідросфера на життєдіяльність людини?
  8.  Чому існує проблема нестачі води у той час, коли вона займає близько 70 % площі Землі?
  9.  Які вимоги до якості питної води?
  10.  Пояснити сутність показника рН.
  11.  Якими нормативними документами контролюється показник рН питної води?
  12.  Джерела забруднення питної води й види забруднення.
  13.  Пояснити способи очищення забруднених вод.
  14.  Як впливає показник рН природних розчинів (води, ґрунтів тощо) на життєдіяльність людини?
  15.  Якими методами визначають показник рН природних розчинів? Який з розчинів є більш кислим: рН = 7,4 чи рН = 7,0?
  16.  Який порядок проведення вимірювання за допомогою рН-метра. Правила техніки безпеки під час роботи із рН-метром.
  17.  Які особливості вимірювання показника рН досліджуваного розчину за допомогою датчика рН і комплекту «L-мікро»1 Чи можна визначити похибку вимірювання показника рН досліджуваних розчинів?