Электропроводность воды для химических анализов

Добрый день!
Подскажите, существует ли какой либо теореточеский метод определения проводимости воды с растворенными в ней соединениями, если известна исходная проводимость воды и точное количественное содержание растворенных в воде соединений.

Точный расчет удельной электропроводности производят по специальным эмпирическим формулам с использованием откалиброванных растворов хлористого калия с заранее известной величиной УЭП. Измеренную величину принято отображать с использованием единицы измерения Сименс, 1 См обратен 1 Ом. Причем для соленой воды результаты исследований отображаются См/м, а пресной воды – в мкСм/метр, то есть в микросименсах. Измерение электропроводности водных растворов дает для дистиллированной воды величину УЭП от 2 до 5 мкСм/метр, для атмосферных осадков величину от 6 до 30 и более мкСм/метр, а для пресных речных и озерных вод в тех районах, где воздушная среда сильно загрязнена, величина УЭП может колебаться в пределах 20-80 мкСМ/см.

Для приблизительной оценки УЭП можно воспользоваться эмпирически найденным соотношением зависимости УЭП от содержания солей в воде (минерализация):

То есть, для определения УЭП (мкСм/cм) показатель содержание солей (минерализацию воды) (мг/л) делят на поправочный коэффициент 0,65. Величина этого коэффициента колеблется в зависимости от типа вод в диапазоне 0,55-0,75. Растворы хлористого натрия проводят ток лучше: содержание NaCl (мг/л) = 0,53 мкСм/cм или 1 мг/л NaCl обеспечивает электропроводность в 1,9 мкСм/cм.

Для ориентировочного расчета УЭП по содержанию солей в воде (минерализации) можно воспользоваться следующим графиком (рис. 1):

Рис. 1. График зависимости УЭП от содержания в воде солей (минерализации).

УЭП также измеряется при помощи специального прибора – кондуктометра, состоящего из платиновых или стальных электродов, погружаемых в воду, через которые пропускается переменный ток частотой от 50 Гц (в маломинерализованной воде) до 2000 Гц и более (в соленой воде), путем измерения электрического сопротивления.

Принцип действия кондуктометра основан на прямой зависимости электроводности воды (силы тока в постоянном электрическом поле, создаваемом электродами прибора) от количества растворенных в воде соединений. Широкий спектр соответствующего оборудования позволяет сейчас измерять проводимость практически любой воды, от сверхчистой (очень низкая проводимость) до насыщенной химическими соединениями (высокая проводимость).

Кондуктометр можно приобрести даже в зоомагазинах, при этом возможны комбинации такого прибора с рН метром. Кроме того, такой прибор можно приобрести в конторах и фирмах, торгующих оборудованием для экологических исследований www.tdsmeter.ru/com100.html.

Умельцы, хорошо владеющие паяльником, могут сами изготовить прибор для измерения электропроводности конструкции И.И.Ванюшина. (журнал «Рыбное хозяйство», 1990 г., №5, стр. 66-67. Кроме того, во всех деталях это устройство и способы его калибровки описаны в очень полезной книге «Современный аквариум и химия», авторы И.Г.Хомченко, А.В.Трифонов, Б.Н.Разуваев, Москва, 1997 г). Прибор сделан на распространенной микросхеме К157УД2, которая представляет собой два операционных усилителя. На первом собран генератор переменного тока, на втором – усилитель по стандартной схеме, с которого снимаются показания цифровым или аналоговым вольтметром (рис. 2).

Рис. 2. Самодельный кондуктометр.

Для исключения влияния температуры измерения эоектропроводности производятся при постоянной температуре 20 0 С, поскольку значение электропроводности и результат измерений зависят от температуры, как только температура повышается хотя бы на 1 0 С, измеряемая величина электропроводности тоже увеличивается приблизительно на 2 %. Чаще всего ее пересчитывают по отношению к 20 0 С по корректировочной таблице, либо приводятся к ней с использованием эмпирических формул.

Корректировочная таблица для расчета УЭП.

Расчет удельной электропроводности воды в данном случае производится по формуле:

где C_п — емкость датчика прибора, зависящий от материала и размеров электродов и имеющий размерность см-1, определяется при тарировке прибора по растворам хлористого калия с известной величиной удельной электропроводности; K — температурный коэффициент для приведения измеренной величины при любой температуре к принятому постоянному ее значению; R — измеренное электрическое сопротивление воды прибором, в Омах.

Прибор необходимо отградуировать в значениях сопротивления. Для градуировки можно рекомендовать следующие сопротивления: 1 кОм (электропроводность 1000 мкСм), 4 кОм (250 мкСм), 10 кОм (100 мкСм).

Для того, чтобы точнее определить удельную электропроводность, нужно знать постоянную сосуда для измерения СX. Для этого необходимо приготовить 0,01 М раствора хлорида калия (KCl) и измерить его электросопротивление R_KCl, (в кОм) в приготовленной ячейке. Емкость сосуда определяется по формуле:

где УЭП_KC — удельная электропроводность 0,01М раствора KCl при данной температуре в мкСм/см, найденная по корректировочной таблице.

Расчет УЭП после этого производится по формуле:

где C_п — емкость датчика прибора, зависящий от материала и размеров электродов и имеющий размерность см -1 , определяется при калибровке прибора по растворам хлористого калия с известной величиной УЭП; K_т — температурный коэффициент для приведения измеренной величины при любой температуре к принятому постоянному ее значению; R — измеренное электрическое сопротивление воды прибором, в Омах.

УЭП соленой воды принято выражать в См/м (См — Сименс, величина, обратная Ому), пресной воды — в микросименсах (мкСм/см). УЭП дистиллированной воды равна 2—5 мкСм/см, атмосферных осадков — от 6 до 30 мкСм/см и более, в районах с сильно загрязненной воздушной средой, речных и пресных озерных вод 20—800 мкСм/см.

Нормируемые величины минерализации приблизительно соответствуют удельной электропроводности 2 мСм/см (1000 мг/дм 3 ) и 3 мСм/см (1500 мг/дм 3 ) в случае как хлоридной (в пересчете на NaCl), так и карбонатной (в пересчете на CaCO₃). минерализации.

Чистая вода в результате ее собственной диссоциации имеет удельную электрическую проводимость при 25 С равную 5,483 мкСм/м.

Более подробно о методах расчета УЭП смотрите в соответствующих разделах нашего сайта.

Ниже приводятся методические по расчету общей минерализации, ионной силы, жесткости и определения содержания сульфат-ионов в природных и сточных водах по величине удельной электропроводности как обобщенного показателя их качества.

Определение электропроводности (L) воды сводится к измерению обратной ее величины — сопротивления (R), которое вода оказывает приходящему через нее току. Таким образом, L= 1:R, и поэтому величина электропроводности выражается в обратных Омах, а по современной классификации СИ — в Сименсах (См).

Величина удельной электропроводности сохраняется неизменной в пределах допускаемой погрешности (10%) при наличии в природных и сточных водах различных по природе органических соединений (до 150 мг/дм) и взвешенных веществ (до 500 мг/дм3).

Для измерения удельной электропроводности (кси) могут быть использованы любые кондуктометры с диапазоном от 1*10(-6) См/см до 10*10(-2) См/см.

Значения содержания ингредиентов и некоторых гидрохимических показателей обычно даются в размерности мг-экв/дм.куб, традиционно используемой в гидрохимии и справочной литературе; они численно равны значениям, выраженным в соответствии с Международной системой единиц СИ в молях или миллимолях эквивалента на дм.куб. воды.

В лабораториях по контролю качества природных и сточных вод дистиллированная вода является основным растворителем для приготовления реактивов, разбавителем исследуемых проб, экстрагентом, а также используется для ополаскивания лабораторной посуды. Поэтому для успешной работы любой химико-аналитической лаборатории наряду с выполнением таких условий, как высокая квалификация специалистов, наличие точных поверенных приборов, использование реактивов требуемой степени чистоты, стандартных образцов и стандартной мерной посуды, большое внимание должно быть уделено качеству дистиллированной воды [14], которая по своим физико-химическим показателям должна соответствовать требованиям ГОСТ 670972 [1] (см. таблицу).

КАЧЕСТВА ДИСТИЛЛИРОВАННОЙ ВОДЫ ПО [1]

Вещества, восстанавливающие КМnО4 ¦ 0,08 ¦

Остаток после выпаривания ¦ 5,0 ¦

Остаток после прокаливания ¦ 1,0 ¦

Аммиак и соли аммония ¦ 0,02 ¦

Удельная электропроводность при 20 град. С не более 5*10(-6) См/см

Если все показатели соответствуют установленным нормам, то дистиллированная вода пригодна для использования в лабораторных исследованиях, и ее качество не повлияет на метрологические характеристики выполняемых в лаборатории анализов. Нормативы периодичности проведения контроля качества дистиллированной воды не установлены.

Дистиллированную воду получают в дистилляторах различных марок. Дистиллятор устанавливают в отдельном помещении, воздух которого не должен содержать вещества, легко поглощаемые водой (пары аммиака, соляной кислоты и др.). При первоначальном пуске или при пуске дистиллятора после длительной консервации пользование дистиллированной водой разрешается только после 40 часов работы дистиллятора и после проверки качества получаемой воды в соответствии с требованиями ГОСТ [1].

В зависимости от состава исходной воды может быть получена дистиллированная вода различного качества.

При высоком содержании в воде солей кальция и магния на поверхности нагревательных элементов, внутренних стенках парообразователя и холодильной камеры образуется накипь, в результате чего ухудшаются условия теплообмена, приводящие к снижению производительности и сокращению срока службы дистиллятора. В целях умягчения исходной воды и уменьшения образования накипи аппарат целесообразно эксплуатировать в комплексе с противонакипным магнитным устройством или химическим водоподготовителем (на основе ионообменных смол в натриевой форме), например марки КУ-2-8чс.

Вопрос о сроках проведения периодической профилактической промывки дистиллятора и очистки от накипи решается опытным путем, руководствуясь при этом данными о качестве дистиллированной воды при периодическом контроле [14]. После очистки и промывки дистиллятора дистиллированная вода вновь анализируется по всем показателям согласно ГОСТ [1].

Все результаты анализов воды следует вносить в журнал, где одновременно необходимо отражать режим работы дистиллятора. Анализ полученных результатов позволит установить для каждой исходной воды свой режим работы аппарата: период эксплуатации, срок его отключения для проведения профилактической чистки, мойки, промывки и т.д.

Если в качестве исходной воды используется вода с высоким содержанием органических веществ, то часть их может перейти с отгоном в дистиллят и повысить контрольную величину окисляемости. Поэтому ГОСТ [1] предусматривает определение содержания органических веществ, восстанавливающих марганцовокислый калий.

Для освобождения перегоняемой воды от органических примесей и улучшения качества дистиллята рекомендуется использовать химические водоподготовители с гранулированным сорбентом из березового активированного угля или с макропористым гранулированным анионитом марки АВ-17-10П.

При обнаружении в дистиллированной воде веществ, восстанавливающих перманганат калия в концентрации более 0,08 мг/дм необходимо провести вторичную перегонку дистиллята с добавлением в него перед отгоном раствора 1% КМnО4, из расчета 2.5 см.куб на 1 дм воды. Общая затрата времени на контроль качества дистиллированной воды по всем 14 показателям, указанным в таблице, составляет 11 часов рабочего времени аналитика (65 лабораторных единиц [2]). Определение удельной электропроводности воды выгодно отличается по временным затратам от традиционного химического анализа при определении отдельных показателей, т.к. затрата времени на ее определение составляет не более 1 лабораторной единицы (10 минут) и рекомендуется как экспресс — метод при контроле качества дистиллированной воды.

По величине удельной электропроводности можно обобщенно охарактеризовать всю сумму составляющих остаточного количества минеральных веществ (в том числе нитраты, сульфаты, хлориды, алюминий, железо, медь, аммиак, кальций, цинк, свинец).

При необходимости получения экспрессных сведений о содержании в воде сульфат-ионов последнее может быть рассчитано по величине удельной электропроводности и содержанию гидрокарбонати хлорид-ионов [3, 4] (см. раздел 2).

Согласно ГОСТ [1] результат намерения величины дистиллированной воды выражается при 20 град. С

Дистиллированная вода для лабораторных исследований должна быть свежеперегнанной. При необходимости воду можно хранить в герметически закрытых полиэтиленовых или фторопластовых бутылях. Для предотвращения поглощения из воздуха углекислоты бутыли с дистиллированной водой должны быть закрыты пробками с хлоркальциевыми трубками. Безаммиачная вода хранится в бутыли, закрытой пробкой с «гуськом», содержащим раствор серной кислоты.

Одним из наиболее важных показателей качества воды является величина общей минерализации, обычно определяемая гравиметрически по сухому остатку. Используя данные химического анализа о содержании хлорид-, гидрокарбонати сульфат-ионов, с помощью переводных множителей можно рассчитать величину общей минерализации (М, мг/дм.куб.) исследуемой воды по формуле (2) [3]:

где [НСО(3-)], [Сl], [SO4(2-)] — концентрации гидрокарбонат-, хлорид-, сульфат-ионов в мг-экв/дм.куб. соответственно. Численные множители приблизительно отвечают среднеарифметическим значениям молярных масс эквивалентов солей соответствующего аниона с кальцием, магнием, натрием и калием.

В практике гидрохимических исследований величина ионной силы воды используется при контроле ионного состава воды с помощью ионселективных электродов, а также при экспрессном расчете общей жесткости.

Расчет ионной силы (мю) природных и сточных вод производится по результатам двукратного измерения величины удельной электропроводности воды: неразбавленной (кси1) и разбавленной в соотношении 1:1 (кси2).

Вычисление ионной силы производится по формуле (4) [3]:

где См — общая минерализация воды, рассчитанная по величине удельной электропроводности как а * 10(4) и выраженная в мг-экв/дм.куб;

К — ионный показатель, устанавливаемый с помощью корректировочной таблицы по величинам См и кси2/кси1.

Рассчитанные данным способом значения (мю) природных и сточных вод (даже содержащих большое количество взвешенных частиц) согласуются с величинами (мю), определенными по данным химического анализа содержания главных ионов; расхождение результатов двух способов не превышает 10%, что согласуется с допускаемыми нормативами воспроизводимости.

Данный экспрессный способ определения ионной силы природных и сточных вод более экономичен и имеет преимущество при контроле мутных и окрашенных вод.

Смещая жесткость является одним из важнейших групповых показателей качества воды для всех типов водопользования. Общепринятое комплекснометрическое определение жесткости [12] имеет существенное ограничение и не может быть использовано при анализе мутных и окрашенных вод, а также при значительном содержании ряда металлов. Такие воды при определении общей жесткости должны подвергаться специальной обработке [12], что сопряжено с увеличением расхода химических реактивов и дополнительными затратами рабочего времени на проведение анализа.

Ускоренный способ оценки ориентировочной величины общей жесткости (Ж общ.) основан на данных, получаемых по результатам измерения электропроводности. Расчет производят по формуле (5) [3]%

Ж общ.= 2(мю) * 10(3) — (2См + SO4(2-)]) (5)

где (мю) — величина ионной силы воды (расчет по данным электропроводности, см. раздел 4); См — общая минерализация, мг-экв/дм.куб. (расчет по данным электропроводности, см. раздел 4); [SO4(2-)] — концентрация сульфат-ионов, мг-экв/дм.куб. (расчет по данным электропроводности, см. раздел 2, или другого метода). Погрешность определения жесткости данным способом находится в пределах допустимых норм (5% [9]). Способ рекомендуется как ускоренный для оценки общей жесткости в условиях массового анализа проб в системе экологического мониторинга, особенно в случае мутных, окрашенных вод и вод, сильно загрязненных ионами ряда тяжелых металлов.

[1] ГОСТ 6709-72 «Вода дистиллированная». [2] Указания по организации и структуре лабораторного контроля в системе Минжилкомхоза РСФСР. М. 1986. [3] Воробьев И.И. Применение измерения электропроводности для характеристики химического состава природных вод. М., Изд-во АН СССР, 1963-141 с. [4] Почкин Ю.Н. Определение электропроводности воды при изучении солевого режима открытых водоемов // Гигиена и санитария. 1967, N 5. [5] ГОСТ 17403-72. Гидрохимия. Основные понятия. Термины и определения. [6] Лурье Ю.Ю. Аналитическая химия промышленных сточных вод. М., Химия, 1984.-447 с. [7] РД 52.24.58-88. Методика выполнения измерений содержания сульфат-ионов титриметрическим методом с солью бария. [8] РД 52.24.53-88. Методика выполнения измерении содержания сульфат-ионов с солью свинца. [9] ГОСТ 27384-87. Вода. Нормы погрешности измерения показателен состава и свойств. [10] ГОСТ 26449.1-85. Установки дистилляционные опреснительные стационарные. Методы химического анализа соленых вод. [11] Информационный листок N 29-83. Определение содержания котловой воды. ЦНТИ, Архангельск. 1983. [12] Руководство по химическому анализу поверхностных вод суши. Л., Гидрометеоиздат. 1977. — 537 с. [13] Ускоренное установление общей минерализации, общей жесткости, ионной силы, содержания сульфат-ионов и свободной СО2 по удельной электропроводности. Казань. ГИДУВ. 1989. — 20 с. [14] Методические рекомендации по контролю качества дистиллированной воды. Казань. ГИДУВ. 1986. — 8 с.

источник

Электропроводность воды – очень важное для каждого из нас свойство воды.

Каждый человек должен знать, что вода, как правило, обладает электропроводностью. Незнание этого факта может привести к пагубным последствиям для жизни и здоровья.

Например, категорически запрещается пользоваться электроприборами, принимая ванну или душ, строго запрещается купаться в открытых водоемах во время грозы …

Дадим несколько определений понятию электропроводность, в общем, и электропроводности воды в частности.

Скалярная величина, характеризующая электропроводность вещества и равная отношению плотности электрического тока проводимости к напряженности электрического поля.

Свойство вещества проводить неизменяющийся во времени электрический ток под действием неизменяющегося во времени электрического поля.

Политехнический терминологический толковый словарь. Составление: В. Бутаков, И. Фаградянц. 2014

Электропроводность ( электропроводности, мн. нет, жен. (физ.)) — способность проводить, пропускать электричество.

Толковый словарь Ушакова. Д.Н. Ушаков. 1935-1940

Электропроводность или Электрическая проводимость — свойство вещества проводить под действием не изменяющегося электрического поля неизменяющийся во времени электрический ток. Э. п. обусловлена наличием в веществе подвижных электрических зарядов — носителей тока. Видом носителя тока определяется электронная (у металлов и полупроводников), ионная (у электролитов), электронно-ионная (у плазмы) и дырочная (совместно с электронной) (у полупроводников). В зависимости от удельной электрической проводимости все тела делят на проводники , полупроводники и диэлектрики, физ. величина, обратная электрическому сопротивлению. В СИ единицей электрической проводимости является сименс (см.); 1 См = 1 Ом-1.

Большая политехническая энциклопедия. — М.: Мир и образование. Рязанцев В. Д.. 2011

Электропроводность воды – это показатель проводимости водой электрического тока, характеризующий содержание солей в воде.

Политехнический терминологический толковый словарь. Составление: В. Бутаков, И. Фаградянц. 2014

Электропроводность морской воды — способность морской воды проводить ток под действием внешнего электрического поля благодаря наличию в ней носителей электрических зарядов — ионов растворенных солей, главным образом NaCl. Электропроводность морской воды увеличивается пропорционально повышению ее солености и в 100 — 1000 раз больше, чем у речной воды. Зависит также от температуры воды.

Морской энциклопедический справочник. — Л.: Судостроение. Под редакцией академика Н. Н. Исанина. 1986

Из приведенных выше определений становится очевидным, что величина электропроводности воды не является константой, а зависит от наличия в ней солей и других примесей. Так, например, электропроводность дистиллированной воды минимальна.

Как же узнать электропроводность воды, как ее измерить …

Для измерения электропроводности воды используется метод Кондуктометрия (смотрите определения ниже), а приборы, с помощью которых производят измерения электропроводности, имеют созвучное методу название – Кондуктометры.

Кондуктометрия и, мн. нет, ж. (нем. Konduktometrie Толковый словарь иностранных слов Л. П. Крысина.- М: Русский язык, 1998

Кондуктометрия (от англ. conductivity — электропроводность и греч. metreo — измеряю) — электрохимический метод анализа, основанный на измерении электрической проводимости растворов. Применяют для определения концентрации растворов солей, кислот, оснований, контроля состава некоторых промышленных растворов.

Энциклопедический словарь. 2009

И в завершение приведем несколько значений удельной электропроводности для различных видов вод*.

Удельная электропроводность воды — электропроводность единицы объема воды.

Удельная электропроводность воды * :

Водопроводная вода – 36,30 мкСМ/м;
Дистиллированная вода – 0,63 мкСМ/м;
Питьевая (бутилированная) – 20,2 мкСМ/м;
Питьевая вымороженная – 19,3 мкСМ/м;
Водопроводная вымороженная – 22 мкСМ/м.

* Статья «Электропроводность образцов питьевой воды разной степени чистоты» Авторы: Воробьёва Людмила Борисовна. Журнал: «Интерэкспо Гео-Сибирь Выпуск № -5 / том 1 / 2012».

источник

Вода — первоисточник жизни. То, без чего невозможна жизнь. Она окружает нас повсюду. Вся планета на 70% состоит из воды. В воде обитает множество рыб, растений и много других организмов. С ее помощью люди получают электроэнергию, используют в промышленности, в быту, почти во всех сферах деятельности. Без воды, человечество было бы обречено на вымирание. Вода – дар природы. Только представьте – всего две молекулы, объединяясь, образуют такое полезное и жизненно-важное вещество.

Мы выбрали эту тему именно по этим причинам. Нашей целью стало изучение воды и ее физико-химических свойств. А также мы решили исследовать электропроводность и выяснить ее зависимость от этих свойств. Мы надеемся, что это исследование поможет нам лучше понять свойства воды.

Вложение	Размер
ministerstvo_obrazovaniya_rf.docx_1.docx	734.86 КБ
issledovanie_udelnoy_elektroprovodnosti_akvariumnoy_vody.pptx	849.72 КБ

Министерство образования РФ

Исследовательская работа «Исследование удельной электропроводности аквариумной воды «

учитель физики Хабарова О.Н.

Теоретическая часть

Химические свойства воды
Вода:

О неактуальности данной работы не может быть и речи. Вода неотъемлемая часть нашей жизни и ее исследование необходимы для всего человечества. Сейчас довольно сложно найти сферу деятельности, в которой вода бы не использовалась, будь то напрямую или косвенно.

Эта работа носит теоретически-экспериментальный характер. Сначала вода была исследована посредством различных источников, таких как журналы, книги, глобальная сеть интернет. Затем была выполненная экспериментальная часть.

1.Вода-самое распространенное вещество на Земле, она может существовать в трёх основных состояниях — жидком, газообразном и твёрдом и приобретать различные формы, которые могут одновременно соседствовать друг с другом: водяной пар и облака в небе, морская вода и айсберги, ледники и реки на поверхности земли, водоносные слои в земле. Вода способна растворять в себе много веществ, приобретая тот или иной вкус.

1.1 Химические свойства воды:

Вода является наиболее распространённым растворителем на планете Земля, во многом определяющим характер земной химии, как науки. Большая часть химии, при её зарождении как науки, начиналась именно как химия водных растворов веществ. Её иногда рассматривают, как амфолит — и кислоту и основание одновременно (катион H+ анион OH−). В отсутствие посторонних веществ в воде одинакова концентрация гидроксид-ионов и ионов водорода (или ионов гидроксония), pKa ≈ 16.

Вода химически довольно активное вещество. Сильно полярные молекулы воды сольватируют ионы и молекулы, образуют гидраты и кристаллогидраты. Сольволиз, и в частности гидролиз, происходит в живой и неживой природе, и широко используется в химической промышленности.

Вода реагирует при комнатной температуре:

с активными металлами (натрий, калий, кальций, барий и др.)
с галогенами (фтором, хлором) и межгалоидными соединениями
с солями, образованными слабой кислотой и слабым основанием, вызывая их полный гидролиз
с ангидридами и галогенангидридами карбоновых и неорганических кислот
с активными металлорганическими соединениями (диэтилцинк, реактивы Гриньяра, метилнатрий и т. д.)
с карбидами, нитридами, фосфидами, силицидами, гидридами активных металлов (кальция, натрия, лития и др.)
со многими солями, образуя гидраты
с боранами, силанами
с кетенами, недоокисью углерода
с фторидами благородных газов

Вода реагирует при нагревании:

с железом, магнием
с углем, метаном
с некоторыми алкилгалогенидами

Вода реагирует в присутствии катализатора:

с амидами, эфирами карбоновых кислот
с ацетиленом и другими алкинами
с алкенами
с нитрилами

совокупность примесей в воде минеральных и органических веществ в ионном, молекулярном, комплексном, коллоидном и взвешенном состоянии, а также изотопный состав содержащихся в ней радионуклидов.

совокупность химических и физических свойств воды, связанных с содержанием в ней растворённых солей щёлочноземельных металлов, главным образом, кальция и магния (так называемых «солей жёсткости»).

Вода с малым содержанием солей называется мягкой.

Свята́я вода́ (греч. Αγιασμός — рус. святыня) — в христианстве название воды, освящённой в церкви во время обряда водоосвящения. Употребление освящённой воды в христианстве восходит ко II веку. Традиция её использования связана как с библейской историей о крещении Христа в водах реки Иордан, так и с ветхозаветными богослужебными традициями (возьмет священник святой воды в глиняный сосуд — Чис.5:17). Святая вода, по учению церкви, обладает способностью исцеления больных. Так же Святая вода, по сообщениям церковных авторов с IV века, имеет свойство сохранять свежесть в течение длительного времени.

Магнитная вода — вода подвергнутая воздействию постоянного магнитного поля. Идея магнитной воды принадлежит доктору Е. В. Утехину, который в начале 80-х годов внедрил магнитную воду в быт россиян. Он считал, что омагниченная вода становится биологически активной и поэтому может оказывать терапевтическое действие.

Вода состоит из двух элементов — водорода и кислорода (это знают все). Молекула воды обычно распадается на два иона — положительно заряженный ион водорода H+ и отрицательной заряженный ион OH-. Значение рН характеризует концентрацию ионов H+ (значение рН логарифму концентрации, взятому с обратным знаком). Изменение значения рН на 1 соответствует изменению концентрации в 10 раз. При рН 6 количество ионов H+ в 10 раз больше, чем при рН 7 и наоборот. Помните об этом, когда изменяете кислотность воды. Небольшие изменения в рН резко изменяют химию воды. В нейтральной воде концентрации обоих ионов равны и значение рН равно 7, в кислой воде значение рН 7.

Жесткость является вторым, наиболее важным, параметров для аквариума, наряду с кислотностью. Жесткость воды определяется наличием растворенных в ней минералов и во многом определяет остальные свойства воды.

Помимо основным параметров, существуют и другие параметры, которыми можно характеризовать воду. Они используются в аквариуме редко, поэтому описаны они очень кратко.

1.3 Физические свойства воды:

При нормальном атмосферном давлении вода переходит в твердое состояние при температуре в 0 °C и кипит при температуре 100 °C

При снижении давления температура таяния (плавления) льда медленно растёт, а температура кипения воды — падает. При давлении в 611,73 Па (около 0,006 атм) температура кипения и плавления совпадает и становится равной 0,01 °C. Такое давление и температура называются тройной точкой воды.

При более низком давлении вода не может находиться в жидком состоянии, и лёд превращается непосредственно в пар. Температура возгонки (сублимации) льда падает со снижением давления. При высоком давлении существуют модификации льда с температурами плавления выше комнатной.

Температура отвердевания воды

Температура отвердевания, температура, при которой меняется ФАЗОВОЕ состояние вещества, и оно переходит из жидкого состояния в твердое. Температура замерзания большинства веществ повышается с повышением давления. Обратный процесс, когда вещество переходит из твердого состояния в жидкое, называется таянием (или плавлением). Температура таяния равна температуре замерзания.

Электропроводность — это способность водного раствора проводить электрический ток, выраженная в числовой форме. Электропроводность природной воды зависит от степени минерализации (концентрации растворенных минеральных солей) и температуры. Поэтому по величине электрической проводимости воды можно судить о степени минерализации воды. Благодаря этой зависимости, по величине электропроводности воды можно с определенной степенью погрешности судить о минерализации воды. В измерителях общего солесодержания (TDS – метрах) используется именно этот принцип.

II. Экспериментальная часть.

«Исследование удельной электропроводности воды, взятой из аквариумов»

Цель: исследовать удельную электропроводность воды в зависимость от её химического состава.

Оборудование: источник питания, мультиметр, стаканы из термостойкого стекла, образцы воды, термометр, мерный цилиндр, электроды, соединительные провода, ключ.

Опыт №1. «Определение удельной электропроводности различных видов воды»

Цель: убедиться в том, что электропроводность воды зависит от её состава.

Собрать установку по схеме;
Электроды поместить в стакан из термостойкого стекла, измерив расстояние между ними;
Измерить длину и ширину электродов;
Налить в стакан воду определенного образца;
Измерит температуру воды
Измерить силу тока и напряжение;
Рассчитать сопротивление воды и удельную электропроводность.

источник

МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ

«МОНИТОРИНГ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ»

АНАЛИЗ ВОДЫ

РН воды – один из важнейших показателей ее качества, определение которого предусмотрено обязательными программами соответствующих наблюдений. Величина рН имеет большое значение для химических и биологических процессов, происходящих в природных водах: от нее зависит развитие и жизнедеятельность водных растений, устойчивость различных форм миграции элементов, агрессивное действие воды на металлы и бетон.

Величина рН речных вод обычно изменяется в пределах 6,5-8,5; атмосферных осадков – 4,6-6,1; болот – 5,5-6,0; океана – 7,9-8,3. Наблюдаются суточные и сезонные колебания рН, связанные с изменением фотосинтетической активности водорослей.

Временное снижение рН воды до 5,5 (например, в результате выпадения кислых осадков) отвечает первой стадии закисления водоема. Если рН поддерживается на уровне 5,5 постоянно, то водоем вступает во вторую стадию окисления. При падении рН ниже 5 наблюдается третья стадия закисления, возврат водоема из которой в первоначальное состояние невозможен.

При снижении рН увеличивается скорость растворения тяжелых металлов и алюминия в воде, что приводит в конечном итоге к гибели фитопланктона, водорослей, рыб.

Величину рН при анализе вод определяют в свежеотобранных пробах, длительное хранение проб не допускается.

рН представляет собой отрицательный логарифм концентрации ионов водорода:

рН воды определяют потенциометрическим методом анализа.

Потенциометрический метод анализа основан на зависимости электродного потенциала от концентрации раствора. В основе метода лежит уравнение Нернста:

где Y — равновесный электродный потенциал,

Y 0 — стандартный электродный потенциал,

Z — заряд иона,

рН воды определяют на приборе рН-340. К прибору подключают электроды:

— измерительный электрод – стеклянный (индикаторный на ион Н + );

— вспомогательный электрод сравнения – хлорсеребряный.

Измерение рН воды

1. Перед измерением электроды промывают дистиллированной водой, капли воды на них убирают фильтровальной бумагой.

2. В стакан наливают анализируемую воду так, чтобы электроды были опущены на 1 см. Электроды погружают в анализируемую воду.

3. Ручку «размах» ставят в положение «15 рН». По нижней шкале показывающего прибора определяют интервал измерения. Ручку «пределы измерения» устанавливают на соответствующий интервал. Ручку «размах» переключают в положение «3 рН» и берут отсчет по верхней шкале показывающего прибора.

Ручку «размах» ставят в положение «15 рН». По нижней шкале показывающего прибора получилось значение 5, ручкой «пределы измерения» устанавливают интервал «2-5» , так как 5 входит в этот интервал. Ручку «размах» переключают в положение «3 рН» и берут отсчет по верхней шкале показывающего прибора, считая, что крайнее левое положение по шкале соответствует значению 2, то есть будет не 0, а 2.

4. Записывают значение рН. Указывают среду. Вычисляют рОН; С(Н + ), моль/л; С(ОН — ), моль/л.

С(ОН — ) = 10 -14 / 5 . 10 -3 = 10 . 10 -15 / 5 . 10 -3 = 2 . 10 -12 моль/л.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЖЕЛЕЗА В ВОДЕ

Главными источниками соединений железа в природных водах являются процессы химического выветривания и растворения горных пород. Значительные количества железа поступают с подземным стоком и со сточными водами предприятий металлургической, металлообрабатывающей, текстильной, лакокрасочной промышленности, с сельскохозяйственными стоками.

Железо в воде присутствует в растворимой и нерастворимой формах, как в свободном виде, так и в виде комплексов с неорганическими и органическими лигандами, главным образом с гуминовыми кислотами. Концентрация железа в поверхностных пресных водах составляет обычно десятые доли миллиграмма, в болотных водах, где концентрация гумусовых веществ достаточно велика, единицы миллиграммов.

Являясь биологически активным элементом, железо в определенной степени влияет на интенсивность развития фитопланктона и качественный состав микрофлоры в водоеме.

При содержании железа выше 1 мг/л вода становится мутной, окрашивается в желто-бурый цвет, у нее ощущается характерный металлический привкус. Такая вода практически неприемлема как для технического, так и для питьевого применения. По органолептическим признакам предел содержания (ПДК) железа в воде практически повсеместно установлен на уровне 0,3 мг/л (по нормам ЕС даже 0,2 мг/л). По показаниям вредности для здоровья такой параметр не установлен.

Железо в воде можно определять в виде Fe 2+ и Fe 3+ . Обычно определяют общее содержание железа, для этого пробу воды окисляют концентрированной азотной кислотой (Fe 2+ переходит в Fe 3+ ). Объем пробы воды для определения массовой концентрации железа должен быть не менее 200 мл, пробу не консервируют.

Определение железа в воде проводят фотоэлектроколориметрическим методом. Фотоэлектроколориметрический метод анализа основан на зависимости светопоглощения раствора от его концентрации. Использование света видимой области спектра в данном методе дает возможность анализировать окрашенные вещества или вещества, которые можно перевести в окрашенные растворы.

В основе фотоэлектроколориметрического метода анализа лежит закон Бугера – Ламберта – Бера: абсорбционность прямо пропорциональна концентрации раствора и толщине поглощающего слоя.

Где А — абсорбционность,

Е — молярный коэффициент поглощения (абсорбционности),

L — толщина поглощающего слоя,

Определение содержания железа проводят на приборе КФК-2. На приборе КФК-2 работают в видимой области спектра. Видимая область спектра лежит в диапазоне длин волн 400-750 нанометров (нм).

Сущность метода определения

Метод основан на образовании окрашенного иона при взаимодействии Fe 3+ с сульфосалициловой кислотой. При рН = 8 — 10 комплексный ион железа образует желтый раствор.

Область обнаружения железа данным методом составляет 0,1 — 1 мг/л.

Выбор условий определения

Условия определения выбирают через 10 минут.

Для практического выбора светофильтра берут стандартный раствор максимальной концентрации. Измеряют абсорбционность (А) этого раствора на всех светофильтрах по отношению к холостому раствору. По полученным данным строят график в координатах: абсорбционность (А) — длина волны (l) падающего света.

Для анализа выбирают тот светофильтр, который дает максимальное значение абсорбционности (А).

Для выбора кюветы (толщины поглощающего слоя) берут стандартный раствор максимальной концентрации. Измеряют абсорбционность (А) на выбранном светофильтре во всех кюветах по отношению к холостому раствору. Абсорбционность должна быть близкой к единице.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФОСФАТОВ В ВОДЕ

Фосфор является одним из биогенных, незаменимых для жизни элементов и содержится во всех живых организмах. В свободном состоянии в природе фосфор не встречается, а входит в состав минералов типа апатитов 3Са₃(PO)₄∙CaF₂ и фосфатов Са₃(PO)₄. Соединения фосфора поступают в поверхностные воды в результате процессов жизнедеятельности и посмертного распада водных организмов, выветривания и растворения пород, содержащих ортофосфаты, обмена с донными осадками и др.

Естественные формы фосфора в гидросфере зависят от рН среды. При рН, характерном для водных систем, преобладает форма НРО₄ 2- (90%) с примесью Н₂РО₄ — (10%). Первая из них является основой для питательных веществ и обычно содержится в сравнительно малых концентрациях.

В настоящее время в результате сброса химических веществ (например, детергентов) в водные системы добавляются и другие соединения фосфора. В частности, одним из компонентов многих детергентов являются конденсированные фосфаты, например, триполифосфаты. При гидролизе они могут переходить в форму неконденсированных фосфатов.

Поскольку фосфор является элементом, лимитирующим развитие водных организмов, оценка его количественного содержания и характера распределения имеет большое значение при определении настоящей и потенциальной биологической продуктивности водоема. Загрязнение водоема соединениями фосфора ведет к его эвтрофикации и в связи с этим к существенному ухудшению качества воды.

Предельно — допустимая концентрация (ПДК) фосфора для воды водоемов рыбохозяйственного назначения составляет 0,3 мг/л.

При анализе воды на содержание фосфатов объем отбираемой пробы должен быть не менее 200 мл. Если анализ в день отбора пробы не произведен, ее консервируют добавлением 2-4 мл хлороформа (СНСl₃) на 1 литр воды.

Определение фосфатов в воде проводят фотоэлектроколориметрическим методом. Фотоэлектроколориметрический метод анализа основан на зависимости светопоглощения раствора от его концентрации. Использование света видимой области спектра в данном методе дает возможность анализировать окрашенные вещества или вещества, которые можно перевести в окрашенные растворы.

Где А — абсорбционность,

Е — молярный коэффициент поглощения (абсорбционности),

L — толщина поглощающего слоя,

Сущность метода определения

Метод основан на взаимодействии фосфат — ионов в кислой среде (рН = 1,5) с молибдатом аммония, в результате чего образуется лимонно – желтый раствор фосфорномолибденовой гетерополикислоты (a — форма):

Затем на приготовленный раствор действуют восстановителями (аскорбиновая кислота, хлорид олова (II), сульфит натрия и другие). В присутствии восстановителей a — форма переходит в b — форму, которая окрашивает раствор в синий цвет:

Предел обнаружения фосфатов данным методом составляет 0,01 мг/л.

Выбор условий определения

Условия определения выбирают через 10 – 15 минут.

с з ж к l

Выбирают для анализа тот светофильтр, который дает максимальное значение абсорбционности (А).

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ХРОМА В ВОДЕ

Хром относится к тяжёлым металлам и поступает в объекты окружающей среды в виде Cr 3+ и Cr 6+ (Cr₂O₇ 2- , CrO₄ 2- ). В поверхностные воды соединения трех- и шестивалентного хрома попадают в результате выщелачивания из пород (хромит, крокоит, уваровит и др.). Некоторые количества поступают из почв, в процессе разложения организмов и растений. Значительные количества могут поступать в водоемы со сточными водами гальванических цехов, красильных цехов текстильных предприятий, кожевенных заводов и предприятий химической промышленности. Понижение концентрации ионов хрома может наблюдаться в результате потребления их водными организмами и процессов адсорбции.

В поверхностных водах соединения хрома находятся в растворенном и взвешенном состояниях, соотношение между которыми зависит от состава вод, температуры, рН среды. В речных незагрязненных и слабозагрязненных водах содержание хрома колеблется от нескольких десятых долей микрограмма до нескольких микрограммов в 1 л, в загрязненных водоемах оно достигает нескольких десятков и сотен микрограммов в 1 л.

Соединения Cr(VI) и Cr(III) в повышенных количествах обладают канцерогенными свойствами. Соединения Cr(VI) являются более опасными.

Предельно — допустимая концентрация (ПДК) соединений хрома в воде водоемов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового назначения составляет: Cr 6+ — 0,05 мг/л, Сr 3+ — 0,5 мг/л. В воде водоемов рыбохозяйственного назначения: Cr 6+ — 0,001 мг/л, Сr 3+ — 0,005 мг/л.

При анализе воды на содержание хрома пробу консервируют добавлением 5 мл азотной кислоты (НNО₃) на 1 литр воды. В том случае, если необходимо раздельно определить Сr 3+ и Сr 6+ анализ проводят в тот же день.

Определение хрома в воде проводят фотоэлектроколориметрическим методом. Фотоэлектроколориметрический метод анализа основан на зависимости светопоглощения раствора от его концентрации. Использование света видимой области спектра в данном методе дает возможность анализировать окрашенные вещества или вещества, которые можно перевести в окрашенные растворы.

Где А — абсорбционность,

Е — молярный коэффициент поглощения (абсорбционности),

L — толщина поглощающего слоя,

Сущность метода определения

Метод основан на взаимодействии Cr 6+ (Сr₂O₇ 2- или СrО₄ 2- ) в кислой среде с дифенилкарбазидом, в результате чего образуется растворимое соединение красно – фиолетового цвета.

Определению мешает Fе 3+ , которое связывают фосфорной кислотой в бесцветное комплексное соединение:

Предел обнаружения хрома данным методом составляет 0,01 мг/л.

Выбор условий определения

Условия определения выбирают через 10 минут.

Выбирают для анализа тот светофильтр, который дает максимальное значение абсорбционности (А).

ХИМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ПОЧВЫ

АНАЛИЗ ВОДНОЙ ВЫТЯЖКИ

Водная вытяжка даёт представление о содержании в почве водорастворимых веществ, как органических, так и минеральных, преимущественно простых солей. Действие воды на почву состоит в растворении простых солей (частично гумусовых и кремнекислых соединений), а также в разложении сложных алюмосиликатов.

По степени растворимости в воде соли разделяются на легко-, средне- и малорастворимые. К легкорастворимым относятся:

Эти соли переходят в водную вытяжку в момент взаимодействия с водой (достаточно трёхминутного взбалтывания почвы с водой для перевода легкорастворимых солей в вытяжку)

Среднерастворимые соединения: гипс (СаSО₄ . 2 Н₂О).

Эти соли переходят в водную вытяжку частично.

Следует иметь в виду, что в момент растворения солей на почву действует уже не водный, а более сложный раствор: в солончаках – солевой, в солонцах – щелочной, в подзолистых почвах – кислый. Поэтому повышается растворимость малорастворимых солей. Щелочная реакция солонцов увеличивает растворимость гумуса, кислая реакция подзолистых почв способствует переходу в вытяжку полуторных оксидов (Аl₂О₃, Fе₂О₃).

Приготовление водной вытяжки

На технических весах взвешивают 20 г почвы, переносят в коническую колбу, наливают 100 мл дистиллированной воды. Колбу закрывают резиновой пробкой и взбалтывают в течение трёх минут, после чего вытяжку фильтруют через сухой складчатый фильтр. Первые порции фильтрата бывают мутными, их надо ещё раз отфильтровать.

Z — заряд иона,

Одним из видов прямой потенциометрии является метод построения градуировочного графика.

Нитраты в водной вытяжке почвы определяют на приборе рН-340. К прибору подключают электроды:

— измерительный электрод – ионоселективный (индикаторный на нитрат-ион);

— вспомогательный электрод сравнения – хлорсеребряный.

МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ

«МОНИТОРИНГ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ»

АНАЛИЗ ВОДЫ

Величину рН при анализе вод определяют в свежеотобранных пробах, длительное хранение проб не допускается.

рН представляет собой отрицательный логарифм концентрации ионов водорода:

рН воды определяют потенциометрическим методом анализа.

где Y — равновесный электродный потенциал,

Y 0 — стандартный электродный потенциал,

Z — заряд иона,

рН воды определяют на приборе рН-340. К прибору подключают электроды:

— измерительный электрод – стеклянный (индикаторный на ион Н + );

— вспомогательный электрод сравнения – хлорсеребряный.

Измерение рН воды

4. Записывают значение рН. Указывают среду. Вычисляют рОН; С(Н + ), моль/л; С(ОН — ), моль/л.

С(ОН — ) = 10 -14 / 5 . 10 -3 = 10 . 10 -15 / 5 . 10 -3 = 2 . 10 -12 моль/л.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ ВОДЫ

Электропроводностью называют способность вещества пропускать электрический ток. Вещества способные проводить электрический ток называют электролитами.

Электропроводность является интегральным (обобщенным) показателем качества воды, который определяют в рамках обязательной программы мониторинга поверхностных вод суши. Она отражает общее содержание солей в анализируемой воде и является неселективным показателем степени загрязнения последней, так как одной и той же величине электропроводности может соответствовать различный ионный состав воды. Увеличение электропроводности воды природного водоема или водотока является явным свидетельством повышения антропогенной активности.

Электропроводность воды определяют кондуктометрическим методом анализа. Кондуктометрический метод анализа основан на зависимости электропроводности от концентрации раствора.

Электропроводность представляет собой величину, обратную сопротивлению R. Единица измерения электропроводности — каппа Х [Ом -1 cм -1 ]. Электропроводность зависит от концентрации, температуры, природы электролита.

Электропроводность определяют на приборе АНИОН – 410:

Измерение электропроводности воды

1. Включают прибор нажатием кнопки ОN.

2. Нажимают Еsc и кнопку 6.

3. Записывают значение общей электропроводности.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЖЕЛЕЗА В ВОДЕ

Где А — абсорбционность,

Е — молярный коэффициент поглощения (абсорбционности),

L — толщина поглощающего слоя,

Сущность метода определения

Область обнаружения железа данным методом составляет 0,1 — 1 мг/л.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:

источник

Минерализация

Суммарное содержание всех найденных при химическом анализе воды минеральных веществ; обычно выражается в мг/дм 3 (до 1000 мг/дм 3 ) и ‰ (более 1000 мг/дм 3 ).

Минерализация природных вод, определяющая их удельную электропроводность, изменяется в широких пределах. Большинство рек имеет минерализацию от нескольких десятков миллиграммов в литре до нескольких сотен. Их удельная электропроводность варьирует от 30 мкСм/см до 1500 мкСм/см. Минерализация подземных вод и соленых озер изменяется в интервале от 40-50 мг/дм 3 до 650 г/кг (плотность в этом случае уже значительно отличается от единицы). Удельная электропроводность атмосферных осадков (с минерализацией от 3 до 60 мг/дм 3 ) составляет величины 20-120 мкСм/см.

Многие производства, сельское хозяйство, предприятия питьевого водоснабжения предъявляют определенные требования к качеству вод, в частности, к минерализации, так как воды, содержащие большое количество солей, отрицательно влияют на растительные и животные организмы, технологию производства и качество продукции, вызывают образование накипи на стенках котлов, коррозию, засоление почв.

Классификация природных вод по минерализации .

Категория вод

Минерализация, г/дм 3

Ультрапресные

Воды с относительно повышенной минерализацией

Солоноватые

Воды повышенной солености

В соответствии с гигиеническими требованиями к качеству питьевой воды суммарная минерализация не должна превышать величины 1000 мг/дм 3 . По согласованию с органами санэпиднадзора для водопровода, подающего воду без соответствующей обработки (например, из артезианских скважин), допускается увеличение минерализации до 1500 мг/дм 3 ).

Электропроводность

Электропроводность — это численное выражение способности водного раствора проводить электрический ток. Электрическая проводимость природной воды зависит в основном от концентрации растворенных минеральных солей и температуры. Природные воды представляют в основном растворы смесей сильных электролитов. Минеральную часть воды составляют ионы Na + , K + , Ca 2+ , Cl — , SO₄ 2- , HCO₃ — . Этими ионами и обуславливается электропроводность природных вод. Присутствие других ионов, например, Fe 3+ , Fe 2+ , Mn 2+ , Al 3+ , NO₃ — , HPO₄-, H₂PO₄ — не сильно влияет на электропроводность, если эти ионы не содержатся в воде в значительных количествах (например, ниже выпусков производственных или хозяйственно-бытовых сточных вод). По значениям электропроводности природной воды можно приближенно судить о минерализации воды с помощью предварительно установленных зависимостей.

Затруднения, возникающие при оценке суммарного содержания минеральных веществ (минерализации) по удельной электропроводности связаны с:

1. неодинаковой удельной электропроводимостью растворов различных солей;

2. повышением электропроводимости с увеличением температуры.

Величина удельной электропроводности служит приблизительным показателем их суммарной концентрации электролитов, главным образом, неорганических, и используется в программах наблюдений за состоянием водной среды для оценки минерализации вод. Удельная электропроводность — удобный суммарный индикаторный показатель антропогенного воздействия.

Температура

Температура воды в водоеме является результатом нескольких одновременно протекающих процессов, таких как солнечная радиация, испарение, теплообмен с атмосферой, перенос тепла течениями, турбулентным перемешиванием вод и др. Обычно прогревание воды происходит сверху вниз. Годовой и суточный ход температуры воды на поверхности и глубинах определяется количеством тепла, поступающего на поверхность, а также интенсивностью и глубиной перемешивания. Суточные колебания температуры могут составлять несколько градусов и обычно проникают на небольшую глубину. На мелководье амплитуда колебаний температуры воды близка к перепаду температуры воздуха.

В требованиях к качеству воды водоемов, используемых для купания, спорта и отдыха, указано, что летняя температура воды в результате спуска сточных вод не должна повышаться более, чем на 3°С по сравнению со среднемесячной температурой самого жаркого месяца года за последние 10 лет. В водоемах рыбохозяйственного назначения допускается повышение температуры воды в результате спуска сточных вод не больше, чем на 5° С по сравнению с естественной температурой.

Температура воды — важнейший фактор, влияющий на протекающие в водоеме физические, химические, биохимические и биологические процессы, от которого в значительной мере зависят кислородный режим и интенсивность процессов самоочищения. Значения температуры используют для вычисления степени насыщения воды кислородом, различных форм щелочности, состояния карбонатно-кальциевой системы, при многих гидрохимических, гидробиологических, особенно лимнологических исследованиях, при изучении тепловых загрязнений.

Взвешенные вещества (грубодисперсные примеси)

Взвешенные твердые вещества, присутствующие в природных водах, состоят из частиц глины, песка, ила, суспендированных органических и неорганических веществ, планктона и других микроорганизмов. Концентрация взвешенных частиц связана с сезонными факторами и с режимом стока и зависит от таяния снега, пород, слагающих русло, а также от антропогенных факторов, таких как сельское хозяйство, горные разработки и т.п.

Взвешенные частицы влияют на прозрачность воды и на проникновение в нее света, на температуру, растворенные компоненты поверхностных вод, адсорбцию токсичных веществ, а также на состав и распределение отложений и на скорость осадкообразования. Вода, в которой много взвешенных частиц, не подходит для рекреационного использования по эстетическим соображениям.

В соответствии с требованиями к составу и свойствам воды водных объектов у пунктов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового назначения содержание взвешенных веществ в результате спуска сточных вод не должно увеличиваться соответственно более чем на 0.25 мг/дм 3 и 0.75 мг/дм 3 . Для водоемов, содержащих в межень более 30 мг/дм 3 природных минеральных веществ, допускается увеличение концентрации взвешенных веществ в воде в пределах 5%.

Определение количества взвешенных частиц важно проводить при контроле процессов биологической и физико-химической обработки сточных вод и при оценке состояния природных водоемов.

Грубодисперсные примеси определяют гравиметрическим методом после их отделения путем фильтрования через фильтр «синяя лента» (преимущественно для проб с прозрачностью менее 10 см).

Органолептические наблюдения

Метод определения состояния водного объекта путем непосредственного осмотра его. При органолептических наблюдениях особое внимание обращают на явления, необычные для данного водоема или водотока и часто свидетельствующие о его загрязнении: гибель рыбы и других водных организмов, растений, выделение пузырьков газа из донных отложений, появление повышенной мутности, посторонних окрасок, запаха, цветения воды, нефтяной пленки и пр.

Свойство воды вызывать у человека и животных специфическое раздражение слизистой оболочки носовых ходов. Запах воды характеризуется видами запаха и интенсивностью запаха . Интенсивность запаха воды измеряется в баллах. Запах воды вызывают летучие пахнущие вещества, поступающие в воду в результате процессов жизнедеятельности водных организмов, при биохимическом разложении органических веществ, при химическом взаимодействии содержащихся в воде компонентов, а также с промышленными, сельскохозяйственными и хозяйственно-бытовыми сточными водами.

На запах воды оказывают влияние состав веществ, температура, значения рН, степень загрязненности водного объекта, биологическая обстановка, гидрологические условия и т.д.

Сокращение

классификация запаха

примеры или возможный источник происхождения запаха

камфара, гвоздика, лаванда, лимон

бальзамический или цветочный

промышленные сточные воды или химическая обработка

стоки нефтеочистительных заводов

неприятный или сильно выраженный неприятный

Uroglenopis and Dinobryon

застоявшиеся сточные воды

Определение интенсивности запаха воды

интенсивность запаха, балл

характеристика

появление запаха

отсутствие ощутимого запаха

запах, не замечаемый потребителем, но обнаруживаемый специалистом

запах, обнаруживаемый потребителем, если обратить на это внимание

запах, легко обнаруживаемый, может быть причиной того, что вода неприятна для питья

запах, обращающий на себя внимание; может заставить воздержаться от питья

запах, настолько сильный, что делает воду непригодной для питья

Мутность природных вод вызвана присутствием тонкодисперсных примесей, обусловленных нерастворимыми или коллоидными неорганическими и органическими веществами различного происхождения. Качественное определение проводят описательно: слабая опалесценция, опалесценция, слабая, заметная и сильная муть.

В соответствии с гигиеническими требованиями к качеству питьевой воды мутность не должна превышать 1.5 мг/дм 3 .

Мутность воды определяют турбидиметрически (по ослаблению проходящего через пробу света). Турбидиметрическое определение предназначено для вод, имеющих переменчивый состав и форму тонкодисперсных примесей. Без предварительного фильтрования пробы турбидиметрически будут определяться не только коллоидные, но и более грубодисперсные частицы.

Цветность

Показатель качества воды, характеризующий интенсивность окраски воды и обусловленный содержанием окрашенных соединений; выражается в градусах платиново-кобальтовой шкалы. Определяется путем сравнения окраски испытуемой воды с эталонами.

Цветность природных вод обусловлена главным образом присутствием гумусовых веществ и соединений трехвалентного железа. Количество этих веществ зависит от геологических условий, водоносных горизонтов, характера почв, наличия болот и торфяников в бассейне реки и т.п. Cточные воды некоторых предприятий также могут создавать довольно интенсивную окраску воды.

Цветность природных вод колеблется от единиц до тысяч градусов.

Различают «истинный цвет», обусловленный только растворенными веществами, и «кажущийся» цвет, вызванный присутствием в воде коллоидных и взвешенных частиц, соотношения между которыми в значительной мере определяются величиной pH.

Предельно допустимая величина цветности в водах, используемых для питьевых целей, составляет 35 градусов по платиново-кобальтовой шкале. В соответствии с требованиями к качеству воды в зонах рекреации окраска воды не должна обнаруживаться визуально в столбике высотой 10 см.

Высокая цветность воды ухудшает ее органолептические свойства и оказывает отрицательное влияние на развитие водных растительных и животных организмов в результате резкого снижения концентрации растворенного кислорода в воде, который расходуется на окисление соединений железа и гумусовых веществ.

Прозрачность

Прозрачность (или светопропускание) природных вод обусловлена их цветом и мутностью, т.е. содержанием в них различных окрашенных и взвешенных органических и минеральных веществ.

Воду в зависимости от степени прозрачности условно подразделяют на прозрачную, слабоопалесцирующую, опалесцирующую, слегка мутную, мутную, сильно мутную. Мерой прозрачности служит высота столба воды, при которой можно наблюдать опускаемую в водоем белую пластину определенных размеров (диск Секки) или различать на белой бумаге шрифт определенного размера и типа (как правило, шрифт средней жирности высотой 3.5 мм). Результаты выражаются в сантиметрах с указанием способа измерения.

Ослабление в мутной воде интенсивности света с глубиной приводит к большему поглощению солнечной энергии вблизи поверхности. Появление более теплой воды у поверхности уменьшает перенос кислорода из воздуха в воду, снижает плотность воды, стабилизирует стратификацию. Уменьшение потока света также снижает эффективность фотосинтеза и биологическую продуктивность водоема.

Определение прозрачности воды — обязательный компонент программ наблюдений за состоянием водных объектов. Увеличение количества грубодисперсных примесей и мутности характерно для загрязненных и эвтрофных водоемов.

Водородный показатель рН

Содержание ионов водорода (вернее, гидроксония) в природных водах определяется в основном количественным соотношением концентраций угольной кислоты и ее ионов.

CO₂ + H₂0 H + + HCO₃ — 2 H + + CO₃ 2-

Для удобства выражения содержания водородных ионов была введена величина, представляющая собой логарифм их концентрации, взятый с обратным знаком:
pH = — lg[H + ].
Для поверхностных вод, содержащих небольшие количества диоксида углерода, характерна щелочная реакция. Изменения pH тесно связаны с процессами фотосинтеза (из-за потребления CO₂ водной растительностью). Источником ионов водорода являются также гумусовые кислоты, присутствующие в почвах. Гидролиз солей тяжелых металлов играет роль в тех случаях, когда в воду попадают значительные количества сульфатов железа, алюминия, меди и других металлов:

Fe 2+ + 2H₂O —> Fe(OH)₂ + 2H +

Значение pH в речных водах обычно варьирует в пределах 6.5-8.5, в атмосферных осадках 4.6-6.1, в болотах 5.5-6.0, в морских водах 7.9-8.3. Концентрация ионов водорода подвержена сезонным колебаниям. Зимой величина pH для большинства речных вод составляет 6.8-7.4, летом 7.4-8.2. pH природных вод определяется в некоторой степени геологией водосборного бассейна.
В соответствии с требованиями к составу и свойствам воды водоемов у пунктов питьевого водопользования, воды водных объектов в зонах рекреации, а также воды водоемов рыбохозяйственного назначения величина pH не должна выходить за пределы интервала значений 6.5-8.5.

pH воды — один из важнейших показателей качества вод. Величина концентрации ионов водорода имеет большое значение для химических и биологических процессов, происходящих в природных водах. От величины pH зависит развитие и жизнедеятельность водных растений, устойчивость различных форм миграции элементов, агрессивное действие воды на металлы и бетон. pH воды также влияет на процессы превращения различных форм биогенных элементов, изменяет токсичность загрязняющих веществ.

В водоеме можно выделить несколько этапов процесса их закисления:

1. на первом этапе рН практически не меняется (ионы бикарбоната успевают полностью нейтрализовать ионы Н + ). Так продолжается до тех пор, пока общая щелочность в водоеме не упадет примерно в 10 раз до величины менее 0.1 моль/дм 3 .

2. на второй стадии закисления водоема рН воды обычно не поднимается выше 5.5 в течение всего года. О таких водоемах говорят как об умеренно кислых. На этом этапе закисления происходят значительные изменения в видовом составе живых организмов.

3. на третьем этапе закисления рН водоемов стабилизируется на значениях рН

Природные воды в зависимости от рН рационально делить на семь групп:

результат гидролиза солей тяжелых металлов (шахтные и рудничные воды)

поступление в воду угольной кислоты, фульвокислот и других органических кислот в результате разложения органических веществ

присутствие гумусовых кислот в почве и болотных водах (воды лесной зоны)

Окислительно-восстановительный потенциал (Eh)

Мера химической активности элементов или их соединений в обратимых химических процессах, связанных с изменением заряда ионов в растворах. Значения окислительно-восстановительных потенциалов выражаются в вольтах (милливольтах). Окислительно-восстановительный потенциал любой обратимой системы определяется по формуле
Eh = E + (0.0581/n) lg(Ox/Red) при t = 20°С
где Eh — окислительно-восстановительный потенциал среды;
E — нормальный окислительно-восстановительный потенциал, при
котором концентрации окисленной и восстановленной форм равны
между собой;
Ox — концентрация окисленной формы;
Red — концентрация восстановленной формы;
n — число электронов, принимающих участие в процессе.

В природной воде значение Eh колеблятся от — 400 до + 700 мВ, определяется всей совокупностью происходящих в ней окислительных и восстановительных процессов и в условиях равновесия характеризует среду сразу относительно всех элементов, имеющих переменную валентность.

Изучение редокс-потенциала позволяет выявить природные среды, в которых возможно существование химических элементов с переменной валентностью в определенной форме, а также выделить условия, при которых возможна миграция металлов.

Различают несколько основных типов геохимических обстановок в природных водах:

1. oкислительную — характеризуемую значениями Еh > + (100 — 150) мВ, присутствием свобоного кислорода, а также целого рядаэлементов в высшей форме своей валентности (Fe 3+ , Mo 6+ , As 5- , V 5+ , U 6+ , Sr 4+ , Cu 2+ , Pb 2+ );

2. переходную окислительно-восстановительную — определяемую величинами Еh + (100-0) мВ, неустойчивым геохимическим режимом и переменным содержанием сероводорода и кислорода. В этих условиях протекает как слабое окисление, так и слабое восстановление целого ряда металлов;

3. восстановиельную — характеризуемую значениями Еh 2+ , Mn 2+ , Mo 4+ , V 4+ , U 4+ ), а также сероводород.

Кислотность

Кислотностью называют содержание в воде веществ, вступающих в реакцию с гидроксил-ионами. Расход гидроксида отражает общую кислотность воды. В обычных природных водах кислотность в большинстве случаев зависит только от содержания свободного диоксида углерода. Естественную часть кислотности создают также гуминовые и другие слабые органические кислоты и катионы слабых оснований (ионы аммония, железа, алюминия, органических оснований). В этих случаях pH воды не бывает ниже 4.5.

В загрязненных водоемах может содержаться большое количество сильных кислот или их солей за счет сброса промышленных сточных вод. В этих случаях pH может быть ниже 4.5. Часть общей кислотности, снижающей pH до величин

Под щелочностью природных или очищенных вод понимают способность некоторых их компонентов связывать эквивалентное количество сильных кислот. Щелочность обусловлена наличием в воде анионов слабых кислот (карбонатов, гидрокарбонатов, силикатов, боратов, сульфитов, гидросульфитов, сульфидов, гидросульфидов, анионов гуминовых кислот, фосфатов) — их сумма называется общей щелочностью . Ввиду незначительной концентрации трех последних ионов общая щелочность воды обычно определяется только анионами угольной кислоты (карбонатная щелочность). Анионы, гидролизуясь, образуют гидроксильные ионы:

CO₃ 2- + H₂O HCO₃ — + OH — ;
HCO₃ — + H₂O H₂CO₃ + OH — .

Щелочность определяется количеством сильной кислоты, необходимой для нейтрализации 1 дм 3 воды. Щелочность большинства природных вод определяется только гидрокарбонатами кальция и магния, pH этих вод не превышает 8.3.

Определение щелочности полезно при дозировании химических веществ, необходимых при обработке вод для водоснабжения, а также при реагентной очистке некоторых сточных вод. Определение щелочности при избыточных концентрациях щелочноземельных металлов важно при установлении пригодности воды для ирригации. Вместе со значениями рН щелочность воды служит для расчета содержания карбонатов и баланса угольной кислоты в воде.

Степень насыщения кислородом

Относительное содержание кислорода в воде, выраженное в процентах его нормального содержания. Зависит от температуры воды, атмосферного давления и солености. Вычисляется по формуле

M = (a*101308*100)/NP ,

где М — степень насыщения воды кислородом, %;
а — концентрация кислорода, мг/дм 3 ;
Р — атмосферное давление в данной местности, Па.
N — нормальная концентрация кислорода при данной температуре,
минерализации (солености) и общем давлении 101308 Па.

Жесткость воды представляет собой свойство природной воды, зависящее от наличия в ней главным образом растворенных солей кальция и магния. Суммарное содержание этих солей называют общей жесткостью . Общая жесткость подразделяется на карбонатную , обусловленную концентрацией гидрокарбонатов (и карбонатов при рН>8.3) солей кальция и магния, и некарбонатную — концентрацию в воде кальциевых и магниевых солей сильных кислот. Поскольку при кипячении воды гидрокарбонаты переходят в карбонаты, которые выпадают в осадок, карбонатную жесткость называют временной или устранимой . Остающаяся после кипячения жесткость называется постоянной. Результаты определения жесткости обычно выражают в мг-экв/дм 3 .

В естественных условиях ионы кальция, магния и других щелочноземельных металлов, обуславливающих жесткость, поступают в воду в результате взаимодействия растворенного диоксида углерода с карбонатными минералами и при других процессах растворения и химического выветривания горных пород. Источником этих ионов являются также микробиологические процессы, протекающие в почвах на площади водосбора, в донных отложениях, а также сточные воды различных предприятий.

Жесткость воды колеблется в широких пределах. Вода с жесткостью менее 4 мг-экв/дм 3 считается мягкой, от 4 до 8 мг-экв/дм 3 — средней жесткости, от 8 до 12 мг-экв/дм 3 — жесткой и выше 12 мг-экв/дм 3 — очень жесткой. Общая жесткость колеблется от единиц до десятков, иногда сотен мг-экв/дм 3 , причем карбонатная жесткость составляет до 70-80% от общей жесткости.

Обычно преобладает (до 70%) жесткость, обусловленная ионами кальция; однако, в отдельных случаях магниевая жесткость может достигать 50-60%. Жесткость морской воды и океанов значительно выше (десятки и сотни мг-экв/дм 3 ). Жесткость поверхностных вод подвержена заметным сезонным колебаниям, достигая обычно наибольшего значения в конце зимы и наименьшего в период половодья.

Высокая жесткость ухудшает органолептические свойства воды, придавая ей горьковатый вкус и оказывая действие на органы пищеварения.

Величина общей жесткости в питьевой воде не должна превышать 10.0 мг-экв/дм 3 . Особые требования предъявляются к технической воде (накипь.

Окисляемость: перманганатная и бихроматная (ХПК)

Величина, характеризующая содержание в воде органических и минеральных веществ, окисляемых одним из сильных химических окислителей при определенных условиях. Существует несколько видов окисляемости воды: перманганатная, бихроматная, иодатная, цериевая. Наиболее высокая степень окисления достигается методами бихроматной и иодатной окисляемости воды.

Выражается в миллиграммах кислорода, пошедшего на окисление органических веществ, содержащихся в 1 дм 3 воды.

Состав органических веществ в природных водах формируется под влиянием многих факторов. К числу важнейших относятся внутриводоемные биохимические процессы продуцирования и трансформации, поступления из других водных объектов, с поверхностным и подземным стоком, с атмосферными осадками, с промышленными и хозяйственно-бытовыми сточными водами. Образующиеся в водоеме и поступающие в него извне органические вещества весьма разнообразны по своей природе и химическим свойствам, в том числе по устойчивости к действию разных окислителей. Соотношение содержащихся в воде легко — и трудноокисляемых веществ в значительной мере влияет на окисляемость воды в условиях того или иного метода ее определения.

В поверхностных водах органические вещества находятся в растворенном, взвешенном и коллоидном состояниях. Последние в рутинном анализе отдельно не учитываются, поэтому различают окисляемость фильтрованных (растворенное органическое вещество) и нефильтрованных (общее содержание органических веществ) проб.

Величины окисляемости природных вод изменяются в пределах от долей миллиграммов до десятков миллиграммов в литре в зависимости от общей биологической продуктивности водоемов, степени загрязненности органическими веществами и соединениями биогенных элементов, а также от влияния органических веществ естественного происхождения, поступающих из болот, торфяников и т.п. Поверхностные воды имеют более высокую окисляемость по сравнению с подземными (десятые и сотые доли миллиграмма на 1 дм 3 ), исключение представляют воды нефтяных месторождений и грунтовые воды, питающиеся за счет болот. Горные реки и озера характеризуются окисляемостью 2-3 мг О/дм 3 , реки равнинные — 5-12 мг О /дм 3 , реки с болотным питанием — десятки миллиграммов на 1 дм 3 .

Окисляемость незагрязненных поверхностных вод проявляет довольно отчетливую физико-географическую зональность.

Физико-географическая зональность природных вод

источник