Водородный показатель (рН)

Нормативный документ — ПНДФ 14.1:2:3:4.121−97.

Факторы формирования рН. Содержание ионов водорода (гидроксония — H₃O⁺) в природных водах определяется в основном количественным соотношением концентраций угольной кислоты и ее ионов:

CO₂ + H₂О H⁺ + HCO — 2 H⁺ + CO₃^2-

При диссоциации гидрокарбонатов Ca (HCО₃)₂ и Mg (HCO₃)₂ также образуются ионы HCO₃-. Увеличение их концентрации ведет к увеличению рН вследствие гидролиза.

Для удобства выражения содержания водородных ионов была введена величина, представляющая собой логарифм их концентрации, взятый с обратным знаком:

pH = - lg[H⁺] (6).

Для поверхностных вод, содержащих наибольшие количества двуокиси углерода, характерна слабощелочная реакция. Изменения величины рН тесно связаны с процессами фотосинтеза (из-за потребления СО₂ водной растительностью) и распада органических веществ.

Источником ионов водорода являются также гумусовые кислоты, присутствующие в кислых почвах, перегное и болотных водах.

Гидролиз солей тяжелых металлов имеет значение в тех случаях, когда в воду попадает значительное количество сульфатов железа, алюминия, меди и других металлов. В результате гидролиза выделяются ионы водорода.

Fe²⁺ + 2H₂O = Fe (OH)₂ + 2H⁺ (2).

Этот процесс характерен для вод шахт и рудников.

В фумарольных водах, связанных с вулканической активностью, величина рН бывает очень низкой из-за присутствия свободных сильных кислот. Сильные кислоты и основания могут содержаться в больших количествах в сточных водах промышленных предприятий.

Значения величины рН в поверхностных водах. Концентрация ионов водорода (в единицах рН) в речных водах обычно колеблется в пределах 6,5−6,0, океане — 7,9−8,3 рН. рН воды шахт и рудников достигает иногда единицы, а содовых озер и термальных источников — десяти. Концентрация ионов водорода подвержена сезонным колебаниям. Зимой величина рН для большинства речных вод составляет 6,8−7,4, летом 7,4−8,2.

Потенциометрический метод Метод предназначен для определения содержания ионов водорода в широком диапазоне рН (от 0 до 14) и температур (от 0 до 100^о С).

Принцип метода — стеклянный электрод представляет собой трубку с полым шариком на конце из специального электродного стекла с водородной функцией. В качестве внутреннего вспомогательного электрода используют хлорсеребряный электрод в стандартном растворе соляной кислоты или в хлоридном буферном растворе.

Характеристики метода Минимальная определяемая концентрация ионов водорода 10−14 мг-экв/дм³ (14 рН). Относительное стандартное отклонение U при рН от 0 до 14 составляет 0,4% (n=18). Продолжительность определения единичной пробы — 5 мин. Серию из 6 проб определяют в течение 30 мин.

Предварительные указания Перед измерениями рН необходимо подготовить рН-метр к работе. Для этого проверяют и устанавливают «механический нуль» прибора перед его включением. Включают рН-метр и после прогрева и установки «электрического нуля» корректируют его шкалу по двум буферным растворам, значения рН которых близки к рН исследуемых проб воды. Эти правила эксплуатации изложены в паспорте прибора и несколько варьируются в зависимости от конструкции прибора.

В комплектах современных рН-метров имеется несколько типов стеклянных электродов. Поэтому необходимо выбрать нужный тип в зависимости от температуры и рН исследуемых растворов.

Новый стеклянный электрод вымачивают в 0,1 н. растворе соляной кислоты в течение не менее 8 ч. Между определениями электрод хранят погруженным (нижняя часть с шариком-мембраной) в дистиллированную воду. Нельзя допускать пересыхания чувствительной мембраны. В противном случае вымачивание в 0,1 н. растворе соляной кислоты следует повторить.

Ход определения Электроды и термометр тщательно ополаскивают дистиллированной, а затем исследуемой водой. Исследуемую воду наливают в стакан и измеряют рН. Через 3 и 5 мин. повторяют измерения. Последние два показания прибора должны быть одинаковыми, так как время установления потенциала чистого электрода 2−3 мин.

Величина погрешности определения определяется по формуле: (д), % = 5,7 х рН.