Определение PH, хлоридов , железа и общей жесткости воды

Министерство  образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное  бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального  образования

Санкт-Петербургский государственный  горный университет

 

 

Кафедра геоэкологии

 

Лабораторная  работа №1

«Определение PH, хлоридов , железа и общей жесткости воды»

 

По дисциплине:                                      Экология                                                       .

^{(наименование  учебной дисциплины  согласно учебному плану)}

Выполнил студент:        ЭРг - 09                      ___   ____              Приставко Р.А..

                                                            ^{(шифр группы)                                   (подпись)                                      (Ф.И.О)}

Оценка: ______________

 

Дата: ________________

 

Проверил:          __ _____                                    ________              Карельский Д.С.

                                          ^{(должность)                                                         (подпись)                                     (Ф.И.О)}

 

 

Санкт-Петербург

2013

 

Цель работы

Определение PH, хлоридов, железа и общей жесткости воды из под крана.

Общие сведения

Водородный  показатель PH

Водородный показатель  pH  — мера активности (в очень разбавленных растворах она эквивалентна концентрации) ионов водорода в растворе, и количественно выражающая его кислотность, вычисляется как отрицательный (взятый с обратным знаком) десятичный логарифм активности водородных ионов, выраженной в молях на литр:

Организм человека в значительной степени состоит из воды, среды, в  которой перемещаются питательные  вещества, кислород и др. важные для  организма элементы. Водная среда организма может иметь кислотные или щелочные свойства, которые определяются по специальной шкале, называемой pH-фактором (pH - potential hydrogen - потенциальный водород). Если уровень pH находится в пределах от 1,0до 6,9, то среда называется кислой, 7,0 - нейтральная среда, а при уровне pH от 7,1 до 14,0 среда является щелочной. Чем ниже pH фактор, тем выше кислотность, чем 
выше pH, тем выше щелочность среды. 

 

Почему необходимо заботится об уровне pH в организме? 

Так как организм человека на 60-70% состоит из воды, уровень pH оказывает сильное влияние на химические процессы происходящие в организме, а соответственно и на здоровье человека. Несбалансированный pH-фактор - это уровень pH, при котором среда организма становится слишком кислой или слишком щелочной на длительный промежуток времени. Увеличение дисбаланса pH-фактора плохо сказывается на организме человека в целом. Действительно, управление уровнем pH настолько важно, что организм человека сам развил функции контроля кислотно-щелочного баланса в каждой клетке. Все регулирующие механизмы организма (включая дыхание, обмен веществ, производство гормонов) направлены на уравновешивания уровня pH путем удаления едких кислотных остатков из тканей организма, не повреждая живые клетки. Если уровень pH становится слишком низким (кислым) или слишком высоким (щелочным), то клетки организма отравляют сами себя своими токсичными выбросами и погибают. 

 

 

Действительно ли опасен несбалансированный уровень pH? 

Да, действительно это  так. Никакой организм не функционирует нормально в чрезмерно кислой или чрезмерно щелочной среде, а особенно организм человека. Так же как кислотный дождь может уничтожить лес, так и дисбаланс уровня pH в организме непрерывно разъедает всю ткань тела, медленно уничтожая 85000 км наших вен и артерий. Если не контролировать уровень pH организма, то дисбаланс pH-фактора может привести к замедлению и прекращению функционирования клеток, остановке сердца... Таким образом, уровень pH непосредственно связан с жизнедеятельностью всего человеческого организма в целом.  

 

Может ли несбалансированный уровень pH привести к серьёзным проблемам? 

Да, особенно с возрастом. Этот процесс может проходить  незаметно многие годы, несбалансированный уровень pH приводит к прогрессированию большинства, если не всех, дегенеративных болезней, включая сердечнососудистые заболевания, рак, диабет, а так же приводит к увеличению веса. По данным Американского Национального Центра Статистики Здоровья устранение только сердечнососудистых заболеваний увеличило бы продолжительность жизни на 9,78 лет, т.е. почти на 10 лет!

 

Общая жесткость  воды

Общая жесткость - это природное свойство воды, обусловленное наличием так называемых солей жесткости, т.е. всех солей кальция и магния в сырой воде (сульфатов, хлоридов, карбонатов, гидрокарбонатов и др.).

Сегодня общую жесткость воды выражают в единицах СИ - мг-экв/л. В прошлом  пользовались градусами жесткости  или "немецкими" градусами (°Н). Было принято, что 1 °Н жесткости отвечает 10 мг СаО в 1 л воды.

Вода с общей жесткостью до 3,5 мг-экв/л (10°) считается мягкой, от 3,5 до 7 мг-экв/л (10-20°) - умеренно жесткой, от 7 до 10 мг-экв/л (20-28°) - жесткой и свыше 10 мг-экв/л (28°) - очень жесткой.

Впервые норматив общей жесткости  воды был предложен в 1874 г. в Германии в качестве средней величины жесткости воды водоемов Саксон-Веймарского герцогства. Этот норматив составлял 18-20°, или приблизительно 7 мг-экв/л. Такую же величину рекомендовал и Ф.Ф. Эрисман в 1898 г. Вскоре, принимая во внимание разные местные условия, для некоторых регионов были предложены другие нормативы.

Обосновывая норматив общей жесткости  питьевой водопроводной воды, прежде всего необходимо учитывать ее влияние  на органолептические свойства. Известно, что значительное содержание солей  жесткости, особенно магния сульфата, придает воде горький вкус. Потребители ощущают этот вкус, если общая жесткость воды превышает 7 мг-экв/л. При этом они отказываются от употребления такой воды и изыскивают альтернативные источники водоснаб- жения, вода которых может оказаться небезопасной в эпидемиологическом или токсикологическом отношении.

Чтобы вода не имела горького вкуса  интенсивностью выше 2 баллов, ее общая  жесткость не должна превышать 7 мг-экв/л. Иначе говоря, доброкачественная  вода должна быть мягкой (с общей жесткостью до 3,5 мг-экв/л) или умеренно жесткой (от 3,5 до 7 мг-экв/л). То есть верхний предел общей жесткости питьевой воды - 7 мг-экв/л - установлен на основании ее влияния на орга-нолептические свойства.

Со временем было доказано, что в зависимости от жесткости вода по-разному влияет на здоровье людей. Резкий переход при пользовании от мягкой воды к жесткой, а иногда и наоборот, может вызвать у людей диспепсию, обусловленную прежде всего наличием в воде магния сульфата. В районах с жарким климатом пользование водой с высокой жесткостью приводит к ухудшению течения мочекаменной болезни. Теория об этиологической роли жесткости воды в развитии этого заболевания дала возможность урологам выделить так называемые каменные зоны - территории, на которых уролитиаз можно считать эндемическим заболеванием. Питьевая вода, которой пользуются жители этих зон, характеризуется повышенной жесткостью. Опыты на животных подтвердили, что электролиты, обусловливающие жесткость воды, могут быть одними из этиологических факторов развития уролитиаза.

Соли жесткости нарушают всасывание жиров вследствие их омыления и образования в кишечнике  нерастворимых кальциево-магниевых  мыл. При этом ограничивается поступление  в организм человека эссенциальных  веществ - полиненасыщенных жирных кислот, жирорастворимых витаминов, некоторых микроэлементов. В частности, вода с жесткостью свыше 10 мг-экв/л в регионах, эндемичных в отношении гипомикроэлементоза йода (организм человека нуждается как минимум в 120 мкг йода в сутки, оптимально -200 мкг), повышает риск заболевания эндемическим зобом.

 

Хлориды в воде

Природное содержание хлоридов в воде в зависимости  от условий формирования водоема может быть разным: от десятков до сотен миллиграммов на литр. В проточных водоемах содержание хлоридов обычно невелико — до 20—30 мг/л. Незагрязненные грунтовые воды в местностях с не солончаковой почвой обычно содержат до 30—50 мг/л хлоридов. В водах, фильтрующихся через солончаковую почву или осадочные породы, может содержаться сотни и даже тысячи миллиграммов хлоридов в 1 л, хотя вода может быть безукоризненной в эпидемиологическом отношении. Поэтому, используя хлориды как показатель эпидемиологической безопасности, необходимо учитывать местные условия формирования качества воды. Хлорид-ион — самый распространенный в организме человека анион, который играет важную роль в обеспечении осмотического давления межклеточной жидкости и крови и поддержании водно-электролитного баланса.

 Ежесуточно в организм человека вместе с продуктами питания при условии употребления соли поступает от 6 до 12 г хлоридов, большинство из которых выводится преимущественно (85—90%) почками. Среднесуточное поступление хлоридов с питьевой водой составляет приблизительно 100 мг, что значительно меньше, чем количество хлоридов, поступающих с пищей. Поэтому ясно, что хлориды воды существенно не влияют на физиологические и биохимические процессы в организме человека. Доказано лишь то, что вода, содержащая большое количество хлоридов, неблагоприятно влияет на желудочную секрецию.

В то же время  хлориды способны придавать воде соленый вкус, ухудшая ее органолептические свойства. Поэтому они и входят в группу химико-орга-нолептических показателей качества воды. Доказано, что пороги чувствительности вкуса для хлоридов натрия, калия и кальция составляют соответственно 210, 310 и 222 мг/л. Потребители ощущают соленый вкус воды, если содержание хлоридов в ней превышает 350 мг/л. Сульфаты, как и хлориды, влияют на органолептические свойства воды. Они придают ей горький вкус. Пороговые концентрации по влиянию на вкус воды составляют для натрия, кальция и магния сульфата соответственно 500, 900 и 600 мг/л. Горький вкус становится ощутимым для большинства потребителей, если содержание сульфатов в воде превышает 500 мг/л. Кроме того, сульфаты в количестве 1—2 г оказывают слабительное действие. Также влияет вода, если содержит 700 мг/л магния сульфата. Однако со временем организм человека адаптируется к таким и даже более высоким концентрациям сульфатов в воде. Чтобы питьевая вода не имела соленого или горького вкуса интенсивностью более 2 баллов, концентрация хлоридов не должна превышать 350 мг/л, а сульфатов — 500 мг/л, что и отражено в государственном стандарте на питьевую водопроводную воду. Кроме того, сульфаты и хлориды в питьевой водопроводной воде всегда содержатся одновременно. Поэтому они оказывают комбинированное воздействие на вкусовые рецепторы, результатом которого является усиление вкусовых ощущений. И если в отдельности хлориды в концентрации 350, а сульфаты —500 мг/л не ухудшают органолептических свойств воды, то присутствуя одновременно они придают ей ощутимый вкус интенсивностью свыше 2 баллов. Чтобы при этих условиях потребители не ощущали вкус, т. е., чтобы он не превышал 2 баллов, необходимо, чтобы сумма концентраций хлоридов и сульфатов, выраженная в долях от пороговых каждого вещества в отдельности, не превышала 1.

Порядок работы

Водородный  показатель PH

В пробирку наливаем 5 мл исследуемой воды, 0. 1 мл универсального индикатора, перемешиваем и по окраске раствора оцениваем величину рН.

Розово - оранжевая              рН около  5

Светло-желтая            pH -  6

Светло - зелёная            рН -  7

Зеленовато-голубая             рН -  8

рН можно  определяем с помощью индикаторной бумаги, сравнивая её окраску со шкалой.

Определение ионов железа

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

К 10мл исследуемой  воды прибавляем 1-2 капли HCl и 0, 2 мл (4 капли) 50%-го раствора KNCS. Перемешиваем ждем в течении 20 минут, затем наблюдаем изминение окраски. Примерное содержание железа находят по таблице. Метод чувствителен, можно определить до 0, 02 мг/л.

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

 

Определение хлорида натрия в воде

Оборудование  и реактивы: Пипетка объемом 10мл,проба воды, калий хроматный индикатор, 50мл раствора AgNO3 (2, 73г на 10мл).

 Наливаем 10мл исследуемой воды в коническую колбу и добавляем 2капли калий-хроматного индикатора. Из бюретки оттитровываем хлорид-ион раствором AgNO3, постоянно встряхивая коническую колбу. В конечной точке титрования осадок AgCl окрашивается в красный цвет. Дважды повторием титрование с 10мл исследуемой воды.

Подсчитать  среднее количество израсходованного AgNO3. Объем израсходованного AgNO3 приблизительно равен содержанию хлоридов в пробе  воды (в г/л).

Определение жесткости воды методом титрования

Наливаем  10мл исследуемой воды в пробирку и  добавляем по каплям раствор титранта до того момента пока вода не начнет приобретать стабильную синюю окраску.   Объем, затраченного титранта и будет  приблизительно соответствовать средней жесткости воды.

Полученные  результаты

PH воды - 7

Общая жесткость воды – 8

Концентрация железа – 0.1 мг/л