В начало

Карбонаты и гидрокарбонаты

 

Основным источником гидрокарбонатных и карбонатных ионов в поверхностных водах являются процессы химического выветривания и растворения карбонатных пород типа известняков, мергелей, доломитов, например:

CaCO3 + CO2 + H2O <–> Сa2+ + 2HCO3-;

MgCO3 + CO2 + H2O <–> Mg2+ + 2HCO3-.

Некоторая часть гидрокарбонатных ионов поступает с атмосферными осадками и грунтовыми водами. Гидрокарбонатные и карбонатные ионы выносятся в водоемы со сточными водами предприятий химической, силикатной, содовой промышленности и т.д.

По мере накопления гидрокарбонатных и особенно карбонатных ионов последние могут выпадать в осадок:

Ca(HCO3)2 –> CaCO3 + H2O + CO2;

Сa2+ + CO32- –> CaCO3.

В речных водах содержание гидрокарбонатных и карбонатных ионов колеблется от 30 до 400 мг HCO3-/дм3, в озерах – от 1 до 500 мг HCO3-/дм3, в морской воде – от 100 до 200 мг/дм3, в атмосферных осадках – от 30 до 100 мг/дм3, в грунтовых водах – от 150 до
300 мг/дм3, в подземных водах – от 150 до 900 мг/дм3.

Карбонаты и гидрокарбонаты представляют собой компо­ненты, определяющие природную щелочность воды. Их содержание в воде обусловлено процессами растворения атмосферного СО2, взаимодействия воды с находящимися в прилегающих грунтах известняками и, конечно, жизненными процессами дыхания всех водных организмов.

Определение карбонат- и гидрокарбонат-анионов является титриметрическим и основано на их реакции с водородными ионами в присутствии фенолфталеина (при определении карбонат-анионов) или метилового оранжевого (при определении гидрокарбонат-анионов) в качестве индикаторов. Используя эти два индикатора, удается наблюдать две точки эквивалентности: в первой точке (рН 8,0-8,2) в присутствии фенолфталеина полнос­тью завершается титрование карбонат-анионов, а во второй (рН. 4,1-4,5) – гидрокарбонат-анионов. По результатам титрования можно определить концентрации в анализируемом растворе основных ионных форм, обуславливающих потребление кислот (гидроксо-, карбонат- и гидрокарбонат-анионов), а также величины свободной и общей щелочности воды, т.к. они находятся в стехиометрической зависимости от содержания гидроксол-, карбонат- и гидрокарбонат-анионов. Для титрования обычно используют титрованные растворы соляной кислоты с точно известным значением концентрации 0,05 г-экв/л либо 0,1 г-экв/л.

Определение гидрокарбонат-анионов основано на реакции:

СО3 2- + Н+ =НСО3.

Присутствие карбонат-аниона в концентрациях, определя­емых аналитически, возможно лишь в водах, рН которых более 8,0-8,2. В случае присутствия в анализируемой воде гидроксо-анионов при определении карбонатов протекает также реакция нейтрализации:

ОН-+2О.

Определение гидрокарбонат-анионов основано на реакции:

НСО3-+=СО22О.

Таким образом, при титровании по фенолфталеину в реак­ции с кислотой участвуют анионы ОН- и СО3 2- , а при титровании по метиловому оранжевому – ОН- , СО32- и НСО3- .

Величина карбонатной жесткости рассчитывается с уче­том эквивалентных масс участвующих в реакциях карбонат- и гидрокарбонат-анионов.

При анализе карбонатных природных вод правильность получаемых результатов зависит от величины потребления кис­лоты на титрование по фенолфталеину и метилоранжу. Если тит­рование в присутствии фенолфталеина обычно не вызывает труд­ностей, т.к. происходит изменение окраски от розовой до бесцветной, то в присутствии метилового оранжевого, при изме­нении окраски от желтой до оранжевой, определить момент окон­чания титрования иногда довольно сложно. Это может привести к значительной ошибке при определении объема кислоты, израсхо­дованной на титрование. В этих случаях, для более четкого выяв­ления момента окончания титрования, определение полезно прово­дить в присутствии контрольной пробы, для чего рядом с титруемой пробой помещают такую же порцию анализируемой воды (во вто­рой склянке), добавляя такое же количество индикатора.

В результате титрования карбоната и гидрокарбоната, ко­торое может выполняться как параллельно в разных пробах, так и последовательно в одной и той же пробе, для расчета значений концентраций необходимо определить общее количество кисло­ты (V0) в миллилитрах, израсходованной на титрование карбоната (VK) и гидрокарбоната (VГК). Следует иметь в виду, что при определении потребления кислоты на титрование по метилоранжу (Vмо) происходит последовательное титрование и карбонатов, и гидрокарбонатов. По этой причине получаемый объем кислоты Vмо содержит соответствующую долю, обусловленную присутствием в исходной пробе карбонатов, перешедших после реакции с катионом водорода в гидрокарбонаты, и не характеризует полностью концентрацию гидрокарбонатов в исходной пробе. Следовательно, при расчете концентраций основных ионных форм, обусловливающих потребление кислоты, необходимо учесть относительное потребление кислоты при титровании по фенолфталеину (Vф) и метилоранжу (Vмо). Рассмотрим несколько возможных вариантов, сопоставляя величины Vф и Vмо.

1.  Vф = 0. Карбонаты, а также гидроксо-анионы в пробе отсутствуют, и потребление кислоты при титровании по метилоранжу может быть обусловлено только присутствием гидрокарбонатов.

2.    Vф ¹ 0, причем 2Vф < Vмо. В исходной пробе отсутствуют гидроксо-анионы, но присутствуют и гидрокарбонаты, и карбонаты, причем доля последних эквивалентно оценивается как VК = 2VФ, а гидрокарбонатов – как VГК = VМО – 2VФ .

3.     2 VФ = Vмо. Гидрокарбонаты в исходной пробе отсутствуют, и потребление кислоты обусловлено содержанием практически только карбонатов, которые количественно переходят в гидрокарбонаты. Именно этим объясняется удвоенное, по сравнению с Уф, потребление кислоты Vмо.

4.     2 VФ> Vмо. В данном случае в исходной пробе гидрокарбонаты отсутствуют, но присутствуют не только карбонаты, но и другие потребляющие кислоту анионы, а именно – гидроксо-анионы. При этом содержание последних эквивалентно составляет Vон = 2VфVмо. Содержание карбонатов можно рассчитать, составив и решив систему уравнений:

 

 

5. VФ = Vмо. В исходной пробе отсутствуют и карбонаты, и гидрокарбонаты, и потребление кислоты обусловлено присутстви­ем сильных щелочей, содержащих гидроксо-анионы.

Присутствие свободных гидроксо-анионов в заметных ко­личествах (случаи 4 и 5) возможно только в сточных водах.

Массовые концентрации анионов (не солей!) рассчитыва­ются на основе уравнений реакций потребления кислоты кар­бонатами (Ск) и гидрокарбонатами (Сгк) в мг/л по формулам:

Ск= Vк • 60 •1000

2 • VA

Сгк = (Vгк-Vк) • Н • 61• 1000 ,

VA

 

где Vк и Vгк – объем раствора соляной кислоты, израсходованной на титрование карбоната и гидрокарбоната соответственно, мл;

Н – точная концентрация титрованного раствора соляной кислоты (нормальность), г-экв/л;

VA – объем пробы воды, взятой для анализа, мл; 60 и 61 – эквивалентная масса карбонат- и гидрокарбонат-аниона соответственно, в соответствующих реакциях;

1000 – коэффициент пересчета единиц измерений.

 

Результаты титрования по фенолфталеину и метилоранжу позволяют рассчитать показатель щелочности воды, который чис­ленно равен количеству эквивалентов кислоты, израсходован­ной на титрование пробы объемом 1 л. При этом потребление кис­лоты при титровании по фенолфталеину характеризует свободную щелочность, а по метилоранжу – общую щелочность, которая измеряется в мг-экв/л. Показатель щелочности используется в Рос­сии, как правило, при исследовании сточных вод. В некоторых других странах (США, Канаде, Швеции и др.) щелочность опре­деляется при оценке качества природных вод и выражается мас­совой концентрацией в эквиваленте СаСО3.

Следует иметь в виду, что при анализе сточных и загрязнен­ных природных вод получаемые результаты не всегда корректно отражают величины свободной и общей щелочности, т.к. в воде, кроме карбонатов и гидрокарбонатов, могут присутствовать соеди­нения некоторых других групп.

 


Разблокировка Huawei E5372
Разблокировка Huawei E5372


MasterCard Virtual 3 + Выписка
MasterCard Virtual 3 + Выписка


XBOX LIVE CARD 2000 РУБЛЕЙ
XBOX LIVE CARD 2000 РУБЛЕЙ