Что такое свободная щелочь

Щелочность воды

Что такое щелочность?

Щелочность воды (pH 7,0 или выше) вызвана в первую очередь присутствием растворенных веществ, нейтрализующих кислоту. Она относится к балансу углекислого газа в воде и является функцией pH.

Три основных иона в воде, которые способствуют щелочности:

Щелочность измеряется двумя различными индикаторами: щелочность по фенолфталеину (р-щелочность) определяет содержание в воде сильных щелочей; щелочность по метилоранжу (м-щелочность) определяет общую щелочность в воде.

Общая щелочность (м-щелочность)

Общую щелочность определяют титрованием пробы воды до значения pH 4,9, 4,6, 4,5 или 4,3, в зависимости от количества присутствующего диоксида углерода.

Свободная щелочность (щелочность по фенолфталеину или p-щелочность)

Карбонатная щелочность

Щелочность, создаваемая гидрокарбонатными и карбонатными ионами. Определяется титрованием пробы воды до значения рН 5,4.

Для чего необходим анализ на щелочность воды?

Щелочность является важным фактором во многих сферах применения, от питьевой воды и напитков до котловой / охлаждающей воды, а также при очистке сточных вод.

Щёлочность — важный параметр качества воды. Повышенное содержание свободной щёлочности говорит о загрязнении источника. Значения общей и карбонатной щёлочности дают понимание о балансе карбонатов и гидрокарбонатов и какие процессы происходят в воде, а также о связи этого баланса с pH. Данный параметр также используются в оценке ее пригодности для использования в технологических процессах и устройствах, например парогенераторах, отопительных котлах, бойлерах и т.д.

Как определить щелочность воды?

Титрование

Колориметрия

Тест-полоски и тест наборы

Источник

Щёлочность, гидрокарбонат-ион

Щёлочность

Описание: многоуровневый интегральный параметр, отражающий концентрацию анионов слабых органических и неорганических кислот в воде, в основном — угольной. Характеризует направленность гидро- и геохимических процессов, коррозионной агрессивности воды по отношению к бетону, стали, отопительным котлам, парогенераторам.

Методы определения: титриметрия с использованием индикаторов, потенциометрическое определение.

Типы щёлочности

Методики, используемые в Испытательном центре МГУ определения концентрации гидрокарбонатов в природных средах

Распространённость: гидрокарбонаты HCO − ₃, карбонаты CO 2− ₃, гидроксид-ион OH − и ионы слабых органических и неорганических кислот появляются в природной воде естественным образом в процессе растворения в воде углекислого газа, минералов и вмещающих пород при контакте воды с почвой. Поэтому практически все типы вод характеризуются щёлочностью отличной от нуля. Щёлочность тесно связана с показателем pH, поэтому разные щёлочности могут не присутствовать в воде одновременно.

Нормирование

С нормированием щёлочностей дела обстоят сложно. Сама по себе эта группа параметров в воде не нормируется. Однако нормируются гидрокарбонаты (только в бутилированной воде), частично обуславливающие значение щёлочностей. Содержание карбонатов напрямую не нормируются, но, если учесть, что в питьевой воде строго нормируется pH, свободная щёлочность в питьевой воде должна быть равна нулю.

Предельно допустимая концентрация (ПДК) гидрокарбонатов в различных типах вод

Польза и вред

Несмотря на то, что щёлочность не нормируется в большей части типов вод (кроме бутилированной), у щёлочности есть физиологическое воздействие: при употреблении воды с повышенной щёлочностью неизбежны негативные последствия для организма. Наиболее опасна свободная щёлочность. Общую и карбонатную щёлочности (при отсутствии свободной) лучше контролировать по содержанию гидрокарбонатов. Их содержание не должно превышать 400 мг/л.

При повышенной щёлочности наблюдается:

Методы очистки воды

Появление в питьевой воде свободной щёлочности говорит о наличии загрязнения источника.

При загрязнении источника такими загрязнителями очистка воды, как правило, не целесообразна — необходимо проводить очистку самого источника. В случае, если без очистки воды не обойтись, предпочтительнее использовать обратный осмос.

Щёлочность — важный интегральный параметр состояния воды. Повышенное содержание свободной щёлочности говорит о загрязнении источника. Общая и карбонатная щёлочности позволяют судить о происходящих в воде процессах и о балансе карбонатов и гидрокарбонатов, а также о связи этого баланса с показателем pH. Также параметры используются для оценки пригодности воды для использования в технологических процессах и устройствах, например парогенераторах, отопительных котлах, бойлерах и т.д.

Источник

«Потенциометрическое определение свободной и общей щелочности в воде»

урока на тему: Потенциометрическое определение
свободной и общей щелочности в воде

Разработал: учитель химии
Конев Иван Александрович

Санкт-Петербург 2020 г.

Методическая разработка урока химии по теме «Потенциометрическое определение свободной и общей щелочности воды» представляет собой модель урока по химии в соответствии с системно-деятельностным подходом, может быть использована на уроках химии в 11 классе при изучении темы «Водородный показатель», а также на внеурочной деятельности по химии и экологии (Приложение 2).

Сформировать понятие о pH, проверка глубины усвоения знаний о классификации химических веществ, умение использовать лабораторное оборудование, производить математические расчёты по химическим формулам.

Задачи:
Образовательные:
1. Познакомить учащихся с титриметрическим методом анализа, познакомить с понятием свободной и общей щелочности; концентрациями ионов Н+ в кислых, нейтральных и щелочных растворах; с методами определения свободной и общей щелочности воды; познакомить учащихся с нормативными документами (ГОСТами), стандартизацией и метрологией.
2. Актуализировать знания учащихся о реакции среды растворов кислот и щелочей; изменении значения рН в различных средах.
3. Определить с учащимися свободную и общую щелочность в питьевой и природной водах с помощью датчика.
Воспитательные:
Способствовать развитию творческого отношения к учебной деятельности; воспитание аккуратности и внимательности при выполнении работ с лабораторным оборудование, посудой и химическими реактивами.
Развивающие:
Развивать практические навыки для проведения химического эксперимента.

Тип урока: урок практика

Учебно-материальные: компьютер, проектор, интерактивная доска, презентация PowerPoint (при необходимости); ноутбуки для учащихся (при возможности), рабочая тетрадь.

Оборудование и реактивы: колба коническая, колба мерная, пипетки градировочные или Мора, бюретка, штатив лабораторный, магнитная мешалка, школьная мобильная лаборатория с датчиком рН, Анион-7000 с датчиком рН (или любое другое лабораторное оборудование позволяющее измерение рН в диапазоне от 0 до 14), кислота соляная,

Шкала показателей pH при этом варьирует в диапазоне от 0 до 14. Если pH воды менее 7, то она является кислой, а если более 7 – тогда щелочной. Норма pH для поверхностных водных систем составляет 6,5–8,5, для подземных – 6–8,5.

Уровень pН воды показывает уровень кислотности или щелочности среды, а кислотность и щелочность характеризуется количественным содержанием в воде элементов, нейтрализующих щелочь и кислоту.

Что такое свободная и общая щелочность воды?

Щелочностью называется содержание в воде веществ, вступающих в реакцию с сильными кислотами. К этим веществам относятся:

– слабые основания: аммиак, анилин, пиридин и т.п.;

– анионы слабых кислот, анионы гуминовых кислот.

Различают три формы щелочности: свободную, карбонатную и общую.

Свободная щелочность обусловлена гидроксильными и карбонатными ионами. Ее определяют количеством кислоты, идущей на титрование воды до pH 8,3.

Общая щелочность обусловлена присутствием в воде анионов слабых кислот органического и неорганического происхождения, а также гидроксильных ионов.

В пресных незагрязненных водах карбонатная щелочность настолько велика по сравнению со щелочностью, вносимой другими анионами, что ее можно принимать равной общей щелочности.

Основным источником карбонатных и гидрокарбонатных ионов в поверхностных водах являются процессы химического выветривания и растворения карбонатных пород типа известняков, доломитов. Например,

Некоторая часть гидрокарбонатных ионов появляется в результате метаморфизации продуктов химического выветривания изверженных пород:

Значительные количества гидрокарбонатных ионов поступают 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, образуя малорастворимые соединения с ионами кальция, могут выпадать в осадок:

Этот процесс имеет очень важное значение в природе, поскольку от него зависит образование толщ карбонатных пород.

В поверхностных водах гидрокарбонатные и карбонатные ионы присутствуют главным образом в растворенном состоянии. Некоторая часть карбонатных ионов может находиться во взвешенном состоянии и близком к коллоидному состоянию в виде высокодисперсных частиц карбоната кальция.

В растворе между гидрокарбонатными и карбонатными ионами существует подвижное равновесие, определяемое константами диссоциации, характеризующими первую и вторую ступень диссоциации угольной кислоты

В речных водах содержание гидрокарбонатных ионов колеблется от 30 до 400 мг/дм3, в озерах – от 1 до 500 мг/дм3. Концентрация их в морских водах колеблется в более узких пределах от 100 до 200 мг/дм3, в атмосферных осадках она составляет 30 – 100 мг/дм3, в грунтовых водах − от 150 до 300 мг/дм3. В подземных водах их содержание заметно возрастает от 150 до 900 мг/дм3.

Щелочность является важной характеристикой поверхностных вод, по которой можно судить о важнейших гидрохимических и геохимических процессах, таких как формирование химического состава вод, эрозия земной поверхности, образование карбонатных пород и т.д.

В технике величина щелочности весьма существенна, поскольку от нее зависит коррозия бетона и выпадение карбонатной накипи в котлах, питающих различные паросиловые установки.

Для определения щелочности вод используют следующие методы: прямого титрования, обратного титрования и потенциометрические.

Методы прямого титрования основаны на титровании пробы воды сильной кислотой (НСl, H₂SO₄). В этих случаях предпочтительны различные варианты потенциометрических методов, в которых пробу исследуемой воды титруют сильной кислотой до определенного значения рН, определяемого с помощью рН-метра. На результаты не оказывают влияние следы активного хлора, мутность и окраска воды.

При составлении практической части, термины и определения, расчетные формулы заимствованы из (ГОСТ 31957-2012 Вода. Методы определения щелочности и массовой концентрации карбонатов и гидрокарбонатов).

.

.

1. Приготовление основного раствора соляной кислоты молярной концентрации 0,1 моль/дм 3

Основной раствор соляной кислоты молярной концентрации
0,1 моль/дм 3 готовят из стандарт-титра в соответствии с прилагаемой инструкцией.

При отсутствии стандарт-титра допускается готовить основной раствор соляной кислоты из концентрированной следующим способом: в мерную колбу вместимостью 1000 см вносят небольшое количество дистиллированной воды и добавляют (8,6±0,1) мл концентрированной соляной кислоты (р=1,16 г/см 3 ). Объем раствора доводят дистиллированной водой до метки и перемешивают.

2. Приготовление раствора соляной кислоты молярной концентрации 0,02 моль/дм 3

В мерную колбу вместимостью 500 см вносят (100±1) мл раствора соляной кислоты (1). Доводят объем до метки дистиллированной водой и тщательно перемешивают.

3. Приготовление раствора соляной кислоты молярной концентрации 0,05 моль/дм 3

В мерную колбу вместимостью 1000 см вносят (500±1) см раствора соляной кислоты (1). Доводят объем до метки дистиллированной водой и тщательно перемешивают.

*Допускается использование других объемов посуды.

Определение свободной щелочности.

Собирают установку (Приложение 1).

В коническую колбу вместимостью 250 мл вносят 100 мл анализируемой пробы воды ( V ₁ ), помещают его на магнитную мешалку, опускают в стакан магнитный мешатель и электроды рН-метра. Включают мешалку и перемешивают с небольшой скоростью. Измеряют исходное значение рН анализируемой пробы воды и, если рН равен или менее 8,3, то свободную щелочность воды принимают равной нулю. Если же исходное значение рН воды более 8,3, то приступают к титрованию.
Опускают наконечник бюретки как можно ближе к поверхности воды и титруют при постоянном перемешивании раствором соляной кислоты молярной концентрацией 0,05 моль/дм 3 до достижения значения рН 8,30±0,05 ед. рН. Записывают объем соляной кислоты пошедшей на титрование ( V ₂ ).

Если на титрование анализируемой пробы воды израсходовано более 10 мл соляной кислоты, то для титрования берут меньший объем анализируемой пробы, доводят до 50 мл дистиллированной водой и повторяют титрование.

Определение общей щелочности.

После определения свободной щелочности продолжают титрование анализируемой пробы воды тем же раствором соляной кислоты, использованным при определении свободной щелочности. Пробу титруют до достижения значения рН (4,50±0,05) ед. рН. При этом в конце титрования соляную кислоту добавляют медленно. Записывают объем соляной кислоты, израсходованный на титрование ( V ₃ ).

Для точности определения проводят не менее двух титрований, при этом расхождение между значениями общих объемов соляной кислоты, израсходованных на титрование, не должно превышать 0,05 мл.

Расчет по формулам

где С (НС I ) – концентрация раствора соляной кислоты;

Расчет содержания карбонат- и гидрокарбонат-ионов

Для определения содержания карбонат- и гидрокарбонат-ионов используют значения свободной щелочности , применяя соотношения между свободной и общей щелочностью, приведенные в таблице 1.

где — концентрация гидрокарбонатов, определенная в соответствии с таблицей 1.

где — молярная концентрация карбонатов, определенная в соответствии с таблицей 1.

Расчет относительной погрешности на результат измерения

Источник

Форум химиков

Свободная щелочь.

Свободная щелочь.

Сообщение Афонина Юлия » Пт ноя 21, 2014 7:00 pm

Re: Свободная щелочь.

Сообщение Shorku » Пт ноя 21, 2014 7:10 pm

Re: Свободная щелочь.

Сообщение Афонина Юлия » Пт ноя 21, 2014 7:18 pm

Re: Свободная щелочь.

Сообщение avor » Пт ноя 21, 2014 7:50 pm

Щелочь она разная бывает натриевая и калиевая. Потом этот ваш раствор он ведь не только из кислоты и щелочи состоит. И наконец что такое свободная щелочь. Например. есть ли свободная щелочь в растворе карбоната натрия?

И еще: а зачем вам знать есть она или нет?

Re: Свободная щелочь.

Сообщение Афонина Юлия » Пт ноя 21, 2014 8:19 pm

avor писал(а): Щелочь она разная бывает натриевая и калиевая. Потом этот ваш раствор он ведь не только из кислоты и щелочи состоит. И наконец что такое свободная щелочь. Например. есть ли свободная щелочь в растворе карбоната натрия?

И еще: а зачем вам знать есть она или нет?

Состав автошампуня
Комлексообразователи примерно 4%, ПАВ 18 %, растворитель (вода), NaoH 8%, и лимонная кислота 2%. Хочу расчитать какое количество щелочи было погашено и сколько осталось в свободном виде. Данные мне эти нужны, для того, что в дальнейшем хочу уйти от лимонки в составе, и заменить щелочью.

Re: Свободная щелочь.

Сообщение Polychemist » Пт ноя 21, 2014 8:27 pm

Re: Свободная щелочь.

Сообщение Shorku » Пт ноя 21, 2014 8:29 pm

Re: Свободная щелочь.

Сообщение Jinn » Пт ноя 21, 2014 8:32 pm

Когда определяют массовую долю свободной щелочи, пересчитывают на NaOH, хотя и разные катионы в растворе могут быть. Неизвестно какие у Вас ПАВы и комплексообразователи, там же может тоже щелочь быть. Нетрудно же оттитровать. Берете 50 г раствора, разбавляете 200 г воды, и обычное прямое титрование 0,1М серной или соляной кислотой с фенолфталеином.

[ Post made via iPad ]

Источник

Что такое свободная щелочь

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР

Методы определения свободной и связанной щелочи

Cosmetics. Methods for determination of free and tied alkali

Дата введения 1993-01-01

1. РАЗРАБОТАН И ВНЕСЕН Министерством медицинской промышленности СССР

А.Л.Войцеховская, канд. хим. наук; Т.Б.Залетова; Н.Н.Калинина, канд. хим. наук; Г.П.Карева, канд. хим. наук; Н.Б.Логинова; А.Б.Скворцова, канд. хим. наук; Н.М.Шехтман, канд. хим. наук

2. УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Комитета стандартизации и метрологии СССР от 24.12.91 N 2061

5. ССЫЛОЧНЫЕ НОРМАТИВНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ДОКУМЕНТЫ

Обозначение НТД, на который дана ссылка

Номер раздела, пункта

Настоящий стандарт распространяется на косметические изделия и устанавливает методы определения щелочи:

общей (суммы свободной и связанной);

свободной и связанной;

свободной в продуктах, содержащих карбонаты кальция и магния.

1. МЕТОД ОТБОРА ПРОБ

2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОБЩЕЙ (СУММЫ СВОБОДНОЙ И СВЯЗАННОЙ) ЩЕЛОЧИ

2.1. Сущность метода

Метод основан на титровании водорастворимой щелочи раствором кислоты в присутствии индикатора метилового оранжевого.

2.2. Аппаратура и реактивы

Весы лабораторные общего назначения по ГОСТ 24104*, 2-го класса точности, с наибольшим пределом взвешивания 200 г.

Термометр жидкостный стеклянный по ГОСТ 28498 и нормативно-технической документации с интервалом температур 0-100 °С и ценой деления 1 °С.

Колба П-2-250-34 ТХС по ГОСТ 25336.

Цилиндр 1-25 (100) по ГОСТ 1770.

Метиловый оранжевый (индикатор), раствор с массовой долей индикатора 0,1%, приготовление по ГОСТ 4919.1.

Вода дистиллированная по ГОСТ 6709.

Допускается применение аппаратуры с аналогичными техническими и метрологическими характеристиками, а также реактивов по качеству не ниже указанных в настоящем стандарте.

2.3. Проведение испытания

В плоскодонной колбе взвешивают от 1 до 5 г продукта, результат взвешивания в граммах записывают до четвертого десятичного знака, приливают 100 см горячей воды температурой 80-100 °С, встряхивают, а затем после охлаждения до комнатной температуры прибавляют 2-3 капли раствора метилового оранжевого и титруют раствором соляной кислоты до изменения желтой окраски в розовую.

2.4. Обработка результатов

Массовую долю общей щелочи ( ) в процентах вычисляют по формуле

,

— молярная масса эквивалента щелочи;

— масса навески вещества, г.

За результат испытания принимают среднее арифметическое результатов двух параллельных определений, допускаемое расхождение между которыми не должно превышать 0,3% для продуктов с массовой долей щелочи до 2,0%; интервал суммарной погрешности измерения ±0,2% при доверительной вероятности 0,95.

3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СВОБОДНОЙ И СВЯЗАННОЙ ЩЕЛОЧИ

3.1. Сущность метода

3.2. Аппаратура и реактивы

Весы лабораторные общего назначения 2-го класса точности с наибольшим пределом взвешивания 200 г по ГОСТ 24104.

Термометр жидкостный стеклянный по ГОСТ 28498 и нормативно-технической документации с интервалом температур 0-100 °С и ценой деления 1 °С.

Колба П-2-250-34 ТХС по ГОСТ 25336.

Цилиндр 1-25 (100) по ГОСТ 1770.

Фенолфталеин (индикатор), спиртовой раствор с массовой долей индикатора 1%, приготовление по ГОСТ 4919.1.

Метиловый оранжевый (индикатор), раствор с массовой долей индикатора 0,1%, приготовление по ГОСТ 4919.1.

Вода дистиллированная по ГОСТ 6709.

Спирт этиловый ректификованный по ГОСТ 5962*.

Допускается применение аппаратуры с аналогичными техническими и метрологическими характеристиками, а также реактивов по качеству не ниже указанных в настоящем стандарте.

3.3. Проведение испытания

В плоскодонной колбе взвешивают от 1 до 5 г продукта, результат взвешивания в граммах записывают до четвертого десятичного знака, приливают 100 cм горячей воды температурой 80-100 °С, встряхивают, а затем после охлаждения до комнатной температуры прибавляют 2-3 капли раствора фенолфталеина (при наличии свободной щелочи раствор окрашивается в малиновый цвет) и титруют раствором кислоты до обесцвечивания. Замечают объем раствора кислоты ( ), израсходованный на титрование.

Для определения связанной щелочи в ту же колбу прибавляют 2-3 капли раствора метилового оранжевого (раствор окрашивается в желтый цвет) и продолжают титрование раствором кислоты до появления розового окрашивания. Замечают израсходованный объем раствора кислоты ( ).

3.4. Обработка результатов

Массовую долю свободной щелочи ( ) в процентах вычисляют по формуле

,

массовую долю связанной щелочи ( ) в процентах вычисляют по формуле

,

Источник