2 зертханалық жұмыс. Судың қышқылдығын анықтау

 Жұмыстың мақсаты: судың қышқылдығын анықтауды үйрену.

 2.1 Теориялық кіріспе

Қышқылдық деп судағы сутек иондарының (Н⁺)  көтеріңкі мөлшерін (рН<7,0) айтады. Металдарға қатысты қышқылдық өндірістік судың агрессивтілігінің елеулі көрсеткіші болып табылады. Сутек иондарының көтеріңкі концентрациясы Н-катиондау кезінде пайда болады. Бұл процесс өндірістік суларды әртүрлі катиондардың қоспаларынан тазарту үшін пайдаланылады. Процесс нәтижесінде барлық катиондар сутек (Н⁺) катионына (немесе, дәлірек,  ) алмасады. Егер судағы катион-қоспалары жеткілікті көп болса, катиондық тазалау (Н-катиондау) процесінің нәтижесінде  Н⁺ - иондарының концентрациясы айтарлықтай жоғары болуы мүмкін, бұл  судың жоғары қышқылдығына әкеледі.

Өндірістік сулардың қышқылдығы құрамында келесі заттардың болуына байланысты:

-         күшті қышқылдар, көбінесе тұз (HCl) және күкірт (H₂SO₄) қышқылдары;

-         әлсіз көп негізді қышқылдар, көбінесе көмір (H₂CO₃), фосфор (H₃PO₄) және кремний (H₂SiO₃) қышқылдары.

Бұл жағдайда зерттелетін ерітіндідегі қышқылдар титрленетін заттар болып, ал күшті негіз ерітіндісі, мысалы NaOH, титрант болып табылады. Қышқылдардың барлығы қосылған негізбен реакцияға түскенін анықтау үшін қышқылды-негізді индикаторлар пайдаланылады (мысалы фенолфталеин, метилоранж).

Ерітіндіде күшті және әлсіз көп негізді қышқылдар болатындықтан, титрлеу екі кезеңде жүреді деп болжауға болады:

I) Метилоранжбен титрлеу

Титранттың алғашқы үлестерін қосқанда, алдымен күшті қышқылдар реакцияға түседі:

HCl+NaOH→NaCl+H₂O;

H₂SO₄+2NaOH→ Na₂SO₄+2H₂O;

Барлық күшті қышқылдар реакцияға түскен, ал негіздің артық мөлшері әлі қосылмаған момент эквиваленттіктің бірінші нүктесіне сай келеді. Эквиваленттіктің бірінші нүктесінде күшті қышқылдар (Н⁺-иондарының көзі) және негіздер (ОН^--иондарының көзі) болмайды, сондықтан ерітіндінің рН-ы негізінде судың автопротолизі және қалған әлсіз қышқылдармен анықталады. Күшті қышқылдарды титрлеудің секірмесі  рН=5– 9 аралығында жатады. HCl және H₂SO₄ күшті қышқылдарымен қоса фосфор қышқылының бірінші саты бойынша титрленуі де жүреді

Күшті қышқылдарды титрлеудің соңғы нүктесін анықтау үшін индикаторларды қолдануға болады. Дәстүрлі түрде түстің өзгеру интервалы ∆рН=3,1÷4,4 болатын метилоранж индикаторы пайдаланылады. Метилоранж индикаторы эквиваленттік нүктеге жетпей түсін өзгертетінін еске ұстау қажет, демек күшті қышқылдардың кейбір мөлшері толық титрленбеген түрде қалады. Барлық күшті қышқылдар мен фосфор қышқылын бірінші саты бойынша титрлеу үшін бұл индикатор әбден жарамды.

2) Фенолфталеинмен титрлеу

Фенолфталеин индикаторымен титрлеу арқылы әлсіз қышқылдардың мөлшері анықталады: көмір (H₂CO₃), кремний (H₂SiO₃)  және екінші саты бойынша фосфор (NaH₂PO₄) қышқылдары.

Көмір (1-саты бойынша), кремний (толық) және фосфор (2-саты бойынша) қышқылдарын титрлеу үшін фенолфталеин индикаторы қолданылады, оның түсінің өзгеру интервалы ∆pH=8-10 құрайды.

Фенолфталеин индикаторымен титрлеу нәтижелері карбонаттар мөлшерінің жартысына (HСO₃^- күйіне дейін), фосфаттардың бір бөлігіне (HPO₄^2- күйіне дейін) және силикаттардың толық мөлшеріне сай келеді.

Көмір (Na₂CO₃ күйіне дейін) және фосфор (Na₃PO₄ күйіне дейін) қышқылдарын толық титрлеу іс жүзінде мүмкін емес, себебі бұл қышқылдардың диссоциациясының соңғы сатысындағы қышқылдық константалары өте төмен. Бұл қышқылдардың толық мөлшерін анықтау үшін кері титрлеу әдісін қолданады.

Жалпы қышқылдықты кері титрлеу әдісімен анықтау

Көмір және фосфор қышқылдарының мөлшерін анықтау үшін бастапқы талданатын ерітіндіге белгілі мөлшерде алынған сілтінің артық мөлшерін қосады. Сілті ерітіндідегі барлық қышқылдармен әрекеттеседі.

Реакцияға түспеген сілтінің артық мөлшерін тұз қышқылымен титрлейді:    NaOH + HCl → NaCl + H₂O.