- •Пенза – 2011
- •Методические указания
- •Определение водородного показателя воды и почвы
- •Задание на выполнение лабораторной работы
- •Теоретические основы исследования
- •2.1 Экологическая роль водородного показателя
- •2.2 Принцип потенциометрического метода
- •Экспериментальная часть
- •3.1 Техника безопасности при проведении лабораторной работы
- •3.2 Приборы и посуда
- •3.3 Описание и подготовка к работе рН-метра рХ-150мп
- •Электролитический ключ вспомогательного электрода; 2- вспомогательный электрод; 3-датчик температуры; 4- измерительный электрод
- •3.4 Порядок выполнения работы
- •3.5 Определение рН образцов воды
- •3.6 Определение рН образцов почвы.
- •Контрольные вопросы
- •Список используемой литературы.
МУ 151.ХХХ.10 - 2011
|
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования |
|
«Пензенский государственный университет» |
||
|
||
|
ПРИНЯТО на заседании кафедры «ЭиБЖ» 01 сентября .2011 г. Протокол № 1 Председатель ________ Н.Н. Вершинин |
|
УТВЕРЖДАЮ д.т.н, профессор, заведующий кафедрой «ЭиБЖ» ________________ Н. Н. Вершинин «___»___________2011 г. |
Лабораторная работа №13 Определение водородного показателя воды и почвы |
||
|
заголовок пособия |
|
|
МУ 151.120.10 - 2011 |
|
|
идентификационный номер |
|
Методические указания
студентам всех специальностей |
||
|
вид методического документа и целевая установка |
|
Пенза – 2011
УДК 502.56
Ф76
Рецензент:
Доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Защита в чрезвычайных ситуациях» Российского государственного университета инновационных технологий и предпринимательства В. А. Казаков |
инициалы, фамилия, должность (ученая степень, ученое звание) рецензента |
Г.И. Фомичева, Е.О. Гравшенкова, С.Н. Николаева |
|
Определение водородного показателя воды и почвы |
инициалы, фамилия автора (ов) |
|
полное наименование методического документа |
Методические указания к лабораторной работе №13 по курсу «Экология» |
||
наименование вида методического документа и для чего и кого оно предназначено |
||
Пенза: ПГУ, 2011. – 14 с. |
||
сведения об издании, год издания, количество страниц |
Работа содержит теоретические основы, методики определения водородного показателя воды и почвы, значение показателя в функционировании экосистемы, порядок выполнения лабораторной работы и последовательность обработки полученных результатов. В заключении даны контрольные вопросы для самостоятельной проверки усвоения теоретического материала. Методические указания предназначены для студентов всех специальностей и форм обучения, а также могут быть использованы для выполнения научно-исследовательских студенческих работ.
УДК 502.56
© ПГУ, г. Пенза, 2011
©, 2011 г.
Методические указания
к лабораторной работе №13
по курсу «Экология»
Определение водородного показателя воды и почвы
Цель работы:
1. Овладение потенциометрическим методом определения водородного показателя.
2. Экспериментальное определение содержания свободного водорода в образцах воды и почвы.
3. Заключение о соответствии полученных результатов нормативным требованиям и пригодности использования.
Задание на выполнение лабораторной работы
Изучить:
правила техники безопасности при работе с прибором;
описание лабораторной установки;
теоретические основы исследования;
порядок проведения опытов и методику обработки опытных данных;
Выполнить следующий объем работы:
произвести измерения по методике, изложенной в п.3.4, 3.5, 3.6;
оформить отчет, сформулировать выводы по результатам исследования и защитить у преподавателя.
Теоретические основы исследования
2.1 Экологическая роль водородного показателя
Водородный показатель характеризует концентрацию свободных ионов водорода в воде. Для удобства отображения был введен специальный показатель, названный рН и представляющий собой логарифм концентрации ионов водорода, взятый с обратным знаком: pH= –lg[H].
Величина рН определяется количественным соотношением в воде ионов Н+ и ОН-, образующихся при диссоциации воды. рН - это показатель интенсивности, но не количества. Если в воде пониженное содержание свободных ионов водорода (рН>7) по сравнению с ионами ОН-, то вода будет иметь щелочную реакцию, а при повышенном содержании ионов Н+ (рН<7) – кислую. В идеально чистой дистиллированной воде эти ионы будут уравновешивать друг друга. В таких случаях вода нейтральна и рН=7. При растворении в воде различных химических веществ этот баланс может быть нарушен, что приводит к изменению уровня рН и во многом определяет характер химических и биологических процессов, происходящих в воде.
По степени кислотности природные воды делят на следующие категории (таблица 1):
Таблица 1
Диапазон значений рН природных вод
Категория |
Величи-на рН |
Природные воды |
Факторы образования |
Сильнокислые |
< 3 |
Воды вулканических извержений |
Гидролиз природных солей (FeSО4, Fe2(SO4)3, Al2(SO4)3 при взаимодействии с водной средой и почвенной влагой. Растворение в воде угольной кислоты, гуминовых, фульвокислот и других органических кислот в результате разложения органических веществ. Естественное подкисление атмосферных осадков под воздействием биогенных оксидов серы, азота, летучих органических соединений. |
Кислые |
3-5 |
Рудничные воды Болота Воды лесной зоны
|
|
Слабокислые |
5– 6,5 |
||
Нейтральные |
6,5-7,5 |
Подземные воды Реки Пресные озера Мировой океан |
Гидролиз природных солей, составленных из слабых кислот и сильных оснований (К+, Na+, Ca2+,Mg2+). Наличие свободных ионов натрия в почвенном растворе. Процессы фотосинтеза в сверхосвященных водоемах. |
Слабощелочные |
7,5 – 8,5 |
||
Щелочные |
8,5-9,5 |
||
Сильнощелочные |
>9,5 |
Соляные (содовые) озера Термальные воды с t=37-42оС. |
Повышение кислотности воды (снижение уровня рН) связано с увеличением ее температуры. При температуре около 0°С, величина рН чистой воды составляет приблизительно 7, а по мере повышения температуры и приближения к точке кипения (100°С) снижается до значений около 6,5. Снижение уровня рН обусловлено растворением СО2, содержащегося в воздухе.
Концентрация ионов водорода подвержена сезонным колебаниям. Зимой величина рН для большинства речных систем составляет 6,8 – 7,4; летом при интенсивном фотосинтезе рН повышается до 7,4 – 8,2.
Снижение рН происходит также во время паводка, когда содержание карбонатов в речной воде падает вследствие разбавления. Напротив, растворение твердых карбонатов приводит к обратному эффекту.
Вода обычного дождя тоже представляет собой слабокислый раствор (5,6 – 5,7). Это происходит вследствие того, что природные вещества атмосферы, такие как двуокись углерода (СО2), вступают в реакцию с дождевой водой. При этом образуется слабая угольная кислота:
CO2 + H2O → H2CO3.
Для поверхностных вод в связи с меньшим содержанием в них углекислоты pH обычно выше, чем для подземных.
В зависимости от величины pH может изменяться скорость протекания химических реакций, степень коррозионной агрессивности воды, токсичность загрязняющих веществ и т.д.
Сильное влияние на рН оказывает сточные воды, кислотные дожди и другие антропогенные факторы.
Под воздействием кислотных дождей происходит снижение величины рН, что влечет повышение степени миграции большинства металлов, возрастание содержания токсичных форм Al, Cd, Hg, Pb; снижение содержания фосфора и общих показателей биомассы; нарушение процесса самоочищения вод (понижение скорости разложения некоторых органических веществ, осложнение процессов сорбции и седиментации); биоаккумуляция тяжелых металлов и радионуклидов в количествах, превышающих уровень токсичности для живых организмов; сокращение числа видов, изменение численности и скорости роста. Кислотные осадки растворяют сооружения из мрамора и известняка. Исторические памятники, простояв тысячелетия, быстро разрушаются.
От реакции почвенного раствора во многом зависит минеральное питание растений. Кислотность почв, имеющих рН < 7, под действием кислых дождей снижается на 1 – 2 единицы. Для большинства культурных растений оптимум рН почвенного раствора находится в пределах 5,5…7,0. Оптимальные значения рН почвы для выращивания основных сельскохозяйственных культур приведены в табл. 2.
Таблица 2
Оптимальные значения pH почвы для некоторых растений
Растение |
рН |
Растение |
рН |
Овес |
5,0 – 7,7 |
Кукуруза |
6,0 – 7,0 |
Картофель |
5,0 – 5,5 |
Капуста |
6,7 – 7,4 |
Рожь озимая |
5,5 – 7,5 |
Томаты |
6,3 – 6,7 |
Сахарная свекла |
7,0 – 7,5 |
Морковь |
5,5 – 7,0 |
Пшеница яровая |
6,0 – 7,5 |
Огурцы |
6,0 – 7,9 |
Ячмень |
6,8 – 7,5 |
Просо |
5,5 – 7,5 |
Гречиха |
4,7 – 7,5 |
Подсолнечник |
6,0 – 6,8 |
Менее вреден сдвиг значения рН почвы в щелочную сторону. Это объясняется тем, что клетки корня растения выделяют СО2, а иногда и органические кислоты, которые нейтрализуют избыточную щелочность. Повышение кислотности ведет к повреждению корневой системы растений, нарушению обмена веществ между растением и средой. От уровня кислотности зависит степень проникновения имеющихся в почве металлов Al, Mn, Fe, Cu, Zn в ткани растений. Если показатель рН находится в пределах нейтральной области, тяжелые металлы остаются связанными в почве и лишь незначительная их часть попадает и накапливается в растениях. Напротив, кислые почвы с низким показателем рН содержат большое количество алюминия, железа и марганца в форме ядовитых для растений соединений.
Для устранения избыточной кислотности в почвы вносят известь, органические удобрения, гипс, силикатные и фосфорные удобрения.
Роль рН в жизнедеятельности человека исключительно велика. Наш организм нормально функционирует только тогда, когда способен поддерживать определенный уровень рН и в крови и в других тканевых жидкостях. Например, рН желудочного сока = 1,1–1,7. При других значениях рН поступающие питательные вещества не расщепляются и нарушается пищеварение. рН крови = 7,4; слез = 7,0 – 7,4; слюны = 6,3 – 6,9.
Бытовые сточные воды имеет слабощелочную реакцию, производственные - от сильнокислой до сильнощелочной.
Контроль за уровнем рН особенно важен на всех стадиях водоочистки, так как его отклонения в ту или иную сторону могут не только существенно сказаться на запахе, привкусе и внешнем виде воды, но и повлиять на эффективность водоочистных мероприятий.
Гигиенические требования к качеству питьевой воды определяются ГОСТ 2874 - 82 "Вода питьевая", по которым водородный показатель рН не должен превышать нормативов 6,0 - 9,0. Уровень рН пресноводных подземных и поверхностных источников водоснабжения не должен выходить за пределы
6,5 - 8,5.