ИССЛЕДОВАНИЕ  ЗАВИСИМОСТИ  ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ  ПРОВОДИМОСТИ  ОТ  ХИМИЧЕСКОГО  СОСТАВА  ВОДНЫХ  РАСТВОРОВ  И  РАЗЛИЧНЫХ  ТИПОВ  ВОД

Староверов  Алексей

класс  11  «А»,  МБОУ  «СОШ  №  51»,  г.  Астрахань

Кузьмина  Елена  Валентиновна

научный  руководитель,  старший  преподаватель  кафедры  «Общая,  неорганическая  и  аналитическая  химия»,  ФГБОУ  ВПО  «Астраханский  государственный  технический  университет»

Огородникова  Надежда  Петровна

доцент  кафедры  «Общая,  неорганическая  и  аналитическая  химия»,  ФГБОУ  ВПО  «Астраханский  государственный  технический  университет»

Вода  присутствует  во  всех  сферах  человеческой  жизни.  Невозможно  представить  такую  отрасль  промышленности,  где  бы  в  том  или  другом  виде  не  применялась  вода.  Она  служит  источником  энергии  и  переносит  тепло,  используется  как  прекрасный  растворитель  для  многих  веществ.  Вода  является  той  средой,  в  которой  протекает  огромное  количество  различных  химических  реакций.

Основными  источниками  воды  на  Земле  служат  поверхностные  природные  воды:  реки,  озёра,  моря,  океаны.  Различие  в  свойствах  различных  типов  вод  обусловлено  различием  в  их  химическом  составе.  Основными  ионами  в  природных  водах  являются  анионы  HCO₃^-,  SO₄^2-,  Cl^-  ,  CO₃^2-,  и  катионы  Na⁺,  K⁺,  Ca²⁺,  Mg²⁺,  они  составляют  90—95  %  от  общего  содержания  ионов  в  воде  [4,  5].  Этими  ионами  и  обусловливается  электропроводность  природных  вод.

Поэтому  представлялось  актуальным  экспериментально  установить  факторы,  влияющие  на  электрическую  проводимость  водных  растворов,  а  также  провести  количественный  анализ  содержания  основных  ионов  в  различных  типах  вод  и  установить  зависимость  электрической  проводимости  воды  от  её  химического  состава.

Цель  работы:  установить  зависимость  электрической  проводимости  различных  типов  вод  от  их  химического  состава  и  ионной  силы  растворов. 

Измеряли  электрическую  проводимость  и  исследовали  содержание  ионов  в  водопроводной,  «крещенской»,  талой  (снеговой),  морской  (Чёрное  море),  речной  (р.  Волга)  воде  и  водных  растворах  солей.

Электрическую  проводимость  воды  и  водных  растворов  измеряли  с  использованием  электрической  цепи,  состоящей  из  источника  тока  и  ключа,  источника  питания  напряжением  до  30  вольт,  лампочки  на  подставке,  электролитического  стакана,  медных  электродов,  вольтметра  и  миллиамперметра,  последовательно  соединенных  между  собой.  Электропроводность  условно  оценивали  как  силу  тока  с  помощью  амперметра.

Изучение  химического  состава  различных  типов  вод

Определение  содержания  хлорид-ионов  проводили  аргентометрическим  титрованием  в  присутствии  индикатора  —  хромата  калия  по  известной  методике  [3].  В  конечной  точке  титрования  наблюдали  изменение  окраски  осадка  из  белого  в  кирпично-красный  цвет. 

Известны  методики  гравиметрического  и  титриметрического  определения  сульфат-ионов  в  водных  объектах  [3].  Нами  был  предложен  способ  визуальной  оценки  содержания  сульфат-ионов  по  степени  помутнения  анализируемого  раствора  после  добавления  к  нему  раствора  хлорида  бария.  Степень  помутнения  анализируемого  раствора  сравнивали  со  стандартными  растворами  с  известной  концентрацией  хлорида  бария. 

Содержание  ионов  Са²⁺  и  Mg²⁺  определяли  комплексонометрическим  титрованием  с  применением  металлохромных  индикаторов  хромогена  и  мурексида  [3]. 

Определение  содержания  ионов  Fe³⁺  проводили  методом  спектрофотометрии  по  известной  методике  [1  2].  При  действии  роданистого  калия  или  аммония  на  раствор  солей  трехвалентного  железа  образуются  комплексные  соединения  роданида  и  железа  (от  Fe(CNS)²⁺  до  Fe(CNS)₆^3-),  окрашенные  в  интенсивный  кроваво-красный  цвет.

Содержание  ионов  Fe³⁺  в  анализируемых  образцах  оценивали  по  градуировочному  графику. 

Результаты  всех  определений  представлены  в  табл.1.

Таблица  1. 

Химический  состав  различных  типов  вод  (содержание  основных  ионов)

Исследование  зависимости  электропроводности  воды  от  содержания  в  ней  ионов

С  целью  выявления  зависимости  электропроводности  воды  от  концентрации  в  ней  определённых  ионов  была  измерена  электропроводность  растворов  солей  FeCl₃,  Na₂SO₄,  NaHCO₃,  NaCl,  MgSO₄,  CaCl₂  с  концентрацией  10^-5,  10^-4,  10^-3,  10^-2  и  10^-1  моль/л,  рассчитана  их  ионная  сила  (данные  представлены  в  таблице  2). 

При  уменьшении  ионной  силы  растворов  электропроводность  уменьшается  (табл.  1,  2).

При  сравнении  значений  электропроводности  различных  типов  вод  и  отдельных  солей  выяснено,  что  электропроводность  водопроводной  воды  сопоставима  с  её  значением  в  растворе,  содержащем  такое  же  количество  гидрокарбонат-ионов,  т.  е.  она  определяется  теми  анионами,  содержание  которых  наибольшее  в  воде.  В  талой  воде  электропроводность  определяется  содержанием  ионов  магния  и  кальция,  концентрация  которых  также  наибольшая  по  сравнению  с  другими  катионами.  Электропроводность  морской  воды  определяется  содержанием  в  них  хлорид-ионов. 

Таблица  2.

Ионная  сила  растворов  (I)

Таблица  3.

Концентрация  растворов  солей  при  ионной  силе,  соответствующей  ионной  силе  различных  типов  вод

При  сопоставлении  значений  ионной  силы  различных  типов  вод  и  растворов  солей  с  их  электропроводностью  (таблицы  2,  3)  выяснено:

1.  ионная  сила  крещенской  воды  соответствует  ионной  силе  раствора  хлорида  железа(III)  с  такой  же  концентрацией  хлорид-ионов,  их  электропроводность  также  одинакова;

2.  электропроводность  водопроводной  и  крещенской  воды  может  определяться  по  электропроводности  растворов  сульфата  натрия  с  такой  же  ионной  силой;

3.  электропроводность  морской  и  крещенской  воды  может  определяться  по  электропроводности  растворов  гидрокарбоната  и  хлорида  натрия  с  такой  же  ионной  силой;

4.  по  электропроводности  воды  можно  предположить  наличие  определённых  ионов  в  ней.

Выводы

1.Исследована  электрическая  проводимость  водных  растворов  и  различных  типов  вод;  установлено,  что  электрическая  проводимость  природных  вод  определяется,  главным  образом,  присутствующими  в  ней  ионами  с  наибольшей  концентрацией;  ионы,  находящиеся  в  небольшом  количестве,  не  оказывают  существенного  влияния  на  электропроводность.

2.Ионная  сила  раствора,  обусловленная  всеми  ионами,  присутствующими  в  природной  воде,  может  явиться  показателем  оценки  электропроводности  воды.

3.Способ  полуколичественного  определения  содержания  сульфат-ионов  предложен  как  альтернативный  гравиметрическому  и  титриметрическому  методам  количественного  анализа.

Список  литературы:

1. Бабко  А.К.,  Пилипенко  А.Т.  Фотометрический  анализ.  Общие  сведения  и  аппаратура.  М.:  Химия,  1968.  —  388  с.
2. Булатов  М.И.,  Калинкин  И.П.  Практическое  руководство  по  фотоколориметрическим  и  спектрофотометрическим  методам  анализа.  Л.:  Химия,  1968.  —  384  с.
3. Грибанов  В.А.  Аналитическая  химия  в  школе  и  дома.  Часть  4:  Экологический  мониторинг,  2005.  —  36  с.
4. Иллюстрированная  энциклопедия  школьника.  Наука  и  техника.  М.:  Росмэн,  1999.  —  95  с.
5. Кабардин  О.Ф.  Физика.  Справочные  материалы.  М.:  Просвещение,  1985.  —  367  с.