Моль, число Авогадро, миллимоль, миллиграмм-эквивалент (мг-экв/л),
нормальность раствора, природная вода, как раствор солей и
анализ его состава методом титрования
Зачем нужна вся эта писанина объяснено .
Химиками для обозначения количества вещества
принята специальная единица измерения, называемая молем
. Удобство использования моля в том, что он всегда означает одинаковое количество вещества по числу атомов или молекул
, независимо от массы самих частиц. (Ниже изложены и некоторые теоретические положения, связанные с понятием моль и важная в практическом плане информация. Тот, кто не хочет вникать в теорию, может её )
.
Моль - количество вещества, содержащее столько молекул, либо атомов, либо ионов, либо других структурных единиц из которых это вещество состоит, сколько содержится атомов в 12 г изотопа углерода 12
С.
В 12 г этого изотопа содержится 6.0221367×10 23
атомов. Один моль вещества, состоящего из молекул, включает в себя 6.0221367×10 23
молекул, если вещество имеет атомарное строение (например какой-либо металл), то один моль такого вещества будет включать в себя 6.0221367×10 23
атомов. При растворении соли в воде молекулы диссоциируют на ионы и все будет выглядеть уже чуть сложнее: один моль растворенной соли, скажем, хлорида кальция (CaCl 2
) даст один моль ионов кальция (Ca 2+) и два
моля ионов хлора (Cl -
), то есть 12.0442734×10 23
ионов, ведь одна
молекула хлорида кальция растворившись даст два
иона хлора.
6.0221367×10 23
это особое число
структурных единиц вещества (атомов, молекул, ионов) используемое для измерения количества вещества в молях. Оно называется числом Авогадро
, в честь итальянского физика Амедео Авогадро.
Теперь выясним какова масса одного моля вещества, или мольная масса
? В настоящее время принята единая шкала относительных атомных масс. Атомной единицей массы (а.е.м.)
является 1/12 массы атома углерода. В а.е.м.
указана масса элементов в таблице Менделеева. Относительной молекулярной массой (сокращенно молекулярной массой) простого или сложного вещества называют отношение массы его молекулы к 1/12 части атома 12
С. На практике, поскольку масса любой молекулы равна сумме масс составляющих ее атомов, молекулярная масса, рассчитывается как сумма атомных масс этих атомов
.
Известно, что а.е.м. равна 1.66×10 -24
г. Отсюда можно подсчитать какова же масса моля кого-либо вещества в граммах. Для этого надо число Авогадро умножить на численное значение а.е.м. в граммах и на молекулярную массу этого вещества, либо на массу той элементарной единицы, из которых данное вещество состоит (обозначим эту величину N а.е.м.):
1.66×10 -24 × 6.0221367×10 23 × N а.е.м. = 0.999674576 × N а.е.м.
По сути дела получается, причем не только из этих расчетов, но и исходя из всех приведенных выше определений , что мольная масса =1×N а.е.м. , то есть мольная масса вещества выраженная в граммах, имеет то же численное значение, что и его относительная молекулярная (атомная) масса . Проще говоря, масса моля - это количество граммов вещества, численно равное его молекулярной (атомной) массе .
Если количество вещества можно выразить в молях, то и концентрацию тоже можно. Концентрация, представленная как количество вещества на единицу объема - моль/дм 3
(моль/л), называется молярной. В науках об окружающей среде такой способ выражения концентрации вещества используется очень часто.
В пресных водах концентрации растворенных веществ относительно невелики, поэтому имеет смысл применять единицу измерения количества вещества в 1000 раз меньшую чем моль. Эта единица называется миллимоль, сокращенно пишется как "ммоль/л", "мМ/л". В случае очень низких концентраций используется величина в 1000000 раз меньшая моля: "мкмоль/л", или "мкМ/л".
Природные воды всегда содержат растворенные минеральные соли, которые диссоциированы на ионы: катионы (заряжены положительно) и анионы (заряжены отрицательно). Например, следующие обычные для природных вод соли растворяясь дают следующие ионы:
Гидрокарбонат кальция Са(НСО 3 ) 2 диссоциирует на катион Са 2+ (а.е.м. = 40, соответственно масса 1 моля ионов кальция = 40 г) и два аниона НСО 3 - (молекулярная масса 61, один моль ионов гидрокарбоната имеет массу 61 г);
Хлорид натрия NaCl диссоциирует на катион Na + (а.е.м. = 23, масса одного моля = 23 г) и анион Cl - (а.е.м. = 35.5, один моль хлорид-ионов имеет массу 35.5 г);
Сульфат магния MgSO 4 диссоциирует на катион Mg 2+ (а.е.м. = 24, масса одного моля = 24 г) и анион SO 4 2- (молекулярная масса сульфат-иона 96, один моль имеет массу 96 г);
Нитрат калия KNO 3 диссоциирует на катион K + (а.е.м. = 39, масса одного моля = 39 г) и анион NO 3 - (молекулярная масса нитрат-иона 62, масса одного моля 62 г).
После растворения соли присутствуют в воде только в виде анионов и катионов. Наличие заряженных частиц придает воде свойство электропроводности . Сам раствор остается электронейтральным
, в нем сохраняется суммарное равенство отрицательных и положительных зарядов
. При этом число и масса анионов и катионов могут быть не равными друг другу, ведь они различаются по молекулярной массе и заряду (валентности).
Чтобы записать это равенство, необходимо все привести так сказать к "общему знаменателю", а именно, найти способ выразить одинаковое количество вещества по числу зарядов
, иными словами, измерить концентрацию различных ионов в единицах, которые бы учитывали и их молекулярную массу и электрический заряд. Такой единицей является грамм-эквивалент на литр раствора (г-экв/л)
, или частное от деления массы 1 моля какого-либо иона на величину электрического заряда (валентности) данного иона.
Например, грамм-эквивалент иона кальция (Са 2+) рассчитывают так: 40:2=20 г/л, гидрокарбонатного иона (НСО 3
-
) - 61:1=61 г/л. Можно рассчитать грамм-эквивалент молекулы гидрокарбоната кальция в целом. Эквивалентная масса соли равна ее мольной массе, деленной на сумму валентностей всех атомов металла, входящих в данную соль. В гидрокарбонат кальция входит один атом металла (кальция), валентность которого равна двум, поэтому: (40+2×61):2=81 г/л. Вообще-то эквивалентная масса соли всегда равна сумме численных величин массы грамм-эквивалентов тех ионов, на которые диссоциирует данная соль, в нашем случае: (20+61=81).
Раствор называют нормальным
, если в одном его литре содержится один грамм-эквивалент растворенного вещества. Тогда концентрацию записывают как "1н раствор". Часто используют 0.01н и 0.05н концентрации растворов.
Выражение концентрации в г-экв/л
- очень удобно при выполнении анализа пробы воды по той причине, что вещества взаимодействуют друг с другом в количествах, пропорциональных массе их эквивалентов. Причем эквивалент одного вещества без остатка реагирует с эквивалентом другого. "ЭКВИВАЛЕНТНЫЙ" - в переводе означает "РАВНОЦЕННЫЙ". На этом принципе основаны методы количественного анализа с помощью титрования растворами, нормальность которых (концентрация в г-экв/л) заранее известна. Титрование по расходу таких растворов позволяет определить сколько же эквивалентов определяемого вещества вступило в реакцию
. Умножив эту величину на массу эквивалента определяемого вещества можно узнать его концентрацию в воде. В частности, таковыми методами являются многие продаваемые в зоомагазинах капельные тесты, а также описанные на нашем сайте тесты для определения общей
и карбонатной жесткости
воды, которые вполне можно научиться делать самостоятельно!!!
В аквариумистике и водоочистке часто используют величину в 1000 раз меньшую грамм-эквивалента. Эта величина называется миллиграмм-эквивалент (мг-экв/л)
. Она больше всего подходит для выражения тех невысоких концентраций растворенных солей, которые характерны для пресных вод.
Важное преимущество представления содержания в воде растворенных веществ в мг-экв/л состоит в том, что оно позволяет быстро проверять точность лабораторного анализа пробы воды. Рассмотрим в качестве примера результаты анализа состава воды двух рек - Невы и Оби, приведенные следующей таблице:
Ионный состав вод двух рек
| Название образца | Ca+Mg | Na+K | HCO 3 | Cl | SO 4 | NO 3 |
| река Нева | 0.56 | 0.13 | 0.3 | 0.09 | 0.12 | 0.09 |
| река Обь | 5.1 | 0.1 | 5.0 | 0.02 | 0.16 | 0.02 |
Единицы измерения - мг-экв/л.
Суммарные концентрации, выраженные в мг-экв/л для катионов и анионов должны совпадать или же быть близкими (иначе принцип электронейтральности раствора будет нарушен), если этого нет, значит анализ проведен некорректно. Так, в приведенной выше таблице для реки Невы, суммарное содержание катионов составляет 0.69 мг-экв/л, а анионов 0.60 мг-экв/л. Это хорошее соответствие для подобных анализов, но, возможно, какие-то анионы (ведь именно их меньше!) не были определены, или концентрации тех, что приведены в таблице установлены не совсем точно. С другой стороны, возможно, несколько завышено количество катионов, а с анионами все в порядке. В любом случае, результаты такого анализа - повод для раздумий. Но в примере с Обью, суммы концентраций анионов и катионов совпадают идеально - это точный анализ. Вот почему очень неудобно определение жесткости воды в градусах (немецких, французских, американских, английских), чтобы хоть что-то можно было сравнивать - все приходиться пересчитывать. Впрочем жесткость воды - другая история.
Несколько слов в оправдание автора:
Зачем на развлекательном по своей сути сайте размещать подобные не слишком легкие
для чтения тексты, к тому же не совсем точно (чтобы их все же можно было читать) списанные с учебников?
Если бы можно было без всего этого обойтись, то всем (и бедным рыбкам тоже
) было бы жить легче. Но увы! В аквариумистике без знаний основ гидрохимии - никуда. 90% рыбьих невзгод связано именно с неблагоприятными условиями жизни в аквариумах, где этим бедолагам угораздило оказаться. Надеяться, что дорогое и "умное" оборудование за вас все сделает категорически нельзя
! Я это ясно осознал, как только заработал наш форум. Подчас объяснить человеку в двух словах, что именно у него плохо в аквариуме ну никак не выходит. Для начала ему бы не мешало прочитать эту да и другие странички по аквариумной гидрохимии. Вот я и взялся их писать, хотя конечно же рассказывать о рыбках куда увлекательнее.
К началу статьи
.
* Я не обладаю большими способностями к абстрактному мышлению и потому мне не показалось, что это очевидным образом следует и из приведенных определений (а именно так пишут в большинстве учебников), поэтому просто взял и посчитал - все вышло как надо, ну и слава Богу!
Водоподготовка - это последовательная обработка воды, поступающей из начального водоисточника к конечному потребителю, для приведения её свойств и качества к соответствию производственным или бытовым требованиям. Водоподготовка проводится на сооружениях или в фильтрах водоочистки для нужд жилищно-коммунального хозяйства, энерго- и теплогенерирующих объединений,транспортных предприятий, фабрик и заводов. Конечные свойства и качество очищаемой воды для пищевых / питьевых целей нормируются СанПиН 2.1.4.1074-01.
ПОКАЗАТЕЛИ ВОДЫ
Чтобы заниматься водоподготовкой с помощью ионообменных смол, нужно знать качество воды, определять показатели, измерять характеристики. Первым делом необходимо произвести отбор проб воды и анализ проб. В водоподготовке некоторые понятия отличаются от тех же терминов, употребляемых по другому поводу. Наиболее часто используются показатели воды, перечисленные далее.
Мутность
Первым показателем воды определяем мутность. Это первое, на что мы обращаем внимание при взгляде на воду. В сочетании с данными о размере частиц ВВ и количестве ВВ мутность дает первое указание на содержание коллоидных веществ минерального или органического происхождения. Показатель воды мутность - противоположно понятию прозрачности. Мутность определяется либо величиной ограничения видимости определенного объекта, либо измерением света, рассеянного на 90° по отношению к падающему свету в турбидиметрах (мутномерах), которые оттарированы с помощью контрольных опалесцентных суспензий (формазинов). Показатель воды мутность выражается в NTU (от англ. nephelometric turbidity unit — нефелометрическая единица мутности), NFU (от англ. nephelometric formazine unit — нефелометрическая единица по формазину) или FAU (от англ. formazine attenuation unit — эта единица мутности принята в ЕЭС) в зависимости от условий проведения анализа.
Взвешенные вещества (ВВ)
Следующий показатель воды - наличие взвешенных веществ. Количество ВВ характеризует содержание в воде всех взвешенных частиц, размер которых позволяет задержать их фильтром определенной пористости или собрать их в виде осадка при помощи центрифугирования. Нет универсального соотношения между мутностью и содержанием ВВ, но такая связь может быть установлена опытным путем для каждого типа воды.
Индекс забивания
Этот показатель воды описывает ее способность забивать фильтрующий материал (например, ионообменные смолы ). Следовательно, он также связан с количеством ВВ и важен для обработки воды катионитами и анионитами.
Цветность
Определение показателя воды - ее цветность после фильтрации вызвана присутствием растворенных или коллоидных ОВ. Обычно нет связи между цветностью и концентрацией ОВ. Цветность измеряется путем сравнения с платино-кобальтовым раствором, концентрация которого, выраженная в миллиграммах на литр (мг/л), называется также градусом Хазена, или градусом платиново-кобальтовой шкалы, и является единицей измерения цветности.
Объемная концентрация
Следующий показатель воды - объемная концентрация. Она представляет собой массу растворенного или рассеянного вещества в некотором объеме воды и выражается обычно в миллиграммах на литр (мг/л), граммах на кубический метр (г/м3), граммах на литр (г/л).
Концентрация в частях на миллион
Показатель часть на миллион — это часть вещества в растворе, смеси или суспензии на миллион частей воды. Применение этой единицы измерения полностью правомерно к соотношениям между массами или объемами (например, миллиграмм на килограмм — это ррт), но она также используется в водоподготовке как единица концентрации, эквивалентная 1 г/м3 или 1 мг/л, поскольку плотность (объемная масса) воды (для чистой воды равная 1 кг/л) допускает эту приблизительную оценку с погрешностью, которой можно пренебречь. В некоторых областях используют также:
— ppb (от англ. part per billon), или одну миллиардную: одну тысячную одной миллионной, или 1 мкг/л или 1 мг/м3;
— ppt (от англ. part per trillon), или одну триллионную: одну миллионную одной миллионной, или 1 нг/л.
Грамм-эквивалент
Грамм-эквивалент— это масса вещества в граммах, численное значение которой является отношением молекулярной массы вещества к числу зарядов ионов одного знака, на которые диссоциирует в водном растворе молекула данного вещества.
Нормальность
Pacтвор считается нормальным (N), если он содержит один грамм-эквивалент вещества в литре раствора. Используют и производные растворы разных нормальностей (10N, IN, 0.1N и т. д.). В общем виде, когда на объем V, раствора с нормальностью N, действует другой раствор с нормальностью N2, объем V2 определяется из соотношения N1V1=N2V2
Миллиграмм-эквивалент на литр
Показатель воды миллиграмм-эквивалент на литр. На практике часто используют растворы, концентрация которых составляет миллиграмм-эквивалент на литр (мг-экв/л), что соответствует концентрации раствора 0.001N.
Французский градус (F)
Показатель воды французский градус F используется во Фрвнции для измерения концентрации основных ионов в воде, определяющих ее жесткость, и соответствует концентрации раствора N/5000: 1 мг-экв/л = 5 F
Гидротиметрический титр ТН (жесткость воды)
Показатель воды
Гидротиметрический титр ТН (или жесткость воды) - концентрация ионов щелочно-земельных ионов металлов, присутствующих в воде. Различают:
— общий титр ТН (от фр. titre hydrotimetrique), или общую жесткость воды, который характеризует содержание Са и Мg;
— кальциевый титр ТН, иначе обозначаемый ТСа (от фр. titre calcique), или кальциевую жесткость, который характеризует содержание Са;
— карбонатную жесткость; она определяется содержанием гидрокарбонатов и карбонатов Са и Мg. Она равна титру ТАС, если титр ТН выше титра ТАС, или титру ТН, если титр ТАС выше титра ТН;
— некарбонатную (постоянную) жесткость, которая определяется содержанием Са и Мg, связанных с анионами сильных кислот. Она равна разнице между общим титром ТН и карбонатной жесткостью.
Щелочной титр ТА (свободная щелочность воды) и полный щелочной титр ТАС (общая щелочность воды)
Значения титров ТА и ТАС позволяют узнать содержание гидроксидов, карбонатов и гидрокарбонатов щелочных и щелочно-земельных металлов, содержащихся в воде. Определение показателя щелочной титр ТА показывает:
— щелочной титр ТА (от фр. titre alcalimetrique), или свободная щелочность, позволяет определить содержание гидроксидов и только половину содержания карбонатов;
— полный щелочной титр ТАС (от фр. titre alcalimetrique complet) или общая щелочность, определяет содержание гидрокарбонатов.
Титр солей сильных кислот
В природных водах нет свободных сильных кислот, имеются только соли этих кислот, и чаще всего встречаются сульфаты, хлориды и нитраты. Титр солей сильных кислот (SAF — от фр. sels d"acides forts) описывает общее их содержание.
Перманганатная окисляемость
Перманганатная окисляемость определяет содержание в воде всех веществ, которые могут быть окислены с помощью перманганата калия КМпОд, в первую очередь это касается ОВ, иногда окисляются и минеральные восстановители. Этот показатель применяется прежде всего для характеристики природных и питьевых вод. Существуют различные (по температуре, по величине рН реакционной среды, по времени контакта) методики определения перманганатной окисляемости, которые дают разные результаты. Термин «перманганатная окисляемость» принят во Франции, в других странах этот параметр иногда называют потребностью в перманганате.
Химическая потребность воды в кислороде (ХПК)
Показатель воды ХПК используется прежде всего для оценки сточных вод и определяется общим потреблением кислорода водой в горячем состоянии при окислении ее дихроматом калия. В этих условиях окисляется большая часть органических слединений и окисляемых минеральных восстановителей.
Биохимическая потребность воды в кислороде (БПК)
БПК — это количество кислорода, потребляемого при 20°С в темноте в течение конкретного времени, необходимого для биохимического окисления ОВ, присутствующих в воде. На практике часто используют БПК5, т. е. количество кислорода, потребляемого после 5 дней инкубации. БПК5 можно использовать только для оценки содержания в воде хорошо окисляемого биохимическим путем органического загрязнения, если при этом блокируются реакции нитрификации.
Общий органический углерод (ООУ)
Азот по Кьельдалю
Азот по Кьельдалю (NK или NTK) определяет содержание присутствующего в воде азота в органической и аммиачной формах. Этот показатель ошибочно называют общим азотом.
Общий азот
Показатель NT (от фр. azofe total — общий азот, также во французской литературе можно встретить аббревиатуру NGL — от фр. azote global) характеризует совокупность всех форм азота, присутствующих в воде, т. е. органический азот, аммиачный азот, нитрит- и нитрат-ионы. Таким образом, он соответствует содержанию NK с дополнением окисленных форм азота. Так же можно характеризовать и содержание неорганических (минеральных) форм азота.
Звоните, заказывайте смолы ионообменные и мы внимательно рассмотрим все Ваши предложения, направленные на установление долгосрочных взаимовыгодных отношений.