Báo cáo môn Phân tích môi trường - Độ kiềm

Ñoä kieàm GVHD: TS. Toâ Thò Hieàn Nhoùm thöïc hieän: GREEN252_B Khaùi quaùt chung Ñònh nghóa: Laø khaû naêng trung hoøa acid cuûa nöôùc. Độ kiềm trong nước tự nhiên thường gây nên bởi các muối của acid yếu, đặc biệt là các muối carbonat và bicarbonat. Độ kiềm cũng có thể gây nên bởi sự hiện diện của các ion silicat, borat, phosphat… và một số acid hoặc baz hữu cơ trong nước Độ kiềm toàn phần (Alkalinity) là tổng hàm lượng các ion HCO3-, CO32-, OH- có trong nước. Ñoä kieàm trong dung dòch: Xét một dung dịch chỉ chứa các ion carbonat HCO3- và CO32-. Ở các giá trị pH khác nhau, hàm lượng carbonat sẽ nằm cân bằng với hàm lượng CO2 (cân bằng carbonat) vì trong nước luôn diễn ra quá trình : 2HCO3- CO32- + H2O + CO2 CO32- + H2O 2OH- + CO2 Giả sử ngoài H+ ion dương có hàm lượng nhiều nhất là Na+ thì ta luôn luôn có cân bằng sau : [H+ ] + [Na+ ] = [HCO3- ] + 2[CO32- ] + [OH- ] Độ kiềm được định nghĩa là lượng acid mạnh cần để trung hòa để đưa tất cả các dạng carbonat trong mẫu nước về dạng H2CO3.Như vậy ta có các biểu thức : [Alk] = [Na+ ]Hoặc [Alk] = [HCO3- ] + 2[CO32- ] + [OH- ] + [H+ ]s Chaát chæ thò: Người ta còn phân biệt độ kiềm carbonat (còn gọi là độ kiềm m hay độ kiềm tổng cộng T vì phải dùng metyl cam làm chất chỉ thị chuẩn độ đến pH = 4,5; liên quan đến hàm lượng các ion OH-, HCO3- và CO32-) Với độ kiềm phi carbonat (còn gọi là độ kiềm p vì phải dùng phenolphtalein làm chất chỉ thị chuẩn độ đến pH = 8,3; liên quan đến ion OH-). Hiệu số giữa độ kiềm tổng m và độ kiềm p được gọi là độ kiềm bicarbonat. Ñôn vò ñoä kieàm: Tùy từng nước qui định, độ kiềm có những đơn vị khác nhau, có thể là mg/L, đlg/L (Eq/L) hoặc mol/L. Trị số độ kiềm cũng có thể qui đổi về một hợp chất nào đó, ví dụ Đức thường qui về CaO, Mỹ thường qui về CaCO3. Khi tính theo CaCO3, cách tính được thực hiện như sau : mg CaCO3/L =mg ion /L*đương lượng gam CaCO3/đương lượng gam ion (mg ion/L) Ví duï: nếu hàm lượng các ion CO32- và HCO3- lần lượt là 80 và 90 mg/L thì khi qui đổi về CaCO3 chúng lần lượt có giá trị là : mg CO32- theo CaCO3/L = 80 mg/L*50/30 = 133,3 mg/L mg HCO3- theo CaCO3/L = 90mg/L*50/61 = 73,7 mg/L Phöông phaùp xaùc ñònh ñoä kieàm Ñoä kieàm ñöôïc xaùc ñònh baèng phöông phaùp ñònh phaân vôùi dung dòch acid sulfuric H2SO4 N/50 (0,02N) vaø bieåu dieãn baèng ñôn vò töông ñöông CaCO3. Ví duï caùc maãu nöôùc coù pH treân 8,3 ñöôïc ñònh phaân theo hai böôùc Maãu nöôùc H2O khoâng maøu H2O hoùa hoàng pH8,3 Thöïc hieän chuaån ñoä = H2SO4 ñeán ñieåm uoán taïi pH=8.3 Thöïc hieän chuaån ñoä = H2SO4 ñeán ñieåm uoán taïi pH=4.5 Ñoä kieàm toång coäng Ñoä kieàm phenontaline 1-2 gioït phenontaline Trong böôùc thöù nhaát, maãu nöôùc ñöôïc ñònh phaân baèng dung dòch acid cho ñeán pH thaáp hôn 8,3 taïi ñieåm chaát chæ thò phenolphthalein ñoåi maøu töø hoàng sang khoâng maøu. Vieäc choïn pH 8,3 laø ñieåm keát thuùc cho böôùc ñònh phaân thöù nhaát töông öùng vôùi ñieåm ion carbonate chuyeån thaønh ion bicarbonate: CO32- + H+ = HCO3- (3-1) Vieäc ñònh phaân trong pha hai ñöôïc thöïc hieän ñeán pH thaáp hôn khoaûng 4,5 töông öùng vôùi ñieåm keát thuùc cuûa bromcresol green. Khi pH cuûa maãu nöôùc thaáp hôn 8,3, chæ caàn ñònh phaân moät laàn ñeán pH 4,5. Vieäc söû duïng pH khoaûng 4,5 laøm ñieåm keát thuùc cho böôùc ñònh phaân thöù hai töông öùng vôùi ñieåm ion bicarbonate chuyeån thaønh acid carbonic: HCO3- + H+ = H2CO3 (3-2) Treân cô sôû phöông trình pH = ½ (pKn – pKB – logC0), ñieåm keát thuùc chính xaùc cho vieäc ñònh phaân phuï thuoäc vaøo noàng ñoä ion bicarbonate ban ñaàu cuûa maãu nöôùc. Chuùng ta thaáy raèng phöông trình treân trôû thaønh: pH (ñieåm töông öùng bicarbonate) = 3,19 – ½ log[HCO3-] (3-3) CAÙC PHÖÔNG PHAÙP BIEÅU DIEÃN ÑOÄ KIEÀM: Ñoä kieàm phenolphthalein vaø ñoä kieàm toång coäng Phaân tích ñöôøng cong ñònh phaân ñoái vôùi kieàm maïnh (do kieàm hydroxide), ñoái vôùi carbonate natri, cho thaáy raèng taát caû hydroxide ñeàu ñöôïc trung hoøa taïi thôøi ñieåm khi pH giaûm ñeán 10 vaø carbonate chuyeån thaønh bicarbonate taïi thôøi ñieåm khi pH giaûm xuoáng khoaûng 8,3. Trong hoãn hôïp chöùa caû hydroxide vaø carbonate, carbonate laøm thay ñoåi ñöôøng cong ñònh phaân ôû ñieåm gaây khuùc co pH 8,3 nhö trình baøy trong Hình 3.1. Vì ñieàu naøy, trong thöïc teá ñoä kieàm ño taïi ñieåm keát thuùc phenolphthalein ñöôïc coi laø ñoä kieàm phenolphthalein. Neáu vieäc ñònh phaân moät maãu nöôùc coù chöùa caû ñoä kieàm carbonate vaø hydroxide ñöôïc tieáp xuùc qua ñieåm keát thuùc phenolphthalein, bicarbonate phaûn öùng vôùi acid vaø chuyeån thaønh acid carbonic. Phaûn öùng naøy xaûy ra hoaøn toaøn khi pH haï thaáp hôn khoaûng 4,5 (xem Hình 3.1). Khoái löôïng acid yeâu caàu ñeå phaûn öùng vôùi hydroxide, carbonate vaø bicarbonate bieåu dieãn ñoä kieàm toång coäng. Vì ñoä kieàm thöôøng ñöôïc bieåu dieãn baèng ñôn vò CaCO3; cho neân dung dòch H2SO4 N/50 ñöôïc söû duïng trong vieäc ñònh phaân ñoä kieàm. Caùc tính toaùn coù theå thöïc hieän nhö sau: Ñoä kieàm phenol = (mL dung dòch H2SO4 ñònh phaân ñeán pH=8.3) * 1000/Ml maãu (3-4) Ñoä kieàm toång coäng = toång mL H2SO4 ñònh phaân ñeán pH 5,0 1000 4,8 4,6 Ml maãu 4,0 (3-4) Ñoä kieàm hydroxide, carbonate vaø bicarbonate Ba qui trình sau thöôøng ñöôïc söû duïng ñeå tính toaùn caùc loaïi ñoä kieàm: Tính toaùn chæ töø soá ño ñoä kieàm Tính toaùn töø soá ño ñoä kieàm vaø pH Toaùn töø caùc phöông trình caân baèng Tính toaùn töø soá ño ñoä kieàm vaø pH Hydroxide: Tröôùc tieân, ñoä kieàm hydroxide ñöôïc tính toaùn töø soá ño ñoä pH, söû duïng haèng soá phaân ly cuûa nöôùc: Kn [OH-] = (3-6) [H+] Ñoä kieàm hydroxide = 50.000 x 10(pH – pKn) (3-7) Carbonate: Khi ñoä kieàm hydroxide ñöôïc xaùc ñònh, söû duïng caùc qui trình tröôùc ñeå tính toaùn ñoä kieàm carbonate vaø bicarbonate. Ñoä kieàm phenolphthalein bieåu dieãn toaøn boä ñoä kieàm hydroxide coäng vôùi moät phaàn hai ñoä kieàm carbonate. Vì vaäy, ñoä kieàm carbonate coù theå ñöôïc tính toaùn nhö sau: Ñoä kieàm carbonate = 2 (ñoä kieàm phenol - ñoä kieàm hydroxide) (3 - 8) Bicarbonate. Vieäc ñònh phaân töø pH 8,3 ñeán 4,5 do moät phaàn hai ñoä kieàm carbonate coäng vôùi toaøn boä ñoä kieàm bicarbonate coøn laïi. Roõ raøng raèng, ñoä kieàm bicarbonate bieåu dieãn ñoä kieàm coøn laïi sau khi tröø ñi ñoä kieàm bicarbonate trôû thaønh: Ñoä kieàm bicarbonate = ñoä kieàm toång coäng – (ñoä kieàm carbonate – ñoä kieàm hydroxide) ( 3 - 9) MOÄT SOÁ AÙP DUÏNG KHAÙC CUÛA ÑOÄ KIEÀM ÑOÁI VÔÙI KYÕ SÖ MOÂI TRÖÔØNG: Söï thay ñoåi pH khi thoåi khí Trong thöïc teá, nöôùc ñöôïc thoåi khí ñeå khöû carbonic. Vì carbonic laø khí acid neân khi khöû carbonic daãn ñeán laøm giaûm [H+] vaø vì vaäy laøm taêng pH cuûa nöôùc theo phöông trình (1.3). Söï thay ñoåi pH khi coù maët taûo Nhieàu nguoàn nöôùc maët coù ñieàu kieän toát ñeå cho taûo phaùt trieån. ÔÛ nhöõng vuøng taûo phaùt trieån maïnh, ñaëc bieät laø ôû nôi nöôùc caën, pH coù theå ñaït ñeán 10. Taûo söû duïng carbonic cho caùc hoaït ñoäng quang toång hôïp cuûa chuùng vaø vieäc khöû carbonic daãn ñeán pH cao. Chuùng ta thaáy raèng vieäc thoåi khí khöû carbonic daãn ñeán pH coù theå taêng ñeán 8 vaø 9 vôùi ñoä kieàm trung bình. Taûo coù theå giaûm noàng ñoä carbonic töø ñoù xuoáng döôùi noàng ñoä caân baèng trong khoâng khí vaø tieáp theo coù theå gaây neân vieäc taêng pH raát cao. Khi pH taêng, caùc daïng ñoä kieàm thay ñoåi vôùi keát quaû carbonic coù theå ñöôïc söû duïng cho söï phaùt trieån cuûa taûo vôùi caû daïng carbonate vaø bicarbonate theo phöông trình caân baèng sau: 2HCO3- → CO32- + H2O + CO2 (3 - 21) CO32- + H2O → 2OH- + CO2 {3 - 22) Vaøo ban ñeâm, taûo saûn xuaát khí carbonic thay vì tieâu thuï noù. Ñieàu naøy xaûy ra vì quaù trình hoâ haáp cuûa chuùng trong boùng toái cao hôn quaù trình quang hôïp toång hôïp. Vieäc saûn xuaát carbonic naøy coù aûnh höôûng ngöôïc vaø daãn ñeán laøm giaûm pH. Söï thay ñoåi ban ngaøy cuûa pH do quaù trình quang toång hôïp vaø hoâ haáp thöôøng xaûy ra trong nöôùc maët Trong nöôùc töï nhieân chöùa moät löôïng ñaùng keå Ca2+, carbonate canxi keát tuûa khi noàng ñoä ion carbonate ñuû lôùn ñeå tích hoøa tan cuûa CaCO3 ñuû: Ca2+ + CO32- → CaCO3 (3 - 23) Nöôùc loø hôi chöùa caû ñoä kieàm carbonate vaø hydroxide. Caû hai loaïi ñoä kieàm naøy nhaän ñöôïc töø ñoä kieàm bicarbonate cuûa nöôùc ñöa vaøo loø hôi. Khí carbonic khoâng hoøa tan trong nöôùc loø hôi vaø ñöôïc khöû cuøng vôùi hôi nöôùc noùng. Ñieàu naøy laøm taêng pH vaø chuyeån ñoä kieàm töø bicarbonate thaønh carbonate vaø töø carbonate thaønh hydroxide Döôùi caùc ñieàu kieän nhö vaäy, pH luoân cao hôn 11. Ñoä kieàm cuûa nöôùc loø hôi THIẾT BỊ ĐO ĐỘ KIỀM YÙ NGHÓA Ñoä kieàm treân da: Độ pH của làn da con người dao động trong khoảng từ 4 đến 6,5. Đây là độ pH cân bằng, yếu tố quan trọng giúp da chống đỡ vi khuẩn và nấm Da của trẻ sơ sinh luôn có độ pH gần với độ pH trung tính là 7 nhưng ở dạng dư axít. Chính chất axít này giúp tiêu diệt vi khuẩn trên da. Khi trưởng thành, độ pH trên da tăng lên (7-14) da trở nên kiềm hóa, khiến cho vi khuẩn và nấm có điều kiện phát triển Bình thường, trên da luôn tồn tại một số loại vi khuẩn và nấm không gây hại. Nhưng khi bạn sử dụng xà phòng để rửa mặt, chất tẩy mạnh trong xà phòng sẽ lấy đi chất nhờn và độ ẩm trên bề mặt da, làm biến đổi độ pH, tạo ra độ kiềm 7-12. Khi độ pH bị mất cân bằng, da rất dễ bị thương tổn như khô ráp, ngứa, nứt nẻ, nổi mụn hoặc mắc bệnh ngoài da. Trong lónh vöïc moâi tröôøng: Keo tuï hoùa hoïc : Caùc hoùa chaát ñöôïc söû duïng ñeå keo tuï nöôùc vaø nöôùc thaûi phaûn öùng vôùi nöôùc ñeå taïo thaønh keát tuûa hydroxide khoâng hoøa tan. Ion hydro giaûi phoùng ra seõ phaûn öùng vôùi ñoä kieàm cuûa nöôùc. Vì vaäy, ñoä kieàm taùc duïng ñeäm cho nöôùc daõy pH toái öu cho quaù trình keo tuï. Ñoä kieàm phaûi coù maët trong nöôùc ôû moät löôïng ñuû ñeå trung hoøa löôïng acid ñöôïc giaûi phoùng ra töø caùc chaát keo tuï vaø hoaøn thaønh quaù trình keo tuï. Laøm meàm nöôùc: Ñoä kieàm laø thoâng soá chính phaûi ñöôïc xem xeùt ñeán trong vieäc tính toaùn nhu caàu veà voâi vaø soâña trong quaù trình laøm meàm nöôùc baèng phöông phaùp keát tuûa. Ñoä kieàm cuûa nöôùc ñöôïc laøm meàm phaûi naèm trong giôùi haïn cuûa tieâu chuaån nöôùc uoáng. Kieåm soaùt aên moøn: Ñoä kieàm laø thoâng soá quan troïng lieân quan ñeán vieäc kieåm soaùt quaù trình aên moøn. Ñaây laø thoâng soá caàn phaûi bieát ñeå tính toaùn chæ soá baûo hoøa Langelier. Khaû naêng ñeäm: Soá ño ñoä kieàm ñöôïc söû duïng nhö moät thoâng soá ñeå ñaùnh giaù khaû naêng ñeäm cuûa nöôùc thaûi vaø buøn. Chaát thaûi coâng nghieäp: Nhieàu coâng ty chính qui caám vieäc xaû chaát thaûi chöùa ñoä kieàm hydroxide vaøo nguoàn nöôùc. caùc nhaø chöùc traùch ñoâ thò thöôøng caám xaû chaát thaûi chöùa ñoä kieàm hydroxide vaøo coáng thoaùt nöôùc. Ñoä kieàm cuõng nhö pH laø yeáu toá quan troïng khi xaùc ñònh khaû naêng xöû lyù sinh hoïc cuûa nöôùc thaûi. The end Chaân thaønh caùm ôn Söï theo doõi cuûa thaày coâ vaø caùc baïn! Taøi lieäu tham khaûo: Ñoä kieàm – Ths.Huyønh Thò Phöông Mai Giaùo trình hoùa nöôùc – Ts. Nguyeãn Ñöùc Nghóa Giaùo trình hoùa phân tích– Hoaøng Minh Chaâu Giaùo trình thöïc taäp hoùa phaân tích – Ts. Toâ Thò Hieàn Danh saùch nhoùm: Phaïm Nguyeãn Ngoïc Ñöùc - 0717004 Ñoã Maïnh An - 0717007 Ñoàng Thò Bích Phöôïng - 0717084 Ñoã Nguyeãn Ñaêng Khoa - 0717042 Nguyeãn Leä Haèng - 0717023 Voõ Thò Hoaøng Yeán - 0717139 Nguyễn Thiết Thành - 0717097