Питома електропровідність і окисно-відновний потенціал води Визначення питомої електропровідності

Електропровідність поверхневих вод суходолу зумовлена в основному вмістом у них сольових компонентів (головних іонів), таких як Na⁺, К⁺, Са²⁺, Mg²⁺, HCO₃^-, СІ^- і SО₄^2-. Наявність інших іонів, зокрема Fe²⁺, Fe³⁺, Аl³⁺ та їхніх комплексних сполук, а також NH₄⁺, NO₂^-, NO₃, HPO₄^2-, Н₂РО₄^- та іонів деяких органічних сполук майже не коливає на електропровідність, оскільки вони рідко трапляються у воді в значних концентраціях. У воді з рН від 5 до 9 вміст іонів Н⁺ та ОН^- малий, і їх вплив на електропровідність не перевищує 0,1 − 0,2 %.

Абсолютну концентрацію головних іонів (мінералізацію води в мг/л) за електропровідністю визначити з достатньою надійністю неможливо через не однакову питому електропровідність розчинів різних солей. Питома електропровідність поверхневих вод суходолу є лише наближеним показником концентрації електролітів, здебільшого неорганічних, тобто ступеня мінералізації води. Водночас цей метод зручний для виявлення зміни ступеня мінералізації води під дією природних чи антропогенних чинників.

Принцип методу. Електропровідність розчинів найчастіше вимірюють методом змінного струму з використанням електродів із великою площею поверхні («платинова чернь»), що забезпечує незначну поляризацію електродів і зменшує похибку вимірювання. Однак, якщо у досліджуваній воді містяться великі кількості поверхнево-активних речовин (жирів, смол, масел тощо), то доцільно брати електроди з гладенькою блискучою поверхнею.

Розчини електролітів, як і всі провідники, характеризуються певним опором R. Одиницею опору є ом. Опір розчину прямо пропорційний відстані між електродами l і обернено пропорційний площі поверхні електродів S, яка занурена в розчин:

. (2.1)

Коефіцієнт пропорційності називають питомим опором. Якщо l = 1 см, S = 1 см², то = R. Отже, питомий опір дорівнює опору стовпчика розчину завдовжки 1 см і площею перерізу 1 см², тобто опору 1 см³ розчину.

Питома електропровідність æ — це величина, обернена до питомого опору:

æ (2.2)

Одиницею питомої електропровідності є сименс на сантиметр (См/см, або 1/(Ом∙см)).

З рівнянь (2.1) і (2.2) можна отримати рівняння для обчислення питомої електропровідності:

æ (2.3)

Щоб визначити питому електропровідність розчину, крім його опору R потрібно знати величину l/S, яку неможливо точно визначити діленням відстані між електродами на площу їх поверхні, оскільки в електролітичній посудині (комірці), в якій вимірюється електропровідність, відбувається розсіювання силових ліній струму. При цьому велике значення має також форма комірки. Нарешті, справжню площу поверхні електродів важко визначити, особливо при їх платинуванні. Тому питому електропровідність розчинів обчислюють за рівнянням

æ (2.4)

де К − константа електролітичної комірки, яку визначають експериментально (див. далі).

Методика визначення. Електролітичну комірку споліскують кілька разів дистильованою водою і двічі досліджуваною пробою води. Потім пробу води наливають у комірку так, щоб електроди були вкриті повністю. Об'єм (рівень) води завжди має бути сталим. Електролітичну комірку ставлять у термостат, в якому підтримується температура 25,0 ± 0,1ºС. Після встановлення цієї ж температури в досліджуваному розчині вимірюють його опір за інструкцією, що додається до кондуктометра.

Питому електропровідність проби води обчислюють за рівнянням (2.4).

Визначення константи К електролітичної комірки. Електролітичну комірку споліскують 3−4 рази дистильованою водою, а потім 0,01 М розчином KCl.

Наливають у комірку 0,01 М розчин KCl, ставлять у термостат, доводять його температуру до 25 ºС і вимірюють опір R.

Розчин виливають з комірки, тричі споліскують її 0,1 М розчином KCl. Потім наповнюють комірку таким самим роачмом KCl. витримують у термостаті до встановлення температури 25 ºС і вимірюють опір розчину R.

Константу електролітичної комірки обчислюють за рівнянням

K = æR, (2.5)

врахувавши, що питомі електропровідності æ 0,01 М і 0,1 М розчинів KCl за 25 °С дорівнюють відповідно 0,001412 і 0,01289 См/см. Для двох розчинів KCl визначають середнє значення К.

Для вимірювання питомої електропровідності поверхневих вод суходолу використовують електролітичні комірки, константи яких знаходяться в межах 0,8−1,5.

Константи комірок, в яких містяться електроди, вкриті платиновою черню, треба перевіряти після кожних 200 вимірювань електропровідності, але не рідше ніж 1 раз на місяць, а константу комірок із блискучими електродами − після 500 − 600 вимірювань, але не рідше ніж 2 рази на рік.

Апаратура

Кондуктометр із комплектом електролітичних комірок.

Реактиви

Розчин хлориду калію, 0,1 М: 7,456 ± 0,001 г KCl, х.ч., розчиняють у дистильованій воді, об'єм розчину доводять у мірній колбі до 1 дм³.

Розчин хлориду калію, 0,01 М готують розбавленням розчину 0,1 М у 10 разів дистильованою водою.