Почва /раствор.

Цель работы.

1. Изучить методику ионообменного метода исследования ().

2. Определить содержание обменного катиона Н⁺ в почве.

3. Обобщить полученные результаты исследования для разных почв.

ЗАДАНИЕ 5. Определение содержания ионов в пробе питьевой или технической воды в пересчете на анион ОН^- методом ионного обмена.

Цель работы.

1. Изучить методику ионообменного метода исследования ( . ).

2. Определить общее содержание анионов в воде в пересчете на ОН^-- ион с помощью анионита ЭДЭ-10П.

3. Сделать выводы о возможности использования проанализированной воды в питьевых или технических целях.

МЕТОДИКИ ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТ

Задание 1. Определение величины адсорбции поверхностно- активных веществ на жидкой поверхности методом Ребиндера

В термостат Т-прибора для определения поверхностного натяжения помещают пробирку П, заполненную испытуемой жидкостью и закрывают ее пробиркой с капилляром. Пробирка П при помощи бокового отростка соединяется с манометром М и аспиратором С. При истечении воды из аспиратора С в системе создается разряжение. Величину давления измеряют манометром М ( cм. рис. 5.11).

Рис. 10. Установка для определения поверхностного натяжения

При определении постоянной капилляра пробирку П заполняют дистиллированной водой, при этом конец капилляра должен слегка касаться поверхности жидкости (не глубже, иначе нужно вводить поправку на погружение). После установления постоянной температуры выпускают воду из аспиратора с такой скоростью, чтобы воздух проскакивал отдельными пузырьками. В момент проскакивания пузырька замечают разность высоты столбов в левом и правом коленах манометра (h_л и h_n) и записывают значения Р_о=(h_{л --} h_n ). Заменяют дистиллированную воду в пробирке на испытуемую жидкость(растворы бутилового спирта различных концентраций),затем, предварительно промыв ею пробирку и капилляр, точно так же измеряют Р_х. Результаты измерений записывают в табл. 5.2

Таблица 5.2 Данные для определения поверхностного натяжения

На основании экспериментальных данных рассчитывают поверхностное натяжение исследуемой жидкости по следующей формуле:

s_х = К Р_Х или s_х =s₀ 5.15

По данным таблицы 5.2 и 5.3, вычисляют величину адсорбцию по уравнению Гиббса (ур.5.8);

где С_Р – определяется как С_Р(1) = , С_{Р( 2)} = и тд.

Δs - рассчитывается - Δs₁ = s₁–s₀, Δs₂ = s₂ – s₁ и тд

ΔС – находится ΔС₁=С₁ – С₀ , ΔС₂ =С₂ - С₁ и тд.

Результатов расчетов записывают в табл. 5.3.

Таблица 5.3

На основании данных табл. 5.8 и 5.9 строят изотермы адсорбции и поверхностного натяжения, откладывая по оси абсцисс значения равновесных концентраций растворов, а по оси ординат – величины адсорбции Г в кмоль/м³ и поверхностного натяжения (d) в Н/м.В заключении по характеру изменения делают вывод о принадлежности бутилового спирта к ПАВ. Если Δσ< 0, а Г будет (+),вещество накапливается в поверхностном слое и является поверхностно - активным (ПАВ).

Если Δσ > 0, Г будет отрицательной - вещество поверхностно - неактивно.

ЗАДАНИЕ 2. Определение поверхностного натяжения 0,1 М раствораспиртов жирного ряда С₂Н₅ОН, С₃Н₇ОН, С₅Н₁₁ОН, и т.д. проводят методом Ребиндера (см. методику задания 1).

Результаты измерений заносят в табл. 5.4.

Затем рассчитывают поверхностное натяжение спиртов по формуле (5.15) и по результатам строят график, откладывая на оси абсцисс число атомов углерода, а на оси ординат – значения d.

Понятие d в разбавленных растворах может служить мерой поверхностной активности.

Найдя последовательное отношение d спиртов, необходимо показать, во сколько раз уменьшается поверхностное натяжение с удлинением углеродной цепи на группу - СН₂ -, т.е., соблюдается ли правило Траубе-Дюкло (с увеличением длины углеводородной цепи на –СН₂ –адсорбционная активность возрастает в 3-3,2 раза).

Таблица 5.4. Данные для определения поверхностного

натяжения

ЗАДАНИЕ 3. Определение величины адсорбции уксусной кислоты на угле или почве

Таблица 5.5 Результаты титрования при адсорбции.

Таблица 5.6. Результаты титрования при ионном

Обмене

По усредненным данным титрования рассчитывают концентрацию ионов Н⁺ в фильтрате, используя формулу (5.16).

Затем определяют содержание Н⁺ в почвенном растворе и по уравнению:

m_x = C_H+V_ФЭ_Х 10^-3 5.17

где V_ф - общий объем фильтрата, см³;

Э_х – эквивалент определяемого иона (Э_(Н+) =1)

Почва, как известно, состоит из органической и минеральной части. Содержащиеся в почве в поглощенном состоянии ионы водорода могут обмениваться в эквивалентных количествах на любые другие ионы. Общее уравнение ионного обмена Б.П.Никольского (ур. 5.14).

При обмене ионов Н⁺ в почве происходит процесс

ПН⁺+ К⁺ + Cl^— → ПК⁺+ Н⁺ + Cl^—.

Вытесненный ион Н⁺ и определяется титрованием. Сделайте выводы.

Количественная характеристика ионного обмена в почве впервые изучена К.К.Гедройцем.

ЗАДАНИЕ 5. Определение содержания ионов в пробе питьевой или технической воды в пересчете на анион ОН^-

Таблица 5.7. Результаты титрования при анионном обмене

По среднему значению V_к-ты, пошедшего на титрование, рассчитывают концентрацию ионов ОН^- в пробе по ур-нию 5.18.

Затем рассчитывают содержание ионов ОН^- ионов в 25 см³ взятой на анализ воды:

m_ОН-= С_ОН ^_ V_Ф Э_ОН ^_ 10 ^-3 г / 25 см³ воды. 5.19

Далее выражают m_ОН^_ на 1 дм³ (1 л) питьевой или технической воды и делают вывод об общем содержании анионов в пробе в пересчете на ОН^—ион.

На границе раздела раствор сильного электролита и полярное твердое тело (анионит) возникает двойной электрический слой. Ионы внешней обкладки этого слоя, сравнительно слабо связанные с твердой фазой силами электростатического взаимодействия, могут обмениваться с одноименными ионами из раствора в эквивалентных количествах.

Процессы ионного обмена на твердой поверхности характеризуются уравнениям Б.П. Никольского (см. ур –ние 5.14).

При обмене анионов в пробе с анионитом в ОН^- форме происходит процесс, который схематично можно записать:

Cl^- │Cl^-

Анионит X OH^— +SO₄^2- ® Анионит SO₄² + X OH^—

CO₃^2- и др │ CO₃²

и др.

Концентрация ОН^- анионов определяется титрованием HCl и будет характеризовать суммарное количество анионов в пробе воды в перерасчете на ион ОН^-.