|
Главная - Статьи о животных - Статьи о рыбках - Живая вода. Аквариумистика. Аквариумная гидрохимия. Измерение концентрации ионов в воде.

Живая вода. Аквариумистика. Аквариумная гидрохимия. Измерение концентрации ионов в воде.

E-mail Печать PDF

Моль, число Авогадро, миллимоль, миллиграмм-эквивалент (мг-экв/л),нормальность раствора, природная вода, как раствор солей и анализ егосостава методом титрования

Зачем нужна вся эта писанина объясненоздесь.

    Химиками для обозначения количества вещества принятаспециальная единица измерения, называемая молем. Удобство использованиямоля в том, что он всегда означает одинаковое количество вещества по числуатомов или молекул, независимо от массы самих частиц. (Ниже изложены инекоторые теоретические положения, связанные с понятием моль и важная впрактическом плане информация. Тот, кто не хочет вникать в теорию, может еёперескочить).
    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 углерода12С. В 12 г этого изотопасодержится 6.0221367×1023 атомов.Один моль вещества, состоящего из молекул, включает в себя6.0221367×1023 молекул, если веществоимеет атомарное строение (например какой-либо металл), то один моль такоговещества будет включать в себя6.0221367×1023 атомов. Прирастворении соли в воде молекулыдиссоциируют на ионы и все будет выглядеть уже чуть сложнее: один мольрастворенной соли, скажем, хлорида кальция(CaCl2) даст один моль ионов кальция(Ca2+) и два моля ионов хлора (Cl-),то есть 12.0442734×1023 ионов, ведьодна молекула хлорида кальция растворившись даст два иона хлора.
    6.0221367×1023 этоособое число структурных единиц вещества (атомов, молекул,ионов) используемое для измерения количества вещества в молях. Оно называетсячислом 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 атомауглерода. В а.е.м. указана масса элементов в таблицеМенделеева. Относительной молекулярной массой (сокращенно молекулярноймассой) простого или сложного вещества называют отношение массы его молекулык 1/12 части атома 12С. 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 граммахи на молекулярную массу этого вещества, либо на массу той элементарнойединицы, из которых данное вещество состоит(обозначим эту величину N а.е.м.):

1.66×10-24 ×6.0221367×1023 × N а.е.м. = 0.999674576 × N а.е.м.

    По сути дела получается, причем не только из этих расчетов, но и исходя извсех приведенных выше определений*, чтомольная масса =1×N а.е.м., то естьмольная 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 егомолекулярной (атомной) массе.

    Если количество вещества можно выразить в молях, то и концентрацию тожеможно. Концентрация, представленная как количество вещества на единицуобъема - моль/дм3 (моль/л), называетсямолярной. В науках об окружающей среде такой способ выражения концентрациивещества используется очень часто.
    В пресных водах концентрации растворенных веществ относительно невелики,поэтому имеет смысл применять единицу измерения количества вещества в 1000раз меньшую чем моль. Эта единица называется миллимоль, сокращенно пишетсякак "ммоль/л", "мМ/л". В случае очень низких концентраций используетсявеличина в 1000000 раз меньшая моля: "мкмоль/л", или "мкМ/л".
    Природные воды всегда содержат растворенные минеральные соли, которыедиссоциированы на ионы: катионы (заряжены положительно) и анионы (заряженыотрицательно). Например, следующие обычные для природных вод соли растворяясьдают следующие ионы:

Гидрокарбонат кальцияСа(НСО3)2диссоциирует на катион Са2+( а.е.м. = 40, соответственно масса1 моля ионов кальция = 40 г) и два аниона НСО3-(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 MgSO4диссоциирует на катион Mg2+ (а.е.м. = 24, масса одного моля = 24 г)и анион SO42-(молекулярная масса сульфат-иона 96, один моль имеет массу 96 г);

Нитрат калия KNO3диссоциирует на катион K+ (а.е.м. = 39, масса одного моля = 39 г)и анион NO3-(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 свойствоэлектропроводности.Сам раствор остается электронейтральным, в нем сохраняетсясуммарное равенство отрицательных и положительных зарядов. При этом число и массаанионов и катионов могут быть не равными друг другу, ведь они различаются помолекулярной массе и заряду (валентности).
    Чтобы записать это равенство, необходимо все привести так сказать к "общемузнаменателю", а именно, найти способ выразитьодинаковое количество вещества по числу зарядов, инымисловами, измерить концентрацию различных ионов в единицах, которые быучитывали и их молекулярную массу и электрический заряд. Такой единицейявляется грамм-эквивалент на литр раствора (г-экв/л), иличастное от деления массы 1 моля какого-либо иона на величину электрическогозаряда (валентности) данного иона.
    Например, грамм-эквивалент иона кальция (Са2+) рассчитывают так:40:2=20 г/л, гидрокарбонатного иона(НСО3-) -61:1=61 г/л. Можно рассчитать грамм-эквивалент молекулы гидрокарбонатакальция в целом. Эквивалентная масса** соли равна еемольной массе, деленной на сумму валентностей всех атомов металла, входящихв 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 величинмассы грамм-эквивалентов тех ионов, на которые диссоциирует данная соль, внашем случае: (20+61=81).
    Раствор называют нормальным, если в одном его литресодержится один грамм-эквивалент растворенного вещества. Тогда концентрациюзаписывают как "1н раствор". Часто используют 0.01н и 0.05н концентрациирастворов.
    Выражение концентрации в г-экв/л - очень удобно при выполнении анализа пробыводы по той причине, что вещества взаимодействуют друг с другом вколичествах, пропорциональных массе их эквивалентов. Причем эквивалентодного вещества без остатка реагирует с эквивалентом другого."ЭКВИВАЛЕНТНЫЙ" - в переводе означает "РАВНОЦЕННЫЙ". На этом принципеоснованы методы количественного анализа с помощью титрования растворами,нормальность которых (концентрация в г-экв/л) заранее известна. Титрованиепо расходу таких растворов позволяет определить сколько же эквивалентовопределяемого вещества вступило в реакцию. Умножив эту величину на массуэквивалента определяемого вещества можно узнать его концентрацию в воде.В частности, таковыми методами являются многие продаваемые в зоомагазинахкапельные тесты, а также описанные на нашем сайте тесты для определения общейи карбонатной жесткости воды, которые вполне можно научиться делатьсамостоятельно!!!
    В аквариумистике и водоочистке часто используют величину в 1000 раз меньшуюграмм-эквивалента. Эта величина называется миллиграмм-эквивалент (мг-экв/л).Она больше всего подходит для выражения тех невысоких концентрацийрастворенных солей, которые характерны для пресных вод.
    Важное преимущество представления содержания в воде растворенных веществ вмг-экв/л состоит в том, что оно позволяет быстро проверять точностьлабораторного анализа пробы воды. Рассмотрим в качестве примера результатыанализа состава воды двух рек - Невы и Оби, приведенные следующей таблице:

Ионный состав вод двух рек

Название образцаCa+MgNa+KHCO3ClSO4NO3река Нева0.560.130.30.090.120.09река Обь5.10.15.00.020.160.02

Единицы измерения - мг-экв/л.
Использованы материалы сайтаhttp://novedu.chat.ru

    Суммарные концентрации, выраженные в мг-экв/л для катионов и анионовдолжны совпадать или же быть близкими (иначе принцип электронейтральностираствора будет нарушен), если этого нет, значит анализ проведен некорректно.Так, в приведенной выше таблице для реки Невы, суммарное содержание катионовсоставляет 0.69 мг-экв/л, а анионов 0.60 мг-экв/л. Это хорошее соответствиедля подобных анализов, но, возможно, какие-то анионы (ведь именно их меньше!)не были определены, или концентрации тех, что приведены в таблице установленыне совсем точно. С другой стороны, возможно, несколько завышено количествокатионов, а с анионами все в порядке. В любом случае, результаты такогоанализа - повод для раздумий. Но в примере с Обью, суммы концентраций анионови катионов совпадают идеально - это точный анализ. Вот почему очень неудобноопределение жесткости воды в градусах (немецких, французских, американских,английских), чтобы хоть что-то можно было сравнивать - все приходитьсяпересчитывать. Впрочем жесткость воды - другая история.

В. Ковалёв, кандидат биологических наук.

    Несколько слов в оправдание автора:
    Зачем на развлекательном по своейсути сайте размещать подобные не слишком легкиедля чтения тексты, к тому же не совсем точно (чтобы их все же можнобыло 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 условиямижизни в аквариумах, где этим бедолагам угораздило оказаться. Надеяться, чтодорогое и "умное" оборудование за вас все сделает категорически нельзя!Я это ясно осознал, как только заработал наш форум. Подчасобъяснить человеку в двух словах, что именно у него плохо в аквариуме нуникак не выходит. Для начала ему бы не мешало прочитать эту да и другиестранички по аквариумной гидрохимии. Вот я и взялся их писать, хотя конечноже рассказывать о рыбках куда увлекательнее.
К началу статьи.

 

* Я не обладаю большими способностями к абстрактному мышлению и потому мнене показалось, что это очевидным образом следует и из приведенныхопределений (а именно так пишут в большинстве учебников), поэтому простовзял и посчитал - все вышло как надо, ну и слава Богу!
Вернуться к тексту

** Эквивалентная масса кислоты равна ее мольной массе, деленной наосновность (количество атомов водорода) кислоты. Эквивалентная массаоснования равна его мольной массе, деленной на валентность металла,образующего основание. Надо было привести и эти определения- мало ли кому понадобятся?
Вернуться к тексту

 
Symbol
Статьи о рыбках