giáo trình và bài giảng hay về hóa môi trường

CÔNG TY MÔI TRƯỜNG TẦM NHÌN XANH






GIÁO TRÌNH

HÓA MÔI TRƯỜNG












GREEN EYE ENVIRONMENT
CễNG TY MễI TRNG
TM NHèN XANH

GREE

Tel: (08)5150181
Fax: (08)8114594
www.gree-vn.com



ThS: Huyứnh Ngoùc Phửụng Mai

CHNG 1

PH


1.1 GII THIU CHUNG

Thut ng pH c s dng rng rói biu din tớnh acid hoc tớnh kim ca dung
dch. pH l ch s biu din nng ca ion hydro, hay núi chớnh xỏc hn l nng
hot tớnh ca ion hydro. pH cú vai trũ quan trng trong hu ht cỏc quỏ trỡnh ca lnh
vc k thut mụi trng. Trong lnh vc cp nc, pH l yu t quan trng nh hng
n quỏ trỡnh keo t húa hc, kh trựng, lm mm v kim soỏt tớnh n mũn ca nc.
Trong x lý nc thi bng cỏc quỏ trỡnh sinh hc, pH phi c duy trỡ trong gii hn
ti u cho s phỏt trin ca vi sinh vt. Cỏc quỏ trỡnh húa hc s dng keo t nc
thi, lm khụ bựn hoc oxy cỏc hp cht nh ion cyanua, thng ũi hi pH phi c
duy trỡ trong mt gii hn hp. Vỡ nhng lý do trờn v vỡ cỏc mi quan h c bn gia
pH, acid v kim, cn phi hiu bit v lý thuyt cng nh thc t pH.

1.2 Lí THUYT pH

Khỏi nim v pH c phỏt trin t hng lot cỏc nghiờn cu dn n hiu bit y
hn v acid v base. Vi s khỏm phỏ ca Cavendish nm 1366 v hydro, ngay sau ú

mi ngi u bit tt c acid cha nguyờn t hydro. Cỏc nh húa hc ó tỡm thy rng
cỏc phn ng trung hũa gia acid v base luụn luụn to thnh nc. T khỏm phỏ trờn
v cỏc thụng tin liờn quan, ngi ta kt lun rng base cha cỏc nhúm hydroxyl.

Nm 1887 Arrhenius thụng bỏo lý thuyt ca ụng v s phõn ly thnh ion (ionization).
T ú n nay acid c coi l cỏc cht khi phõn ly to thnh ion hydro v base khi
phõn ly to thnh ion hydroxyl. Theo khỏi nim ca Arrhenius, trong dung dch, acid
mnh v base mnh cú kh nng phõn ly cao, acid yu v base yu cú kh nng phõn
ly kộm trong dung dch nc. S ra i v phỏt trin cỏc thit b thớch hp o nng
hoc hot tớnh ca ion hydro ó chng minh lý thuyt trờn.


o hot ca ion hydro

in cc hydro l thit b thớch hp o hot tớnh ca ion hydro. Cựng vi vic
s dng in cc hydro, ngi ta tỡm thy rng nc tinh khit phõn ly cho nng ion
hydro cõn bng khong 10-7 mol/l.

â Copyright 2006 gree-vn.com, All rights reserved. Xin ghi rừ ngun khi bn phỏt hnh li thụng tin t trang ny.
1-1




H
2
O ặ H
+
+ OH
-

(1 1)



GREEN EYE ENVIRONMENT
CễNG TY MễI TRNG
TM NHèN XANH

GREE
Tel: (08)5150181
Fax: (08)8114594
www.gree-vn.com



ThS: Huyứnh Ngoùc Phửụng Mai

Vỡ nc phõn ly to thnh mt ion hydroxyl v mt ion hydro nờn rừ rng rng cú
khong 10-7 mol/l ion hydroxyl cng c to thnh. Thay th vo phng trỡnh cõn
bng ta cú:

{
}
{
}
{}
K
OH
OHH
=

+
2
(1 2)



Nhng vỡ nng ca nc l rt ln ([6,02 x 1023 x 1.000/18] mol/l) v gim i rt ớt
do b phõn ly nờn cú th c xem l hng s (hot tớnh ca nú tng ng vi 1,0)
v phng trỡnh (1 2) cú th c vit thnh:

(1 3)
{H
+
} {OH
-
} = K
n

v i vi nc tinh khit 200C,

{H
+
} {OH
-
} = 10
-7
x 10
-7
= 10
-14

Hng s ny l tớch ion hoc hng s phõn ly ca nc.

Khi cho vo nc mt acid, nú phõn ly trong nc v hot tớnh ion hydro tng lờn;
tip theo, hot tớnh ion hydroxyl phi gim xung tuõn theo hng s phõn ly. Vớ d,
nu acid c cho vo nc tng nng hot tớnh {H+} n 10-1 thỡ nng hot
tớnh {OH-} phi gim n 10-13, cú:

10
-1
x 10
-13
= 10
-14


Ngc li, nu base c cho vo nc tng nng {OH-} n 10-3 thỡ nng
{H+} gim n 10-11. V mt ghi nh quan trng l {OH-} v {H+} khụng bao gi gim
n zero.


Khỏi nim c bn pH

Vic biu din hot tớnh ion hydro di dng nng mol l khụng thun tin.
khc phc khú khn ny, nm 1909 Sorenson kin ngh biu din nng hot tớnh ca
ion hydro di dng logarithm õm v kớ hiu l pH+. Ký hiu ca ụng c thay th
bng ký hiu n gin hn l pH v c biu din bng

â Copyright 2006 gree-vn.com, All rights reserved. Xin ghi rừ ngun khi bn phỏt hnh li thụng tin t trang ny.

1-2






pH = - log{H
+
} hoaởc pH = log
{
H
+
}
1
(1 5)
v pH thng nm trong dóy t 0 n 14, vi pH 7 250C biu din tớnh trung hũa
tuyt i.




GREEN EYE ENVIRONMENT
CễNG TY MễI TRNG
TM NHèN XANH

GREE
Tel: (08)5150181
Fax: (08)8114594
www.gree-vn.com

ThS: Huyứnh Ngoùc Phửụng Mai



â Copyright 2006 gree-vn.com, All rights reserved. Xin ghi rừ ngun khi bn phỏt hnh li thụng tin t trang ny.
1-3







Vỡ hng s Kn thay i theo s thay i nhit , nờn pH ca tớnh trung hũa cng thay
i cựng vi nhit , l 7,5 00C v 6,5 600C. Tớnh acid tng khi giỏ tr pH gim v
tớnh kim tng khi giỏ tr pH tng.
1470
Thang pH
Daừ
y
acid Daừ
y
kiem

1.3 O pH

in cc hydro l tiờu chun tuyt i o pH. Nhng nú khụng thun li v khụng

thớch ng c vic s dng rng rói, c bit trong cỏc nghiờn cu ngoi hin trng
hoc i vi cỏc dung dch cú cha cỏc cht hp ph lờn platin en. S thay i ca
cỏc cht ch th c chun vi in cc xỏc nh tớnh cht mu ca chỳng
cỏc mc thay i ca pH. T nhng nghiờn cu ny, cú th xỏc nh mt cỏch chớnh
xỏc vic chn cht ch th cú kh nng thay i mu mt cỏch ỏng k trong dóy pH
cú liờn quan. Vic s dng cht ch th c thay th bng vic phỏt trin in cc thy
tinh.

Khong nm 1925, ngi ta ó tỡm thy in cc cú th c ch to bng thy tinh v
cú kh nng o c hot tớnh ca ion hydro m khụng b nh hng ca hu ht
cỏc ion khỏc. Vic s dng nú tr thnh phng phỏp tiờu chun o pH.



o bng in cc thy tinh

Cỏc loi mỏy o pH s dng in cc thy tinh do nhiu cụng ty ch to. Chỳng thay
i t cỏc loi mỏy pH cụng trng s dng pin vi giỏ vi trm USD n cỏc loi thit
b cú chớnh xỏc cao vi giỏ hn ngn USD. Cỏc loi mỏy o pH s dng in 110V
c ch to t nhng nm 1940 v ỏp ng c hu ht cỏc yờu cu ca phũng thớ
nghim, chỳng cú kh nng o c pH vi chớnh xỏc 0,1 n v. Cỏc mỏy o pH di
ng s dng pin thớch hp vi vic i cụng trng.

Vic o pH cú th c thc hin trong rt nhiu loi vt liu v cỏc iu kin rt
khỏc nhau, iu ny cho thy phi lu ý n loi in cc. Vic o cỏc giỏ tr pH cao
hn 10 v nhit cao tt nht c thc hin vi cỏc in cc thy tinh c bit.
Cỏc thit b o pH thng c chun bng cỏc dung dch pH chun.

GREEN EYE ENVIRONMENT
CÔNG TY MÔI TRƯỜNG
TẦM NHÌN XANH

GREE
Tel: (08)5150181
Fax: (08)8114594
www.gree-vn.com



ThS: Huyønh Ngoïc Phöông Mai

© Copyright 2006 gree-vn.com, All rights reserved. Xin ghi rõ nguồn khi bạn phát hành lại thông tin từ trang này.
1-4



1.4 PHÂN TÍCH SỐ LIỆU pH

Số liệu pH luôn luôn được phân tích dưới dạng hoạt tính của ion – hydro, là số đo của
tính acid hoặc kiềm của dung dịch. Một cách gần đúng, có thể giả thiết nồng độ của ion
– hydro {H+} = {H+} nồng độ hoạt tính của ion – hydro. Vì vậy,

ở pH = 2 {H+} = 10-2
ở pH = 10 {H+} = 10-10

ở pH = 4,5 {H+} = 10-4,5

pH không đo độ acid tổng cộng hoặc độ kiềm tổng cộng. Điều này có thể được trình
bày bằng việc so sánh pH của dung dịch acid sulfuric và acid acetic N/10. pH của dung
dịch acid sulfuric khoảng 1 vì nó có phân ly mạnh hơn và pH của dung dịch acid acetic
khoảng 3 vì nó phân ly yếu hơn.

Trong một vài thí dụ pOH, hoặc hoạt tính của ion-hydroxyl, của dung dịch là mối quan
tâm chính. Người ta thường tính pOH bằng cách sử dụng mối quan hệ đã cho trong
Phương trình (1-3). Phép tính gần đúng được thực hiện từ mối quan hệ:

pH + pOH = 14 (1 - 6)
hoặc pOH = 14 – pH (1 - 7)

[OH-] và [H+] của dung dịch không bao giờ giảm đến zero.

Khái niệm cơ bản của pOH, hoặc hoạt tính của ion – hydroxyl là đặc biệt quan trọng
trong các phản ứng kết tủa liên quan đến việc tạo thành hydroxide. Ví dụ, việc kết tủa
Mg2+ trong quá trình làm mềm nước bằng vôi và trong quá trình keo tụ hóa học sử
dụng phèn sắt và phèn nhôm.

GREEN EYE ENVIRONMENT
CÔNG TY MÔI TRƯỜNG
TẦM NHÌN XANH

GREE
Tel: (08)5150181
Fax: (08)8114594
www.gree-vn.com


ThS: Huyønh Ngoïc Phöông Mai

© Copyright 2006 gree-vn.com, All rights reserved. Xin ghi rõ nguồn khi bạn phát hành lại thông tin từ trang này.
2-1

CHƯƠNG 2

ĐỘ ACID



2.1 KHÁI NIỆM CHUNG

Hầu hết các nguồn nước thiên nhiên, nước thải sinh hoạt và rất nhiều loại nước thải
công nghiệp có khả năng đệm do hệ thống carbonic-bicarbonate. Trên cơ sở của thông

tin này, người ta thường xem xét rằng tất cả các nguồn nước có pH nhỏ hơn 8,5 đều có
độ acid. Thường thường điểm kết thúc phenolphthalein tại pH 8,2 đến 8,4 được sử
dụng như điểm tham khảo. Khảo sát đường cong của acid carbonic cho thấy rằng ở pH
7,0 carbonic còn lại phải được trung hòa. Nó cũng cho thấy rằng bản thân carbonic sẽ
không làm giảm pH xuống dưới 4.

Từ đường cong định phân của các acid mạnh và tính chất của đường cong, người ta
có thể kết luận rằng việc trung hòa của acid kết thúc tại pH 4. Vì vậy, từ tính chất của
đường cong định phân acid carbonic và acid mạnh, rõ ràng là độ acid của nước tự
nhiên là do acid carbonic hoặc acid vô cơ mạnh gây ra, acid carbonic ảnh hưởng đối
với nước có pH lớn hơn 4 và acid mạnh có ảnh hưởng với nước có pH nhỏ hơn 4, như
trình bày trong Hình 2.1.


2.2 NGUỒN GỐC VÀ TÍNH CHẤT CỦA ĐỘ ACID

Acid carbonic là thành phần chủ yếu của tất cả nước tự nhiên. Nó hòa tan vào nước
mặt bằng quá trình hấp thụ từ khí quyển phụ thuộc vào định luật Henry, nhưng chỉ khi
nồng độ của acid carbonic nhỏ hơn sự cân bằng của carbonic trong không khí.
Carbonic cũng có thể tạo thành trong nước thông qua việc oxy hóa sinh học các chất
hữu cơ, đặc biệt trong nước bị ô nhiễm. Trong những trường hợp như vậy, nếu các
hoạt động quang hợp bị hạn chế, nồng độ của carbonic có thể vượt qua cân bằng và
khí carbonic sẽ từ nước thoát vào không khí. Vì vậy người ta đi đến kết luận rằng nước
mặt hấp thụ hoặc giải phóng một cách cân bằng khí carbonic để giữ cân bằng với
không khí. Khối lượng khí carbonic ở trạng thái cân bằng là rất nhỏ vì áp suất riêng
phần của khí carbonic trong không khí là rất thấp.

GREEN EYE ENVIRONMENT
CƠNG TY MƠI TRƯỜNG
TẦM NHÌN XANH

GREE
Tel: (08)5150181
Fax: (08)8114594
www.gree-vn.com


ThS: Huỳnh Ngọc Phương Mai

© Copyright 2006 gree-vn.com, All rights reserved. Xin ghi rõ nguồn khi bạn phát hành lại thơng tin từ trang này.

2-2


10
9
8
7
6
5
4
3
2

1














Điểm kết thúc phenolphthalein
Dãy của độ acid carbonic
Điểm kết thúc methyl cam
Dãy thực tế của độ acid vô cơ

Hình 2.1 Các loại độ acid quan trọng trong nước bình thường và nước thải.

Nước ngầm và nước từ vùng các đối lưu của hồ chứa phân tầng thường chứa một
lượng đáng kể khí carbonic. Nồng độ này là kết quả của việc phân hủy sinh học các
chất hữu cơ có trong nước dưới sự hoạt động của vi sinh vật, trong điều kiện này khí
carbonic khơng thể tự do giải phóng vào khí quyển. Khí carbonic là sản phẩm cuối cùng
của cả q trình phân hủy sinh học hiếu khí và kị khí; vì vậy, nồng độ của nó khơng bị
giới hạn bởi khối lượng oxy hòa tan ban đầu. Thường nước ngầm có nồng độ khí
carbonic khoảng 30 – 50 mg/L. Nước ngầm của thành phố Hồ Chí Minh và các tỉnh
đồng bằng sơng Cửu Long thường có nồng độ khí carbonic từ 80 – 120 mg/L, nhiều nơi

ở tầng nước ngầm mạch sâu (200 – 300 m) nồng độ CO2 có thể lên đến 320 mg/L.
Điều này đặc biệt đúng đối với nước thấm qua các lớp đất khơng chứa đủ carbonate
canxi và magne để trung hòa carbonic qua việc tạo thành carbonate.

CO
2
+ CaCO
3
+ H
2
O Ỉ Ca
2+
+ 2HCO
3
-
(2 – 1)

Acid vơ cơ có mặt trong nhiều loại chất thải cơng nghiệp, đặc biệt trong các loại chất
thải cơng nghiệp luyện kim và một phần từ sản phẩm các loại vật liệu hữu cơ tổng hợp.
Các nguồn nước thiên nhiên cũng có thể chứa độ acid vơ cơ. Nước thải từ các khu vực
hầm mỏ và nơi đổ quặng sẽ chứa một lượng đáng kể acid sulfuric hoặc muối của acid
sulfuric nếu có mặt lưu huỳnh, sulfide hoặc pyrit sắt. Việc chuyển hóa các vật liệu này
thành acid sulfuric và sulfate do vi khuẩn oxy hóa lưu huỳnh thực hiện trong điều kiện
hiếu khí.


Vi khuẩn
2S + 3O
2
+ 2H

2
O
4H
+
+ 2SO
4
2-
Vi khuẩn
FeS
2
+ 1
,
5O
2
+ H
2
O
Fe
2-
+ 2H
+
+ 2SO
4
2-
(
2 – 2
)

(
2 – 3

)







GREEN EYE ENVIRONMENT
CÔNG TY MÔI TRƯỜNG
TẦM NHÌN XANH

GREE
Tel: (08)5150181
Fax: (08)8114594
www.gree-vn.com


ThS: Huyønh Ngoïc Phöông Mai

© Copyright 2006 gree-vn.com, All rights reserved. Xin ghi rõ nguồn khi bạn phát hành lại thông tin từ trang này.
2-3

Muối của kim loại nặng, đặc biệt là các ion kim loại hóa trị ba, như Fe (III) và Al (III) thủy
phân trong nước để giải phóng độ acid vô cơ.

FeCl
3
+ 3H
2

O → Fe(OH)
3
+ 3H
+
+ 3Cl
-
(2 – 4)

Sự có mặt của các kim loại nặng được chỉ thị bằng việc tạo thành kết tủa khi pH của
dung dịch chứa các kim loại trên được tăng lên khi trung hòa.

Nhiều chất thải chứa acid hữu cơ. Sự có mặt và tính chất của chúng có thể được xác
định bằng cách sử dụng đường cong định phân định tính hoặc sắc kí khí.

2.3 Ý NGHĨA CỦA ĐỘ ACID CARBONIC VÀ ACID

Độ acid ít được quan tâm nhất trong lĩnh vực về sinh học hoặc sức khỏe cộng đồng.
Khí carbonic trong nước ngọt và bia ở nồng độ cao hơn rất nhiều cho với các nguồn
nước thiên nhiên và không ảnh hưởng có hại đến sức khỏe. Nước chứa acid vô cơ
thường không ngon.

Nước acid được quan tâm vì tính ăn mòn của chúng và chi phí trong việc xử lý các chất
ăn mòn. Carbonic là yếu tố gây ăn mòn ở hầu hết các loại nước tự nhiên, nhưng trong
rất nhiều loại nước thải công nghiệp acid vô cơ là nguyên nhân gây ra tính ăn mòn này.
Khí carbonic phải được tính toán đến trong quá trình làm mềm nước khi sử dụng với
soda.

Trong quá trình xử lý sinh học, pH phải được duy trì trong khoảng từ 6 đến 9,5. Tiêu
chuẩn này thường đòi hỏi việc điều chỉnh pH tới mức thích hợp và trong nhiều trường
hợp việc tính toán khối lượng hóa chất cần thiết dựa trên giá trị độ acid.

Quá trình đốt nhiên liệu hóa thạch trong các nhà máy nhiệt điện và xe ôtô dẫn đến việc
tạo thành oxit nitơ và oxit lưu huỳnh. Khi hòa tan trong nước mưa chúng thủy phân tạo
thành acid sulfuric và acid nitric. Kết quả là mưa acid làm giảm pH trong các hồ nước
có khả năng đệm thấp, ảnh hưởng xấu đến đời sống dưới nước và có thể làm tăng khối
lượng hóa chất như nhôm, sắt, silic hòa tan từ đất vào nước bề mặt. Vì những lý do
này, việc kiểm soát oxit lưu huỳnh và nitơ cần được thực hiện khi thải các loại khí đốt
vào môi trường không khí.


2.4 PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH

Độ acid carbonic và acid vô cơ có thể được xác định bằng việc sử dụng các dung dịch
kiềm tiêu chuẩn. Acid vô cơ được đo bằng định phân đến pH khoảng 3,7 với điểm kết
thúc methyl cam. Kết quả định phân mẫu nước đến điểm kết thúc phenolphthalein với
pH 8,3 xác định cả độ acid vô cơ và độ acid do các acid yếu gây nên. Độ acid tổng
cộng này có tên là độ acid phenolphthalein.



GREEN EYE ENVIRONMENT
CễNG TY MễI TRNG
TM NHèN XANH

GREE
Tel: (08)5150181
Fax: (08)8114594
www.gree-vn.com

ThS: Huyứnh Ngoùc Phửụng Mai

â Copyright 2006 gree-vn.com, All rights reserved. Xin ghi rừ ngun khi bn phỏt hnh li thụng tin t trang ny.
2-4

acid carbonic

Nu mun cú kt qu tin cy vi chớnh xỏc cao, cn phi c bit lu ý khi ly mu,
bo qun mu v phõn tớch mu xỏc nh nng carbonic, khụng tớnh n phng
phỏp phõn tớch. Trong cỏc ngun nc m carbonic úng vai trũ quan trng, ỏp sut
riờng phn ca nú thng ln hn nhiu ln ỏp sut ca khớ carbonic trong khớ quyn;
vỡ vy khi tip xỳc vi khụng khớ phi trỏnh hoc gi mc tht thoỏt mc nh nht.
Vỡ lý do ny, vic phõn tớch cú th c thc hin tt nht ngay ti ni ly mu, trỏnh
c vic tip xỳc vi khụng khớ v s thay i ca nhit .

Mu nc phi c ly tng t nh khi ly mu xỏc nh oxy hũa tan, chng hn
dựng ng hoc pipet ngp trong nc trỏnh cỏc bt khớ v cho phộp bỡnh cha mu
chy trn v cho nc thay th ch ca khụng khớ. Nu mu phi vn chuyn v
phũng thớ nghim phõn tớch, chai ly mu phi c y kớn khụng khớ khụng lt
c vo chai. Nhit phi c gi gn vi nhit ti ni ly mu.

Phng phỏp nh phõn. gim n mc thp nht vic tip xỳc vi khụng khớ,
tt nht nờn ly mu v nh phõn trong cỏc ng nh mc hoc ng so mu. ng so
mu hoc ng nh mc phi c chy trn v vic ly mu vi th tớch thớch hp
c thc hin bng cỏch s dng siphon hoc pipet. Sau khi b sung khi lng
thớch hp cht ch th phenolphthalein, tin hnh nh phõn ngay gim n mc thp
nht s tht thoỏt khớ carbonic vo khụng khớ. Thụng thng, ban u mt khi lng
ỏng k ca khớ carbonic s b tht thoỏt do phi khuy trong mu. Kt qu tin cy hn
cú th thu c bng vic ly mu ln hai v thờm mt khi lng cht nh phõn ó
bit trc khi tin hnh khuy trn. Vic nh phõn cú th hon thin vi vic tht thoỏt

khớ carbonic l khụng ỏng k. im kt thỳc cui cựng s xut hin rt chm, do ú
vic nh phõn s ch kt thỳc hon ton khi mu hng tn ti 30 giõy.

Khi hydroxide natri c s dng lm cht chun, cn phi chc chn rng nú khụng
cha carbonate natri. Phn ng cú liờn quan n quỏ trỡnh trung hũa xy ra theo hai
bc.


2NaOH + CO
2
ặ Na
2
CO
3
+ H
2
O (2 5)
Na
2
CO
3
+ CO
2
+ H
2
O ặ 2NaHCO
3
(2 6)

v t Phng trỡnh (2 6) rừ rng l nu carbonate natri cú mt trong hydroxide natri

s gõy nờn sai s trong kt qu phõn tớch. khc phc khú khn ny, dung dch
carbonate natri l mt trong nhng cht nh phõn chun c gii thiu o acid
carbonic. Carbonate natri cú th c s dng theo kh nng ny vỡ phn ng mt
cỏch nh lng vi acid carbonic, nh trỡnh by trong Phng trỡnh (2 6). Nú cú u
im nht nh l cú th mua di dng tinh khit phõn tớch (PA).

Tớnh toỏn t pH v kim. Cú kh nng tớnh toỏn khi lng carbonic trong
mu nc t phng trỡnh phõn ly ca acid carbonic. Khi pH thp hn 8,5, hng s


GREEN EYE ENVIRONMENT
CÔNG TY MÔI TRƯỜNG
TẦM NHÌN XANH

GREE
Tel: (08)5150181
Fax: (08)8114594
www.gree-vn.com


ThS: Huyønh Ngoïc Phöông Mai

© Copyright 2006 gree-vn.com, All rights reserved. Xin ghi rõ nguồn khi bạn phát hành lại thông tin từ trang này.
phân ly bậc một của acid carbonic có thể được sử dụng cho biết nồng độ ion – hydro,
nồng độ ion – bicarbonate và hằng số phân ly K
1
:


(2 – 7)

[
H
+
]

[
HCO
3
-
]
[H
2
CO
3
*
]
= K
A1




Thực tế, [H
2
CO
3
*] trong phương trình này được thiết lập tương đương với tổng nồng độ
mol của acid carbonic và carbonic tự do vì rất khó phân biệt giữa hai dạng trên của acid
carbonic. Vì carbonic tự do chiếm khoảng 99 phần trăm tổng nồng độ, phương trình
trên chỉ là phương trình gần đúng.

Việc sử dụng Phương trình (2 – 7) được mô tả trong ví dụ sau.
Nếu K
Al
= 4,3 x 10-7, [H
+
] =10-7 và [HCO
3-
] = 4,3 x 10-7, thì nồng độ CO2 phải bằng
(10
-7
) x (4,3 x 10-3) / (4,3 x 10 - 7) = 10
-3
mol/L hoặc 44 mg/L. Mặc dù vậy, để tính toán
trên được chính xác, cần phải kể đến ảnh hưởng của các ion khác và ảnh hưởng của
nhiệt độ đến hằng số K
1
. Từ những nhận xét trên có thể thấy rằng việc tính toán khí
carbonic tự do trong nước là một quá trình phức tạp, vì vậy trong hướng dẫn “Standard
methods” có trình bày đồ thị để xác định carbonic tự do từ pH, độ kiềm, chất rắn hòa
tan và nhiệt độ.

Việc xác định carbonic từ số đo độ pH và độ kiềm có thể cho kết quả với độ chính xác
cao, nhưng không thực sự cần thiết. Phương pháp gặp phải khó khăn là phải biết nồng
độ chất rắn hòa tan. Điều này đòi hỏi phải phân tích riêng biệt bằng phương pháp trọng
lượng hoặc độ dẫn. Tương tự, pH phải được đo với độ chính xác cao, vì thay đổi nhỏ
sẽ dẫn đến sai số lớn.

Ví dụ, pH sai số 0,1 sẽ dẫn đến sai số 25 phần trăm khi xác định carbonic. Nó trở thành
câu hỏi xem kết quả tính toán này dưới điều kiện phòng thí nghiệm bình thường hóa

trên hiện trường có độ tin cậy hơn kết quả thu được bằng qui trình định phân hay
không, khi việc quan tâm thích hợp được thực hiện đến các mô tả chi tiết cho phương
pháp định phân. Xem xét các khó khăn của mỗi phương pháp, người ta thấy rằng qui
trình định phân thường là phương pháp được lựa chọn khi nồng độ carbonic lớn hơn 2
mg/L, trong khi đó đòi hỏi các nồng độ nhỏ hơn sai số sẽ lớn hơn, vì vậy qui trình tính
toán được kiến nghị thực hiện.

Phương pháp hiện trường. Phương trình định phân có rất nhiều ưu điểm và tính
chính xác đủ cho tất cả các mục đích thực tế.

Độ Acid Methyl Cam

Tất cả nước thiên nhiên và hầu hết các loại nước thải công nghiệp có pH thấp hơn 4
đều có độ acid vô cơ hoặc độ acid methyl cam. Acid vô cơ cần được trung hòa tại thời
điểm pH tăng lên 3,7 và chất chỉ thị pH màu thường được sử dụng khi máy đo pH
không có sẵn. Trong khi đó, trước đây methyl cam được sử dụng cho mục đích này,
2-5



GREEN EYE ENVIRONMENT
CÔNG TY MÔI TRƯỜNG
TẦM NHÌN XANH

GREE
Tel: (08)5150181
Fax: (08)8114594
www.gree-vn.com

ThS: Huyønh Ngoïc Phöông Mai

© Copyright 2006 gree-vn.com, All rights reserved. Xin ghi rõ nguồn khi bạn phát hành lại thông tin từ trang này.
2-6

nhưng hiện nay bromphenol được kiến nghị sử dụng vì sự thay đổi màu rõ nét hơn ở
pH 3,7. Kết quả được trình bày trong khái niệm độ acid methyl cam như CaCO
3
. Vì
CaCO
3
có đương lượng là 50, dung dịch N/50 NaOH được sử dụng làm chất định
phân, do đó 1 mL tương đương với 1 mg độ acid.

Độ acid phenolphthalein

Đôi khi, cần phải đo độ acid tổng cộng của acid vô cơ và acid yếu trong mẫu nước. Vì
hầu hết các acid yếu được trung hòa ở pH 8,3 nên cả chất chỉ thị phenolphthalein và
metacresol màu đỏ tía có thể có thể sử dụng trong việc định phân. Khi có mặt của các
muối kim loại nặng, người ta thường đun nóng mẫu và định phân. Đun nóng mẫu làm
tăng tốc độ thủy phân của muối kim loại, cho phép việc định phân kết thúc nhanh chóng
hơn. Một lần nữa, dung dịch N/50 NaOH được sử dụng làm chất định phân và kết quả
được trình bày dưới dạng độ acid phenolphthalein như CaCO
3
.


2.5 ỨNG DỤNG SỐ LIỆU VỀ ĐỘ ACID

Việc xác định nồng độ carbonic đặc biệt quan trọng trong lĩnh vực cấp nước. Trong việc

phát triển các nguồn nước cấp mới, nó là yếu tố quan trọng cần phải được cân nhắc
trong các phương pháp và công trình xử lý. Nhiều nguồn nước ngầm yêu cầu phải xử
lý để tránh hiện tượng ăn mòn do carbonic gây ra. Khối lượng của khí carbonic trong
nước là yếu tố quan trọng để xác định xem việc khử khí được thực hiện bằng làm
thoáng hay bằng trung hòa với vôi hoặc hydroxide natri. Kích thước của các thiết bị,
liệu lượng hóa chất, kho dự trữ và giá thành xử lý phụ thuộc vào khối lượng của
carbonic có mặt trong nước. Nồng độ carbonic là thông số quan trọng để ước tính nhu
cầu hóa chất như vôi hoặc sođa.

Hầu hết các chất thải công nghiệp chứa acid vô cơ đều phải được trung hòa trước khi
chúng được xả vào sông hoặc đường ống thoát nước hoặc đến trạm xử lý. Khối lượng
hóa chất, kích thước của các thiết bị châm hóa chất, kho lưu trữ và giá thành được xác
định đưa vào số liệu về độ acid của phòng thí nghiệm.



GREEN EYE ENVIRONMENT
CÔNG TY MÔI TRƯỜNG
TẦM NHÌN XANH

GREE
Tel: (08)5150181
Fax: (08)8114594
www.gree-vn.com


ThS: Huyønh Ngoïc Phöông Mai

© Copyright 2006 gree-vn.com, All rights reserved. Xin ghi rõ nguồn khi bạn phát hành lại thông tin từ trang này.
3-1

CHƯƠNG 3

ĐỘ KIỀM




3.1 KHÁI NIỆM CHUNG

Độ kiềm là số đo khả năng trung hòa acid của nước. Đôi khi khái niệm khả năng trung
hòa acid thay thế cho khái niệm độ kiềm cũng được sử dụng trong một số tài liệu. Độ
kiềm của nước tự nhiên do muối của các acid yếu gây nên, mặc dù các chất kiềm yếu
và kiềm mạnh cũng có thể gây ra độ kiềm. Bicarbonate là dạng độ kiềm chủ yếu vì
chúng được tạo thành từ một khối lượng đáng kể khí carbonic có mặt trong đất và
không khí xem phương trình sau:

CO
2
+ CaCO
3
+ H
2
O Æ Ca
2+
+ 2HCO
3
-

Các muối của acid yếu như borate, silicate và phosphate có thể có mặt với khối lượng

nhỏ. Một vài loại acid hữu cơ khó bị oxy hóa sinh học, ví dụ như acid humic, tạo thành
các muối cũng gây nên độ kiềm trong nước. Trong nước bị ô nhiễm hoặc ở tình trạng
kỵ khí, muối của các acid yếu như acid acetic, propionic và hydrogen sulfide cũng có
thể tạo thành độ kiềm. Trong một số trường hợp khác, ammonia hoặc các hydroxide
cũng gây nên độ kiềm cho nước.

Trong những điều kiện nhất định, các nguồn nước tự nhiên có thể chứa một lượng
đáng kể độ kiềm carbonate và hydroxide. Điều kiện này thường xảy ra trong nguồn
nước mặt có tảo phát triển. Tảo sử dụng khí carbonic, dạng tự do và kết hợp, trong
nước và pH thường đạt trị số 9 đến 10. Nước lò hơi luôn luôn chứa độ kiềm carbonate
và hydroxide. Nước sau khi được xử lý làm mềm bằng phương pháp hóa học có sử
dụng vôi hoặc sôđa thường chứa carbonate và hydroxide.

Mặc dù rất nhiều chất gây ra độ kiềm trong nước, nhưng một phần lớn độ kiềm của
nước tự nhiên do ba chất sau gây ra theo thứ tự phụ thuộc vào giá trị pH từ cao đến
thấp: (1) hydroxide (OH-), (2) carbonate (CO
3
2-
) và (3) bicarbonate (HCO
3-
). Với hầu hết
các mục đích thực tế, độ kiềm do các chất khác gây ra trong nước tự nhiên là không
đáng kể hoặc rất nhỏ.

Độ kiềm của nước, về nguyên tắc, do muối của các acid yếu và các loại bazơ mạnh
gây ra và các chất này là dung dịch đệm để giữ pH không giảm nhiều khi đưa acid vào
nước. Vì vậy, độ kiềm còn là số đo khả năng đệm của nước và được sử dụng rộng rãi
trong lĩnh vực xử lý nước cấp cũng như nước thải.

GREEN EYE ENVIRONMENT
CÔNG TY MÔI TRƯỜNG
TẦM NHÌN XANH

GREE
Tel: (08)5150181
Fax: (08)8114594
www.gree-vn.com


ThS: Huyønh Ngoïc Phöông Mai

© Copyright 2006 gree-vn.com, All rights reserved. Xin ghi rõ nguồn khi bạn phát hành lại thông tin từ trang này.
3-2


3.2 Ý NGHĨA MÔI TRƯỜNG

Như đã biết, độ kiềm của nước ít có ý nghĩa về mặt sức khỏe cộng đồng. Nước có độ
kiềm cao thường không ngon và người tiêu thụ thường tìm các nguồn nước cấp khác.
Nước được xử lý bằng phương pháp hóa học thường có pH cao cũng không được
người sử dụng ưa chuộng. Vì những lý do trên, tiêu chuẩn về độ kiềm cho nước xử lý
bằng phương pháp hóa học đã được ban hành.


3.3 PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH ĐỘ KIỀM

Độ kiềm được xác định bằng phương pháp định phân với dung dịch acid sulfuric H
2
SO
4

N/5 (0,02N) và biểu diễn bằng đơn vị tương đương CaCO
3
. Ví dụ các mẫu nước có pH
trên 8,3 được định phân theo hai bước. Trong bước thứ nhất, mẫu nước được định
phân bằng dung dịch acid cho đến pH thấp hơn 8,3 tại điểm chất chỉ thị phenolphthalein
đổi màu từ hồng sang không màu. Việc định phân trong pha hai được thực hiện đến pH
thấp hơn khoảng 4,5 tương ứng với điểm kết thúc của bromcresol green. Khi pH của
mẫu nước thấp hơn 8,3, chỉ cần định phân một lần đến pH 4,5.

Việc chọn pH 8,3 là điểm kết thúc cho bước định phân thứ nhất tương ứng với điểm ion
carbonate chuyển thành ion bicarbonate:

CO
3
2-
+ H
+
Æ HCO
3
-
(3 – 1)

Việc sử dụng pH khoảng 4,5 làm điểm kết thúc cho bước định phân thứ hai tương ứng
với điểm ion bicarbonate chuyển thành acid carbonic:

HCO
3
-
+ H
+
Æ H
2
CO
3
(3 – 2)

Trên cơ sở Phương trình pH = ½ (pKn – pKB – logC0), điểm kết thúc chính xác cho
việc định phân phụ thuộc vào nồng độ ion bicarbonate ban đầu của mẫu nước. Chúng
ta thấy rằng Phương trình trên trở thành:

pH (điểm tương ứng bicarbonate) = 3,19 – ½ log[HCO3-] (3 – 3)









GREEN EYE ENVIRONMENT
CễNG TY MễI TRNG
TM NHèN XANH

GREE
Tel: (08)5150181
Fax: (08)8114594
www.gree-vn.com


ThS: Huyứnh Ngoùc Phửụng Mai

â Copyright 2006 gree-vn.com, All rights reserved. Xin ghi rừ ngun khi bn phỏt hnh li thụng tin t trang ny.
3-3


Hỡnh 3.1 ng cong nh phõn ca hn hp hydroxide-carbonate.

Bicarbonate [HCO3-] nng 0,01M tng ng vi kim 500 mgCaCO
3
/L cú im
kt thỳc phi l 4,19. Cỏc xem xột ny yờu cu acid carbonic hoc carbonic c to
thnh t bicarbonate khụng b mt t dung dch. iu ny rt khú khn lm chc
chn v vỡ lý do ny cỏc xem xột trờn cú ý ngha ln v mt lý thuyt.

pH thc ca im kt thỳc khi xỏc nh kim tt nht l c xỏc nh bng cỏch
nh phõn theo in th. Yu t ny cú ý ngha c bit quan trng i vi nc t
nhiờn m ú kim tng cng l tng cỏc nh hng ca cỏc mui acid yu trong
ú bicarbonate ch l mt phn. pH ca im gõy kt thỳc trờn ng nh phõn (xem
Hỡnh 3.1) l im kt thỳc tht. Giỏ tr pH ti cỏc im kt thỳc tng ng i vi cỏc
kim khỏc nhau t Phng trỡnh (3 3) hoc trong Standard Methods ch cú giỏ tr
cho cỏc dung dch bicarbonate v khụng c ỏp dng cho nc thi sinh hot hoc
sn xut, thm chớ ngay c nc t nhiờn.

3.4 CC PHNG PHP BIU DIN KIM

Do kim do rt nhiu cht gõy nờn. Cỏc cht ny thay i t nc sch nc b ụ
nhim nh nc thi sinh hot v nc thi cụng nghip, n cỏc loi bựn ó b phõn
hy. Cỏc phng phỏp biu din giỏ tr kim cng thay i mt cỏch ỏng k; vỡ vy
cn phi gii thớch phng phỏp biu din mt cỏch chi tit v xỏc nh cỏc lnh vc m
cỏc phng phỏp biu din c s dng.

kim phenolphthalein v kim tng cng

Phõn tớch ng cong nh phõn i vi kim mnh (do kim hydroxide), i vi
carbonate natri, cho thy rng tt c hydroxide u c trung hũa ti thi im khi pH
gim n 10 v carbonate chuyn thnh bicarbonate ti thi im khi pH gim xung
khong 8,3. Trong hn hp cha c hydroxide v carbonate, carbonate lm thay i
ng cong nh phõn im gõy khỳc co pH 8,3 nh trỡnh by trong Hỡnh 3.1. Vỡ iu
ny, trong thc t kim o ti im kt thỳc phenolphthalein c coi l kim
ẹ
ieồm uoỏn
ẹ
ieồm uoỏn
mL acid
OH
-
+H
+
ặH
2
O CO
3

2-
+H
+
ặHCO
3
-
HCO
3
-
+H
+
ặH
2
CO
3
14
13
12
11
10
9
8
pH 7
6
5
4
3
2
1
0

hydroxide
carbonate


GREEN EYE ENVIRONMENT
CƠNG TY MƠI TRƯỜNG
TẦM NHÌN XANH

GREE
Tel: (08)5150181
Fax: (08)8114594
www.gree-vn.com


ThS: Huỳnh Ngọc Phương Mai

© Copyright 2006 gree-vn.com, All rights reserved. Xin ghi rõ nguồn khi bạn phát hành lại thơng tin từ trang này.
phenolphthalein. Hiện nay, khái niệm này được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực xử lý
nước thải và vẫn được sử dụng trong một số lĩnh vực phân tích nước.

Nếu việc định phân một mẫu nước có chứa cả độ kiềm carbonate và hydroxide được
tiếp xúc qua điểm kết thúc phenolphthalein, bicarbonate phản ứng với acid và chuyển
thành acid carbonic. Phản ứng này xảy ra hồn tồn khi pH hạ thấp hơn khoảng 4,5
(xem Hình 3.1). Khối lượng acid u cầu để phản ứng với hydroxide, carbonate và
bicarbonate biểu diễn độ kiềm tổng cộng. Vì độ kiềm thường được biểu diễn bằng đơn
vị CaCO
3
; cho nên dung dịch H
2
SO

4
N/50 được sử dụng trong việc định phân độ kiềm.
Các tính tốn có thể thực hiện như sau:

3-4










Trong việc xác định độ kiềm tổng cộng, pH tại điểm kết thúc có một quan hệ trực tiếp
đến khối lượng độ kiềm carbonate ban đầu của mẫu.

Độ kiềm hydroxide, carbonate và bicarbonate

Trong phân tích nước, các loại độ kiềm có mặt trong nước và khối lượng của từng loại
thường được u cầu xác định. Thơng tin này đặc biệt cần cho q trình làm mềm
nước và cho nước trong lò hơi. Độ kiềm hydroxide, carbonate và bicarbonate thường
được tính tốn dựa trên các số liệu cơ bản khi định phân bazơ mạnh và carbonate
natri. Ba qui trình sau thường được sử dụng để tính tốn các loại độ kiềm: (1) tính tốn
chỉ từ số đo độ kiềm, (2) tính tốn từ số đo độ kiềm và pH và (3) tính tốn từ các
phương trình cân bằng. Qui trình đầu tiên là qui trình cơ điện dựa trên các mối quan hệ
thực nghiệm để tính tốn các loại độ kiềm khác nhau từ độ kiềm phenolphthalein và độ
kiềm tổng cộng. Cách tính tốn này được sử dụng cho cán bộ kỹ thuật khơng có kiến
thức cơ bản về hóa học mơi trường. Các kết quả của phương pháp tính tốn này chỉ là

gần đúng đối với các mẫu nước có pH trên 9. Dù vậy, các nhà hóa học nước và các kỹ
sư có liên quan đến q trình làm mềm nước, kiểm sốt ăn mòn, phòng chống lắng cặn
ở pH cao đều cần biết cần biết các loại ion và nồng độ của chúng. Vì lý do này, cần
phải có khả năng tính tốn nồng độ ion hydroxide, carbonate và bicarbonate ở tất cả
các giá trị pH với độ chính xác cần thiết. Việc tính tốn với độ chính xác cao này có thể
được thực hiện bằng qui trình (2) hoặc (3).

Qui trình hai có độ chính xác đủ cho các mục đích thực tế và cũng sử dụng độ kiềm
phenolphthalein và độ kiềm tổng cộng. Hơn nữa, số đo pH ban đầu phải u cầu phải
có độ chính xác cao để tính tốn trực tiếp độ kiềm hydroxide. Trong qui trình ba, các
phương trình cân bằng khác nhau của acid carbonic được sử dụng để tính tốn nồng
độ của các loại độ kiềm khác nhau. Qui trình này cho kết quả với độ chính xác cao đối
1.000
Độ kiềm phenol = (mL dung dòch H
2
SO
4
đònh phân đến pH 8,3) (3 - 4)
mL mẫu
4
,
0
4
,
6
4
,
8
5
,

0
(3 - 5) Độ kiềm tổng cộng = tổng mL H
2
SO
4
đònh phân đến pH
1.000
mL mẫu


GREEN EYE ENVIRONMENT
CễNG TY MễI TRNG
TM NHèN XANH

GREE
Tel: (08)5150181
Fax: (08)8114594
www.gree-vn.com


ThS: Huyứnh Ngoùc Phửụng Mai

â Copyright 2006 gree-vn.com, All rights reserved. Xin ghi rừ ngun khi bn phỏt hnh li thụng tin t trang ny.
vi cỏc thnh phn, thm chớ khi chỳng cú mt trong nc mg/L, khi s o pH c
thc hin chớnh xỏc. ụi khi nng thp ca cỏc kim cng úng vai trũ quan
trng. kim tng cng cng nh pH c yờu cu. Hn na, cn phi xỏc nh s
o ca cht rn hũa tan hiu chnh hot tớnh ion vi so o nhit la chn hng
s cõn bng thớch hp. Cỏc k s mụi trng cng nh cỏc nh húa hc mụi trng
cn phi hiu c s ca cỏc qui trỡnh ny. Cỏc qui trỡnh c trỡnh by di õy.

Tớnh toỏn t s o kim
Trong qui trỡnh ny, kim phenolphthalein v kim tng cng c xỏc nh v t
cỏc s o ny tớnh toỏn kim hydroxide, carbonate v bicarbonate. Cỏc tớnh toỏn ny
cú th c thc hin bng cỏch cho rng (khụng chớnh xỏc) kim hydroxide v
kim carbonate khụng cựng tn ti trong mt mu nc. iu ny cho phộp nm kh
nng sau: (1) ch cú hydroxide, (2) ch cú carbonate, (3) hydroxide v carbonate, (4)
carbonate v bicarbonate v (5) ch cú bicarbonate. Hỡnh 4.6 v 4.8 biu din rng vic
trung hũa hydroxide c thc hin hon ton khi lng acid a vo gim pH
n 8,3 v khi ú dựng mt na lng carbonate b trung hũa. Khi tip tc nh phõn
n pH 4,5, mt khi lng khụng ỏng k acid c s dng trung hũa hydroxide
v mt khi lng acid dựng bng khi lng trung hũa carbonate n pH 8,3, c
s dng trung hũa carbonate. iu ny l thụng tin c bn xỏc nh cỏc dng
kim hin trong nc v khi lng ca tng loi. Biu biu din s nh phõn vi
cỏc kim kt hp vi nhau c trỡnh by trong Hỡnh 3.2

3-5



Hỡnh 3.2 th nh phõn mu nc cha cỏc dng kim khỏc nhau.

Ch cú hydroxide. Cỏc mu ch cha kim hydroxide cú pH cao, thng cao hn
10. Vic nh phõn hon thnh ti im kt thỳc phenolphthalein. Trong trng hp ny
kim hydroxide bng kim phenolphthalein.
bicarbonate
bicarbonate
bicarbonate
carbonate
h
y

droxide
carbonatecarbonate
h
y
droxide
Bromcresol xanh ủieồm cuoỏi
Phenol
p
hthalein ẹieồm cuoỏi
p
H 8
,
3
p
H 4
,
5
h
y
droxide
H
y
droxide+carbonate
carbonate
Carbonate+bicarbonate


GREEN EYE ENVIRONMENT
CƠNG TY MƠI TRƯỜNG
TẦM NHÌN XANH

GREE
Tel: (08)5150181
Fax: (08)8114594
www.gree-vn.com


ThS: Huỳnh Ngọc Phương Mai

© Copyright 2006 gree-vn.com, All rights reserved. Xin ghi rõ nguồn khi bạn phát hành lại thơng tin từ trang này.

Chỉ có carbonate. Các mẫu chỉ chứa độ kiềm carbonate có pH 8,5 hoặc cao hơn. Việc
định phân đến điểm kết thúc phenolphthalein chính xác bằng một nữa việc định phân
tổng cộng. Trong trường hợp này, độ kiềm carbonate bằng độ kiềm tổng cộng.
Hydroxide – carbonate. Các mẫu chứa độ kiềm hydroxide và carbonate có pH cao,
thường cao hơn 10. Việc định phân từ điểm kết thúc phenolphthalein đến điểm kết thúc
bromcresol green thể hiện một phần hai độ kiềm carbonate. Vì vậy độ kiềm carbonate
có thể được tính tốn như sau:

3-6




và Độ kiềm hydroxide = độ kiềm tổng cộng – độ kiềm carbonate carbonate –
bicarbonate. Các mẫu chứa độ kiềm carbonate và bicarbonate có pH cao hơn 8,3 và
thường thấp hơn 11. Việc định phân đến điểm kết thúc phenolphthalein thể hiện một
phần hai độ kiềm carbonate. Độ kiềm carbonate có thể được tính tốn như sau:
Độ kiềm carbonate = 2 (đònh phân từ pH 8,3 đến 4,5)
1.000

mL mẫu

Độ kiềm carbonate = 2 (đònh phân đến pH 8,3)
1.000
mL mẫu




và Độ kiềm hydroxide = độ kiềm tổng cộng – độ kiềm carbonate

Chỉ có bicarbonate. Các mẫu chỉ chứa độ kiềm carbonate có pH 8,3 hoặc thấp hơn,
thường là thấp hơn. Trong trường hợp này độ kiềm bicarbonate bằng độ kiềm tổng
cộng.

Các phương pháp được đề cập ở phần trước để tính tốn gần đúng độ kiềm đã được
thay thế bằng phương pháp chính xác hơn được trình bày dưới đây.

Tính tốn từ số đo độ kiềm và pH

Trong qui trình này, số đo pH, độ kiềm phenolphthalein và độ kiềm tổng cộng phải được
thực hiện.

Hydroxide. Trước tiên, độ kiềm hydroxide được tính tốn từ số đo độ pH, sử dụng
hằng số phân ly của nước,

][
][
+
−

=
H
K
OH
n
(3 – 6)


Tính tốn này u cầu sơ đồ pH phải chính xác để xác định [H
+
]. Vì với nồng độ
hydroxide 1 mg/L tương đương với độ kiềm 50.000 mgCaCO
3
/L, mối quan hệ trên có
thể được biểu diễn thuận lợi hơn.

Độ kiềm hydroxide = 50.000 x 10(pH - pKn) (3 - 7)



GREEN EYE ENVIRONMENT
CễNG TY MễI TRNG
TM NHèN XANH

GREE
Tel: (08)5150181
Fax: (08)8114594
www.gree-vn.com

ThS: Huyứnh Ngoùc Phửụng Mai

â Copyright 2006 gree-vn.com, All rights reserved. Xin ghi rừ ngun khi bn phỏt hnh li thụng tin t trang ny.
nhit 24
0
C, pKn = 14,00. Dự sao nú thay i t 14,94 0
0
C n 13,53 40
0
C. Vỡ
vy, vic o nhit úng vai trũ quan trng hiu chnh pKn. Mi quan h gia pH,
nhit v kim hydroxide c trỡnh by bng th trong Hỡnh 1.3.3. cú
chớnh xỏc cao hn, phi xỏc nh nng cht rn hũa tan hiu chnh hot ion,
mc dự trong trng hp ny vic hiu chnh l khụng ỏng k v khụng cn thit trong
hu ht cỏc mc ớch thc t. Trong cun Standard Methods ó cú sn biu cho
phộp tớnh toỏn nhanh kim hydroxide trờn c s s dng s o pH, nhit v cht
rn hũa tan.

Carbonate. Khi kim hydroxide c xỏc nh, s dng cỏc qui trỡnh trc tớnh
toỏn kim carbonate v bicarbonate. kim phenolphthalein biu din ton b
kim hydroxide cng vi mt phn hai kim carbonate. Vỡ vy, kim carbonate cú
th c tớnh toỏn nh sau:

kim carbonate = 2 ( kim phenol - kim hydroxide) (3 - 8)

3-7



Hỡnh 3.3 Mi quan h gia kim hydroxide v pH cỏc nhit khỏc nhau.

Bicarbonate. Vic nh phõn t pH 8,3 n 4,5 do mt phn hai kim carbonate
cng vi ton b kim bicarbonate cũn li. Rừ rng rng, kim bicarbonate biu
din kim cũn li sau khi tr i kim bicarbonate tr thnh:
kim bicarbonate = kim tng cng ( kim carbonate kim hydroxide)( 3 - 9)


Tớnh toỏn t cỏc phng trỡnh cõn bng

Vic phõn b cỏc loi kim khỏc nhau cú th c tớnh toỏn t cỏc phng trỡnh
cõn bng kt hp vi phng trỡnh trung hũa in tớch (cõn bng ion) trong dung dch.
100

40

20

10

4

2

1





0,4

0,2


0,1
7 8 9 10 11 12
ẹo
ọ
kiem h
y
droxide
,
m
g
CaCO
3
/L
5
0
C
25
0
C
35
0
C
15
0
C

GREEN EYE ENVIRONMENT
CƠNG TY MƠI TRƯỜNG
TẦM NHÌN XANH

GREE
Tel: (08)5150181
Fax: (08)8114594
www.gree-vn.com


ThS: Huỳnh Ngọc Phương Mai

© Copyright 2006 gree-vn.com, All rights reserved. Xin ghi rõ nguồn khi bạn phát hành lại thơng tin từ trang này.
Để bảo tồn điện tích, tổng nồng độ đương lượng của các cation phải bằng tổng nồng
độ đương lượng của các anion. Độ kiềm tổng cộng là số đo nồng độ đương lượng của
tất cả các cation và anion kết hợp với độ kiềm được trình bày như sau:

3-8

{}



Các phương trình cân bằng phải được xem xét là Phương trình (3 – 6) và Phương trình
phân ly bậc hai của acid carbonic,
[H
+
] +

Độ kiềm
50.000
= [HCO
3
-
] + 2[CO
3
2-
] + [OH
-
] (3 – 10)

{
}


Từ số đo pH, [H
+
] và [OH
-
] có thể được xác định bằng cách sử dụng phương trình (3 –
6). Chỉ còn độ kiềm khơng được biết là [HCO
3-
] và [CO
3
2-
] và chúng có thể được xác
định từ lời giải đồng thời của phương trình (3 – 10) và (3 - 11). Sau đây là các phương
trình kết quả:

Ở nhiệt độ 25
0
C, K
n
là 10-14 và K
A2
là 4,7.10-11. Tuy nhiên, các giá trị này thay đổi dễ
dàng cùng với sự thay đổi nhiệt độ. Hoạt tính ion cũng thay đổi đáng kể cùng với nồng
độ ion, như đã trình bày trong Phần 4.3. Việc hiệu chỉnh này khá dài, “Standard
Methods” trình bày đồ thị để đánh giá carbonate và bicarbonate dựa trên cơ sở xem xét
trên. Đồ thị này, cũng như Phương trình (3 – 12) và (3 - 13) thu được kết quả độ kiềm
biểu diễn dưới dạng CaCO
3
. Trong nhiều trường hợp có thể phải xác định nồng độ thực
của carbonate và bicarbonate. Việc chuyển nồng độ từ miligram trên lít của CO
3
2-
hoặc
HCO
3-
như sau:

mg/L CO
3
2-
= mg/L độ kiềm carbonate x 0,6 (3 – 14)

mg/L HCO
3-
= mg/L độ kiềm bicarbonate x 1,22 (3 – 15)

Nồng độ mol có thể được tính tốn bằng cách chia miligram trên lít cho trọng lượng
miligram phân tử của ion:





{
}
2
3
2
3
A
K
COH
COH
=
−
−
+

(
3 - 11
)
Độ kiềm carbonate
mgCaCO
3
/l
(3 – 12)
50.000 [(độ kiềm/50.000) + [H
+
]
–
(K
n
/
[H
+
])]
1 + ([H
+
]/2K
A2
)
=
Độ kiềm carbonate
mgCaCO
3
/l
(3 – 13)
50.000 [(độ kiềm/50.000) + [H

+
]
–
(K
n
/
[H
+
])]
1 + (2K
A2
/
[H
+
])
=
mg/L CO
3
2-
60.000
mg/L CO
3
2-
(3 – 16)
61.000
và [CO
3
2-
] [HCO
3

-
]= =