Tài liệu Giáo trình hóa môi trường P2 ppt

GREEN EYE ENVIRONMENT
CÔNG TY MÔI TRNG
TM 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 ngun khi bn phát hành li thông tin t trang này.
2-1

CHNG 2

 ACID



2.1 KHÁI NIM CHUNG

Hu ht các ngun nc thiên nhiên, nc thi sinh hot và rt nhiu loi nc thi
công nghip có kh nng đm do h thng carbonic-bicarbonate. Trên c s ca thông
tin này, ngi ta thng xem xét rng tt c các ngun nc có pH nh hn 8,5 đu có
đ acid. Thng thng đim kt thúc phenolphthalein ti pH 8,2 đn 8,4 đc s
dng nh đim tham kho. Kho sát đng cong ca acid carbonic cho thy rng  pH
7,0 carbonic còn li phi đc trung hòa. Nó cng cho thy rng bn thân carbonic s
không làm gim pH xung di 4.

T đng cong đnh phân ca các acid mnh và tính cht ca đng cong, ngi ta
có th kt lun rng vic trung hòa ca acid kt thúc ti pH 4. Vì vy, t tính cht ca
đng cong đnh phân acid carbonic và acid mnh, rõ ràng là đ acid ca nc t
nhiên là do acid carbonic hoc acid vô c mnh gây ra, acid carbonic nh hng đi
vi nc có pH ln hn 4 và acid mnh có nh hng vi nc có pH nh hn 4, nh
trình bày trong Hình 2.1.


2.2 NGUN GC VÀ TÍNH CHT CA  ACID

Acid carbonic là thành phn ch yu ca tt c nc t nhiên. Nó hòa tan vào nc
mt bng quá trình hp th t khí quyn ph thuc vào đnh lut Henry, nhng ch khi
nng đ ca acid carbonic nh hn s cân bng ca carbonic trong không khí.
Carbonic cng có th to thành trong nc thông qua vic oxy hóa sinh hc các cht
hu c, đc bit trong nc b ô nhim. Trong nhng trng hp nh vy, nu các
hot đng quang hp b hn ch, nng đ ca carbonic có th vt qua cân bng và
khí carbonic s t nc thoát vào không khí. Vì vy ngi ta đi đn kt lun rng nc
mt hp th hoc gii phóng mt cách cân bng khí carbonic đ gi cân bng vi
không khí. Khi lng khí carbonic  trng thái cân bng là rt nh vì áp sut riêng
phn ca khí carbonic trong không khí là rt thp.







GREEN EYE ENVIRONMENT
CƠNG TY MƠI TRNG

TM 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 ngun khi bn phát hành li thơng tin t 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 loi đ acid quan trng trong nc bình thng và nc thi.

Nc ngm và nc t vùng các đi lu ca h cha phân tng thng cha mt
lng đáng k khí carbonic. Nng đ này là kt qu ca vic phân hy sinh hc các
cht hu c có trong nc di s hot đng ca vi sinh vt, trong điu kin này khí
carbonic khơng th t do gii phóng vào khí quyn. Khí carbonic là sn phm cui cùng
ca c q trình phân hy sinh hc hiu khí và k khí; vì vy, nng đ ca nó khơng b
gii hn bi khi lng oxy hòa tan ban đu. Thng nc ngm có nng đ khí
carbonic khong 30 – 50 mg/L. Nc ngm ca thành ph H Chí Minh và các tnh
đng bng sơng Cu Long thng có nng đ khí carbonic t 80 – 120 mg/L, nhiu ni
 tng nc ngm mch sâu (200 – 300 m) nng đ CO2 có th lên đn 320 mg/L.
iu này đc bit đúng đi vi nc thm qua các lp đt khơng cha đ carbonate
canxi và magne đ trung hòa carbonic qua vic to thành carbonate.

CO
2

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

Acid vơ c có mt trong nhiu loi cht thi cơng nghip, đc bit trong các loi cht
thi cơng nghip luyn kim và mt phn t sn phm các loi vt liu hu c tng hp.
Các ngun nc thiên nhiên cng có th cha đ acid vơ c. Nc thi t các khu vc
hm m và ni đ qung s cha mt lng đáng k acid sulfuric hoc mui ca acid
sulfuric nu có mt lu hunh, sulfide hoc pyrit st. Vic chuyn hóa các vt liu này
thành acid sulfuric và sulfate do vi khun oxy hóa lu hunh thc hin trong điu kin
hiu 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 TRNG
TM 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 ngun khi bn phát hành li thông tin t trang này.
2-3

Mui ca kim loi nng, đc bit là các ion kim loi hóa tr ba, nh Fe (III) và Al (III) thy
phân trong nc đ gii phóng đ acid vô c.

FeCl
3
+ 3H
2
O → Fe(OH)
3
+ 3H
+
+ 3Cl
-
(2 – 4)

S có mt ca các kim loi nng đc ch th bng vic to thành kt ta khi pH ca
dung dch cha các kim loi trên đc tng lên khi trung hòa.

Nhiu cht thi cha acid hu c. S có mt và tính cht ca chúng có th đc xác
đnh bng cách s dng đng cong đnh phân đnh tính hoc sc kí khí.

2.3 Ý NGHA CA  ACID CARBONIC VÀ ACID

 acid ít đc quan tâm nht trong lnh vc v sinh hc hoc sc khe cng đng.
Khí carbonic trong nc ngt và bia  nng đ cao hn rt nhiu cho vi các ngun
nc thiên nhiên và không nh hng có hi đn sc khe. Nc cha acid vô c
thng không ngon.

Nc acid đc quan tâm vì tính n mòn ca chúng và chi phí trong vic x lý các cht
n mòn. Carbonic là yu t gây n mòn  hu ht các loi nc t nhiên, nhng trong
rt nhiu loi nc thi công nghip acid vô c là nguyên nhân gây ra tính n mòn này.
Khí carbonic phi đc tính toán đn trong quá trình làm mm nc khi s dng vi
soda.

Trong quá trình x lý sinh hc, pH phi đc duy trì trong khong t 6 đn 9,5. Tiêu
chun này thng đòi hi vic điu chnh pH ti mc thích hp và trong nhiu trng
hp vic tính toán khi lng hóa cht cn thit da trên giá tr đ acid.

Quá trình đt nhiên liu hóa thch trong các nhà máy nhit đin và xe ôtô dn đn vic
to thành oxit nit và oxit lu hunh. Khi hòa tan trong nc ma chúng thy phân to
thành acid sulfuric và acid nitric. Kt qu là ma acid làm gim pH trong các h nc
có kh nng đm thp, nh hng xu đn đi sng di nc và có th làm tng khi
lng hóa cht nh nhôm, st, silic hòa tan t đt vào nc b mt. Vì nhng lý do
này, vic kim soát oxit lu hunh và nit cn đc thc hin khi thi các loi khí đt

vào môi trng không khí.


2.4 PHNG PHÁP XÁC NH

 acid carbonic và acid vô c có th đc xác đnh bng vic s dng các dung dch
kim tiêu chun. Acid vô c đc đo bng đnh phân đn pH khong 3,7 vi đim kt
thúc methyl cam. Kt qu đnh phân mu nc đn đim kt thúc phenolphthalein vi
pH 8,3 xác đnh c đ acid vô c và đ acid do các acid yu gây nên.  acid tng
cng này có tên là đ 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
ồ Na
2
CO
3
+ H
2
O (2 5)
Na
2
CO
3
+ CO
2
+ H
2
O ồ 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 TRNG
TM 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 ngun khi bn phát hành li thông tin t trang này.
phân ly bc mt ca acid carbonic có th đc s dng cho bit nng đ ion – hydro,
nng đ ion – bicarbonate và hng s phân ly K
1
:


(2 – 7)
[
H
+
]

[
HCO
3
-

]
[H
2
CO
3
*
]
= K
A1




Thc t, [H
2
CO
3
*] trong phng trình này đc thit lp tng đng vi tng nng đ
mol ca acid carbonic và carbonic t do vì rt khó phân bit gia hai dng trên ca acid
carbonic. Vì carbonic t do chim khong 99 phn trm tng nng đ, phng trình
trên ch là phng trình gn đúng.

Vic s dng Phng trình (2 – 7) đc mô t trong ví d sau.
Nu K
Al
= 4,3 x 10-7, [H
+
] =10-7 và [HCO
3-
] = 4,3 x 10-7, thì nng đ CO2 phi bng

(10
-7
) x (4,3 x 10-3) / (4,3 x 10 - 7) = 10
-3
mol/L hoc 44 mg/L. Mc dù vy, đ tính toán
trên đc chính xác, cn phi k đn nh hng ca các ion khác và nh hng ca
nhit đ đn hng s K
1
. T nhng nhn xét trên có th thy rng vic tính toán khí
carbonic t do trong nc là mt quá trình phc tp, vì vy trong hng dn “Standard
methods” có trình bày đ th đ xác đnh carbonic t do t pH, đ kim, cht rn hòa
tan và nhit đ.

Vic xác đnh carbonic t s đo đ pH và đ kim có th cho kt qu vi đ chính xác
cao, nhng không thc s cn thit. Phng pháp gp phi khó khn là phi bit nng
đ cht rn hòa tan. iu này đòi hi phi phân tích riêng bit bng phng pháp trng
lng hoc đ dn. Tng t, pH phi đc đo vi đ chính xác cao, vì thay đi nh
s dn đn sai s ln.

Ví d, pH sai s 0,1 s dn đn sai s 25 phn trm khi xác đnh carbonic. Nó tr thành
câu hi xem kt qu tính toán này di điu kin phòng thí nghim bình thng hóa
trên hin trng có đ tin cy hn kt qu thu đc bng qui trình đnh phân hay
không, khi vic quan tâm thích hp đc thc hin đn các mô t chi tit cho phng
pháp đnh phân. Xem xét các khó khn ca mi phng pháp, ngi ta thy rng qui
trình đnh phân thng là phng pháp đc la chn khi nng đ carbonic ln hn 2
mg/L, trong khi đó đòi hi các nng đ nh hn sai s s ln hn, vì vy qui trình tính
toán đc kin ngh thc hin.

Phng pháp hin trng. Phng trình đnh phân có rt nhiu u đim và tính
chính xác đ cho tt c các mc đích thc t.

 Acid Methyl Cam

Tt c nc thiên nhiên và hu ht các loi nc thi công nghip có pH thp hn 4
đu có đ acid vô c hoc đ acid methyl cam. Acid vô c cn đc trung hòa ti thi
đim pH tng lên 3,7 và cht ch th pH màu thng đc s dng khi máy đo pH
không có sn. Trong khi đó, trc đây methyl cam đc s dng cho mc đích này,
2-5


GREEN EYE ENVIRONMENT
CÔNG TY MÔI TRNG
TM 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 ngun khi bn phát hành li thông tin t trang này.
2-6

nhng hin nay bromphenol đc kin ngh s dng vì s thay đi màu rõ nét hn 
pH 3,7. Kt qu đc trình bày trong khái nim đ acid methyl cam nh CaCO
3
. Vì
CaCO

3
có đng lng là 50, dung dch N/50 NaOH đc s dng làm cht đnh
phân, do đó 1 mL tng đng vi 1 mg đ acid.

 acid phenolphthalein

ôi khi, cn phi đo đ acid tng cng ca acid vô c và acid yu trong mu nc. Vì
hu ht các acid yu đc trung hòa  pH 8,3 nên c cht ch th phenolphthalein và
metacresol màu đ tía có th có th s dng trong vic đnh phân. Khi có mt ca các
mui kim loi nng, ngi ta thng đun nóng mu và đnh phân. un nóng mu làm
tng tc đ thy phân ca mui kim loi, cho phép vic đnh phân kt thúc nhanh chóng
hn. Mt ln na, dung dch N/50 NaOH đc s dng làm cht đnh phân và kt qu
đc trình bày di dng đ acid phenolphthalein nh CaCO
3
.


2.5 NG DNG S LIU V  ACID

Vic xác đnh nng đ carbonic đc bit quan trng trong lnh vc cp nc. Trong vic
phát trin các ngun nc cp mi, nó là yu t quan trng cn phi đc cân nhc
trong các phng pháp và công trình x lý. Nhiu ngun nc ngm yêu cu phi x
lý đ tránh hin tng n mòn do carbonic gây ra. Khi lng ca khí carbonic trong
nc là yu t quan trng đ xác đnh xem vic kh khí đc thc hin bng làm
thoáng hay bng trung hòa vi vôi hoc hydroxide natri. Kích thc ca các thit b,
liu lng hóa cht, kho d tr và giá thành x lý ph thuc vào khi lng ca
carbonic có mt trong nc. Nng đ carbonic là thông s quan trng đ c tính nhu
cu hóa cht nh vôi hoc sođa.

Hu ht các cht thi công nghip cha acid vô c đu phi đc trung hòa trc khi

chúng đc x vào sông hoc đng ng thoát nc hoc đn trm x lý. Khi lng
hóa cht, kích thc ca các thit b châm hóa cht, kho lu tr và giá thành đc xác
đnh đa vào s liu v đ acid ca phòng thí nghim.