تحقيق آب‌هاي شور

مواد معلق
موادمعلق درآب مقدارذرات را درآن اندازه گیری می‌نماید. این موادشامل مواد آلی وغیرآلی مثل پلانکتون، خاک وگل ولای می‌باشند.
اختصاصات شیمیایی آب آشامیدنی
۱ـ سختی
سختی آب مربوط به املاح خاصی است که درآب وجوددارند. این املاح شامل کاتیون هایی مثل منیزیم، کلسیم، استرانسیوم، آهن، آلومینیوم، منگنز ومس بوده که با آنیون های بیکربنات، کربنات، کلرور، سولفات، سیلیکات ونیترات به صورت محلول درآب وجوددارند. سختی کل شامل سختی موقت یا سختی کربناتی به اضافه سختی دائم یا سختی غیرکربناتی می‌باشد.

سختی موقت دراثرجوشاندن آب ته نشین می‌شود وجرم داخل ظروف را تشکیل می‌دهد وبه املاح کربنات وبیکربنات کلسیم ومنیزیم مربوط می‌شود. جوشاندن آب به مدت چند دقیقه باعث تجزیه بیکربناتها وخارج شدن co2 ورسوب کربناتهای کلسیم ومنیزیم می‌گردد. سختی دائم به واسطه وجود عناصری چون سولفات وکلرورهای منیزیم وکلسیم که دراثرجوشیدن رسوب نمی دهند، پدید می‌آید. سختی معمولاً به میلیگرم درلیتربرحسب کربنات کلسیم بیان می‌شود.
موادمعدنی
اجسام جامد حل شده درآب اجزاء کانی آنرا تشکیل می‌دهند. این مواد شامل کلیه آنیون

ها وکاتیون های قابل حل وسیلیس وسیلیکات های موجود می‌باشند. معمولاً نتایج آنالیز مواد شیمیایی براساس میلیگرم درلیتربیان می‌شوند. به منظورکنترل درست بودن تجزیه نمونه آب، مقادیربرحسب میلی اکیوالان نیز محاسبه می‌شوند. کاتیون ها شامل کلسیم، منیزیم، سدیم وپتاسیم وآنیون ها شامل کربنات یا بیکربنات، سولفات، کلرور، فسفات، نیترات وسیلیکات می‌باشند.
کاتیون ها
کلسیم :
کلسیم درغالب آبهای طبیعی یافت می‌شود ومیزان آن بستگی به گونه سنگی دارد که آب از آن گذرمی نماید. کلسیم معمولاً به صورت کربنات، بیکربنات وسولفات ظاهرمی شود، اگرچه درآبهای پرنمک کلرورونیترات کلسیم را نیز می‌توان پیدا کرد. کلسیم همراه با بیکربنات سختی موقت یا سختی بیکربناتی آب را باعث می‌شود.
منیزیم :
منیزیم یکی از عناصرمعمولی آب می‌باشد که نمکهای قابل حل تشکیل می‌دهد. منیزیم درآب هم سختی کربناتی وهم بیکربناتی تشکیل داده که معمولاً غلظت آن درمقایسه با اجزاء ترکیبی کلسیم کمتر است. غلظت زیاد منیزیم درآبهای مصرفی منازل به علت تشکیل جرم درظروف وهمچنین به این خاطرکه منیزیم دارای خاصیت مدورمسهلی می‌باشد بویژه اگر بامقدارزیادی سولفات توأم باشد، قابل قبول نیست.

سدیم :
عنصرسدیم علاوه براینکه یکی از عناصرفراوان می‌باشد، به علت حلالیت زیاد آن درآب دربیشترمنابع آب طبیعی یافت می‌شود. مقدارسدیم از یک تا صدها میلیگرم درلیتر درآبهای نمکدارمی رسد. حد آستانه طعم سدیم درآب آشامیدنی بستگی به فاکتورهایی چند از جمله آنیون های عمده ترموجود درآب ودرجه حرارت آن دارد.
پتاسیم :
پتاسیم باوجود اینکه یکی از عناصرفراوان می‌باشد، غلظت آن دراغلب آبهای طبیعی از۲۰ میلیگرم درلیتر افزایش نمی یابد. دستورالعملها حداکثرغلظت را ۱۲میلیگرم درلیتر وغلظت ۱۰میلیگرم درلیتررا به عنوان راهنما پیشنهاد می‌کنند.

آنیون ها
دی اکسید کربن، بیکربنات وکربنات :
دی اکسید کربن یکی از اجزاء تعادل کربنات درآب می‌باشد. مقداردی اکسید کربن آزاددرآب بستگی به PH وقلیائیت آن دارد ومی تواند درمورد خاصیت خورندگی آب نقش مهمی ایفا نماید. آبهای سطحی معمولاً کمتراز ۱۰میلیگرم درلیترCO2 آزاددارند هرچند که برخی ازآبهای زیرزمینی مربوط به حفاریهای عمیق حاوی بیش از ۱۰۰ میلیگرم درلیتر CO2 می‌باشند. روش ساده برای کاهش میزان دی اکسید کربن دراین گونه آبها، هوادهی پی درپی است.
کلر:
کلربعنوان یک ماده شیمیایی برای گندزدایی وازبین بردن موجودات مضربکارمی رود. حداکثرمقدارکلرباقیمانده مجاز که ممکن است درآب یافت شود تابعی از مزه، بو، وخورندگی می‌باشد. یکی از معایب کلرزدن آب ایجاد مزه کلری وکلروفنل است، علاوه براین وجود مواد بیولوژیک هم می‌تواند درایجاد مزه خاکی ویا مزه های دیگردخالت نماید. چنانچه کلربعنوان ماده پیش افزودنی قبل از تصفیه آب به آبهای رنگی ویا حاوی موادآلی افزوده شود، تری هالومتان ها نیز تشکیل می‌گردند.

کلرور:
کلرور، یعنی ترکیبات کلربا سایرعناصرورادیکال ها تقریباً درکلیه آبهای طبیعی یافت می‌شود که غلظت آنها می‌تواند بسیارمتفاوت باشد،ولی غالب ترکیبات کلربا سدیم (نمک طعام) ودردرجه بعد با کلسیم ومنیزیم می‌باشد. این مواد از اجزاء پایداردرآب بوده وغلظت آنها تحت تأثیر فرآیندهای طبیعی، فیزیک وشیمیایی وبیولوژیک تغییر نمی پذیرد. کلرورها از رسوبات کانی طبیعی، از آب دریا هم از طریق نفوذ وهم بوسیله پراکنده شدن آب دریا درهوا، دراثر انجام امورکشاورزی وآبیاری واز فاضلابهای خانگی وصنعتی ناشی می‌شوند.

سولفات :
غلظت سولفات درآبهای طبیعی ازچند میلیگرم تا چند هزارمیلیگرم درلیترمتغیرمی باشد. سولفات از منابع مختلف می‌تواند درآبهای سطحی وزیرزمینی نفوذ کند از جمله : حل شدن ژیپسی (سنگ گچ) یا سایر رسوبات معدنی که حاوی سولفات می‌باشند، سولفات حاصل از آب دریا، اکسیداسیون سولفیدها، سولفیت ها وتیوسولفات ها درآبهای سطحی وفاضلابهای صنعتی درجایی که سولفات واسید سولفوریک درصنایع بکارمی روند. مانند صنعت چرم سازی وتهیه خمیرکاغذ. گاز هیدروژن سولفوره از طریق دودکشهای کارخانجات صنعتی درفضا پخش شده وباعث می‌شود که آب بارانهای این مناطق حاوی میزان محسوسی سولفات گردند. سولفات درآب آشامیدنی سهم عظیمی درسختی دائم یا غیرکربناتی دارد. غلظت بالای سولفا

ترکیبات ازته آمونیاکی
آمونیاک یکی از اشکال ازت است که درآب آشامیدنی یافت می‌شود.معمولاً برحسب میلیگرم درلیترازت بیان می‌گردد. آمونیاک آزاد موجوددرآب برحسب میزان ازت می‌تواند به صورت ازت آمونیاکی، آمونیاک نمک دارویا آمونیاک آزاد وجودداشته باشد.
ازت آلبومینوئیدی دراثراکسیداسیون شیمیایی قوی موادآلی موجود درآب حاصل می‌شود. ترکیبات آمونیاکی از منابع مختلف منشاء میگیرند که بعضی از آنها مانند تجزیه گیاهان، بی خطرمیباشد.
آبهای چاههای عمیق با کیفیت آب خوب، می‌تواند حاوی مقدارزیادی آمونیاک آزاد باشند که ممکن است دراثراحیای نیترات ها، یا بوسیله باکتریها ویا گذرآب از لایه های سنگی زمین بوجود آمده باشد. وجود آمونیاک که درآب دلیلی برآلودگی آن ازطریق فاضلاب خانگی یا صنعتی می‌باشد.
نیتریت ونیترات

نیتریت (NO2) ونیترات (NO3) معمولاً براساس میلیگرم درلیتربرحسب ازت بیان می‌شوند. کل ازت اکسید شده برابربا مجموع ازت نیتریت ونیترات می‌باشد. نیتریت مرحله میانی اکسیداسیون ازت، دراکسید شدن بیوشیمیایی آمونیاک وتبدیل آن به نیترات می‌باشد، همچنین درعمل احیاء نیترات درشرایطی که کمبود اکسیژن وجود داشته باشد، تشکیل می‌شود.

نیترات آخرین مرحله اکسیداسیون آمونیاک ومعدنی شدن ازت حاصل از مواد آلی بشمار می‌آید. این عمل اکسیداسیوندرخاک وآب بیشترتوسط باکتری های نیتریفیکاسیون، صورت می‌گیرد وفقط می‌تواند دریک محیط با اکسیژن فراوان انجام شود.
سیلیس
سیلیس به اشکال مختلف درآب یافت می‌شود که حاصل تجزیه سنگهای حاوی سیلیس مانند کوارتز وسنگ سیاه می‌باشد. سیلیس ممکن است یک میلیگرم درلیتر، درآبهای سبک مناطق ذغال سنگی تا ۴۰ میلیگرم درلیتر درآبهای سخت وجود داشته باشد. آبهای مناطق آتشفشانی ومعدنی دارای میزان بالای سیلیس می‌باشند.
مواد آلی
موادآلی موجود درآب می‌تواند از منابع گوناگونی چون گیاهان، جانوران، فاضلاب های خانگی کاملاً تصفیه نشده وفاضلابهای صنعتی ناشی شود. کل مواد آلی موجود درآب را می‌توان از طریق اندازه گیری COD (اکسیژن لازم برای انجام واکنشهای شیمیایی)، BOD (اکسیژن لازم برای واکنشهای بیوشیمیایی) وکل کربن آلی ومواد حاصل از استخراج کربن کلروفرم تخمین زد. COD و BOD مقداراکسیژن لازم برای تجزیه مواد آلی را مشخص کرده ولی مستقیماً مقدارمواد آلی را معین نمی کنند. ترکیبات آلی مثل سموم دفع آفات وتری هالومتان ها با روشهای خاص درآب تشخیص داده می‌شوند. ترکیبات آلی زیادی درآب وفاضلابها وجود دارند که دراثرتجزیه بیوشیمیایی حاصل می‌گردند ولی نسبتاً بی آزارهستند.

اکسیژن لازم برای واکنشهای بیوشیمیایی (BOD)
این آزمایش دلالت براکسیژن لازم برای تجزیه بیوشیمیایی موادآلی درآب وهمچنین اکسیژن موردنیاز به منظوراکسیداسیون مواد کانی مانند سولفیدها دارد. این آزمایش کاملاً تجربی است ونیاز اکسیژن نسبی آبهای سطحی، آبهای آلوده به فاضلابهای خانگی وصنعتی را با یکدیگر مقایسه می‌نماید وتقلیدی از تصفیه خودبخود درآبهای رودخانه وجویبارها می‌باشد.
تجزیه موادآلی بوسیله موجودات بیولوژیکی نیاز به اکسیژن دارد که می‌باید از آب گرفته شود، بنابراین اگریک فاضلاب خانگی با BOD بالا وارد جریان رودخانه ای گردد، باعث می‌شود که اکسیژن آب به مصرف برسد ودرنتیجه ماهیها وگیاهان آبزی موجود دررودخانه از بین بروند. درسال ۱۹۱۵ درانگلستان مشاهده شد که رودخانه های آلوده نشده بندرت دارای BOD کمتراز ۲ میلیگرم درلیتر می‌باشند و می‌توانند آلودگی بیشتربا ۴ میلیگرم BOD درلیتردریافت نمایند بدون اینکه زیان آورباشند. ازاینجا حداکثرغلظت مجاز BOD معادل ۲۰ میلیگرم درلیتربرای فاضلابی که وارد جریان آب آلوده نشده یا نسبت رقیق شدن ۱به ۸ می‌شود، تعیین شد.

روش های الکتروشیمیایی برای تجزیه
دربرخی روش های تجزیه ای، توانایی یک ترکیب براساس گرفتن یا ازدست دادن الکترون است که به آنها روش های الکتروشیمیایی می‌گویند. دراین بخش روش های معمول الکتروشیمیایی برای اندازه گیری کلرید وفلوئورید مورد بحث وبررسی قرارمی گیرد.

روش های پتانسیل سنجی برای تعیین مقدارکلرید درآب
یک روش دقیق نسبتاً ارزان برای اندازه گیری غلظت یون های کلرید، تیتراسیون پتانسیومتری است. درروش پتانسیومتری از یک پیل الکتروشیمیایی برای اندازه گیری غلظت یک ترکیب خاص استفاده می‌شود که توانایی آن ترکیب براساس گرفتن یا ازدست دادن الکترون است. درارتباط با این تبادل الکترونی یک ولتاژخاص (پتانسیلی) به وجود می‌آید که مقدارآن متناسب با غلظت ترکیب مورد نظردرمحلول است.
درروش پتانسیل سنجی از الکترودهایی استفاده می‌شود که اختلاف پتانسیل (ولتاژ ) رادرغلظت مورد نظر اندازه گیری می‌کند.

روش ها ودستگاه های مهم روش تیتراسیون پتانسیل سنجی عبارتند از :
۱- یک الکترود مرجع که پتانسیل ثابتی را درطول مدت تیتراسیون به وجود می‌آورد.
۲- یک الکترود شناساگرکه نسبت به غلظت یکی از ترکیبات درواکنش حساس است.
۳- دستگاهی که پتانسیل (ولتاژ) الکترود شناساگررا نسبت به الکترود مرجع اندازه گیری نماید (برای اندازه گیری ولتاژ ازهرنوع PH مترمی توانید استفاده کنید ).
۴- روشی برای هم زدن سیستم واکنش.

یک پیل الکتروشیمیایی برای اندازه گیری غلظت کلرید در شکل ۸-۵ نشان داده شده است.
الکترود مس به عنوان نمونه یک الکترود مرجع است که کاملاً جدا از نمونه نگهداری می‌شود و فقط از طریق یک نخ پنبه ای که به عنوان پل نمکی عمل می‌کند، با نمونه ارتباط دارد. از آنجا که تعادل بین فلز مس و یون های مس (II) به سرعت برقرار می‌شود، غلظت cu+2 ثابت باقی می‌ماند این غلظت ثابت ولتاژ ثابتی را به عنوان یک مرجع برای الکترود شناساگر برقرار می‌کند برای اندازه گیری پتانسیل سنجی کلرید، الکترود شناساگر یک سیم نقره ای است.

تیتراسیون پتانسیل سنجی مورد استفاده برای تعیین مقدار Cl- در یک نمونه زیست محیطی از طریق واکنش Cl- در نمونه با AGNO3 و تشکیل AGCL صورت می‌گیرد.
در طی عمل تیتراسیون، همچنان که یونهای Ag+ به نمونه اضافه می‌شود رسوب جامد AGCL تشکیل شده و متعاقب آن، پتانسیل پیل (یا ولتاژ) با کاهش غلظت یون های Ag+ تغییر می‌کند، واکنش های نیمه پیل برای این تیتراسیون به شرح زیر است :
واکنش در آند : cu(s) cu +2(aq)+2e-
واکنش در کاتد : Ag+(aq)+e- Ag(s)+2e-
نتیجه : ۲Ag+(aq)+cu(s) 2Ag (s) + cu+2(aq)
نظر به اینکه غلظت های Ag+ و Cl- همواره با محلولشان در حال تعادل هستند پیل به صورت غیر مستقیم می‌تواند غلظت Cl- را با توجه به مقدار نقره ای که در واکنش رسوب گذاری با کلرید خارج شده است اندازه گیری کند.
AgCL Ag+ (aq) + Cl- (aq) Ksp =1/8×۱۰-۱۰
نقطه هم ارزی تیتراسیون به وسیله رسم منحنی پتانسیل پیل در مقابل حجم AgNO3 اضافه شده مشخص می‌شود (شکل ۹-۵) به طوری هیچ نقطه ای در روی منحنی با شیب تند وجود ندارد. شکل منحنی تیتراسیون وابسته به لگاریتم مجذور غلظت یون نقره نسبت به لگاریتم ثابت غلظت یون مس است. قبل از نقطه هم ارزی، تقریباً همه یونها Ag+ به صورت AgCL رسوب می‌کنند در نقطه هم ارزی، غلظت یون Ag+ با غلظت یون Cl- برابر است، ای
حجم محلول AgNO3 در این نقطه قابل خواندن است بنابراین باید غلظت مولی یون نقره در این حجم محاسبه شود. با توجه به اینکه یون های کلرید در روش استوکیومتری با یون نقره به نسبت یک به یک واکنش می‌دهند، بنابراین تعداد مول های نقره محاسبه شده معادل تعداد مول های کلریدی است که در نمونه اولیه وجود داشته اند.
تعیین مقدار فلوئرید آب با استفاده از تعداد الکترود یون گزین.

یک روش مفید برای تجزیه یون های خاصی در آب، استفاده از الکترود های یون گزین (یا به اختصار ISE ) است. الکترودهای یون گزین بر اساس پاسخ انتخابی نسبت به یونهای معین طراحی شده است و برای بدست آمدن کمی غلظت از روش اندازه گیری پتانسیو متری استفاده می‌شود. PH متر یک الکترود یون گزین است که مخصوص یون های هیدروژن (H3O+) می‌باشد. در حال حاضر انواع متنوعی از الکترود های یون گزین به صورت تجاری قابل تهیه است مانند : الکترودهای یون گزین از نوع فلوئورید، سدیم، آمونیوم، سیانید و مس.

اندازه گیرری اختصاصی فلوئورید معمولاً با استفاده از ISE انجام می‌شود (شکل ۱۰-۵).
ISE – فلوئورید، با استفاده از یک مدار الکتریکی کار می‌کند که تشکیل شده است از ISE، یک الکترود مرجع خارجی و یک ولتمتر که اندازه گیری پتانسیل الکتریکی مدار را اندازه می‌گیرد. الکترود فلوئورید از یک کریستال اصلاح شده شیمیایی لانتانیوم فلوئورید تشکیل شده است که هم در ارتباط با محلول مرجع داخلی و هم در ارتباط با محلول مورد آزمایش است. اختلاف و غلظت فلوئورید در دو طرف کریستال باعث تولید اختلاف پتانسیلی می‌شود که توسط ولت متر قابل اندازه گیری است.
الکترود کالومل استاندارد (Hg/Hg2 Cl2) به عنوان الکترود مرجع مورد استفاده قرار می‌گیرد و این پیل به صورت زیر نمایش داده می‌شود :

پتانسیل الکترو شیمیایی پیل برای بیشتر نمونه های آب شیرین طبق معادله نرنست به صورت زیر نشان داده می‌شود.
Ecell = مقدار ثابت – ۰٫۰۵۹۲ log [F]

در معادله فوق، Ecell بر حسب میلی ولت و براساس خصوصیات هر پیل الکترو شیمیایی خاص ثابت است. قبل از هرگونه قرائت، ابتدا باید با استفاده از محلولی با غلظت مشخص فلوئورید F- پیل الکترو شیمیایی مورد نظر را استاندارد کرد. در ای خصوص یک رابطه خطی بین مقدار لگاریتم غلظت (log [F]) و میلی ولت قرائت شده برقرار است. اگر در نمونه مورد سنجش، غلظت های بالایی از سایر آنیونها وجود داشته باشد، باید فاکتورهای تصحیح را برای بدست آوردن داده های قابل اطمینان لحاظ کرد.
معادله نرنست مقدار ولتاژ پیل الکترو شیمیایی را نشان می‌دهد که در واقع تابعی از غلظت یون خاصی است.

ضمن انجام آزمایش، لازم است با استفاده از یک بافر مناسب، PH محیط بین ۲/۵ تا ۷/۵ ثابت نگه داشته شود. ثبات PH از یک طرف باعث کاهش مقدار غلظت یون هیدروکسیل (OH-) که در محلول ایجاد اختلال می‌کنند می‌شود و از طرف دیگر باعث تضمین یون F- می‌شود. عدم استفاده از بافر فوق علاوه بر افزایش غلظت OH- (همان طور که گفته شد این یون ها در محلول مزاحمت می‌کنند) باعث می‌شود تا اکثر یون های F- به صورت اسید ضعیف (PKa=3/7HF) وجود داشته باشند که

برای اندازه گیری در روش فوق به هیچ وجه مناسب نیستند. بافر همچنین یک معرف پیچیده به نام سیکلو هگزلین دی آمین تترااستیک اسید یا سیتریک اسید دارد که محکم به یونهایی مثل AL3+ و Fe2+ چسبیده شده اند و از اتصال آنها به یونهای F- جلوگیری می‌کنند. بنابراین با استفاده از معرف های فوق یون های فلوئورید آزاد به راحتی در دسترس الکترود سنج قرار می‌گیرد و بدین ترتیب غلظت F- به طور مؤثر اندازه گیری ی شود.

از آنجا که الکترود به محلول های با قدرت یونی متفاوت پاسخ های متفاوتی می‌دهد، از این رو برای اندازه گیری فلوئورید بهتر است در وضعیتی با قدرت یونی بالا استفاده شود. این وضعیت، تغییرات پاسخ گویی الکترود را در پایین تردین حد خود نگه می‌دارد و تابعی از غلظت سایر یون ها در محلول است.

تعیین سختی آب
وقتی که سختی آب افزایش می‌یابد، توانایی کف کنندگی صابون ها به مقدارمتنابهی کاهش می‌یابد. یکی از روش های اندازه گیری سختی، اندازه گیری مقداراینچ های باقی مانده از کف صابون است. هدف ما این است که یک روش صحیح برای تعیین غلظت اکسیدهای قلیایی کاتیون ها تعیین کنیم. نتیجه نهایی برحسب میلی گرم درلیتر کربنات کلسیم گزارش می‌شود.
سختی آب برحسب مجموع یون های کلسیم ومنیزیم اندازه گیری می‌شود. یکی از تکنیک های لازم برای اندازه گیری سختی آب، روش تیتراسیون با اتیلن دی آمین تترا اسید استیک (به

اختصارEDTA) است. EDTA فضاهایی برای اتصالات الکترون ها (جفت الکترون ها) دارد که یون های مثبت مثل کلسیم ومنیزیم به آن حمله می‌برند. زمانی که این یون ها بهEDTA متصل می‌شوند کمپلکسی به نام شلات تشکیل می‌شود. شلات های فلزی درطبیعت نقش زیادی محلوند ویک وسیله عمومی برای انتقال یون های فلزی درمحیط زیست هستند. شلات ها بسیار محلولند وزمانی که به طورطبیعی رسوب می‌کنند ونسبتاً بی حرکتند، می‌توانند فلزات را درمحلول نگاه دارند.
برای مثال های دیگر از کمپلکس های شلات درسیستم های زنده می‌توان به وجود منیزیم درکلروفیل ووجود آهن درهموگلوبین اشاره کرد. برای عمل آنالیز می‌توان ازنمک دی سدیم EDTA استفاده نمود.
یک اندیکاتوررنگی، برای استفاده دراین آزمایش، اریوکروم بلاک T است که همچنین با کلسیم ومنیزیم نیز یک کمپلکس تشکیل می‌دهد، هرچند این کمپلکس نسبت به کمپلکسی که EDTA با کلسیم ومنیزیم تشکیل می‌دهد ضعیف تر است. وقتی که EDTA به اندیکاتوررنگی اضافه شود، این

اندیکاتوربا یون های کلسیم ومنیزیم تشکیل یک کمپلکس می‌دهد. درنقطه آخر تیتراسیون، EDTA به غیراز کمپلکس ضعیف اندیکاتورفوق، یون های Ca+2 و Mg+2 را نیز می‌گیرد. این کارتغییرات زیادی دررنگ این کمپلکس رنگی ایجاد می‌کند. رنگ متصل شده به کلسیم یا منیزیم، رنگ قرمز شرابی است درصورتی که رنگ غیر پیوندی (آزاد) آبی است. درروش تیتراسیون به بافری نیاز است، چون وقتی که EDTA به یون های فلزی می‌پیوندد، یون هیدروژن آزاد می‌شود ورنگ های اندیکاتورنسبت به PH خیلی حساس می‌شوند.

یک روش منحصربه فرددیگربرای تعیین غلظت کلسیم ومنیزیم درآب، روش اسپکتروفتومترجذب اتمی است. این روش به ابزارگران قیمت نیاز دارد، اما نتایج حاصله بسیار دقیق است. تکنیک های ابزاری دراین روش با تفصیل بیشتر دربخش های بعدی دستورالعمل های آزمایشگاهی اشاره می‌شود.

شیمی محلول آب
۱ـ۱ ترکیب شیمیایی محلول آبی
آب فراوان ترین حلال موجود درزمین است واستفاده گسترده ای به عنوان محیط انجام تجزیه های شیمیایی پیدا کرده است.
۱ـ۱ـ۱ محلول الکترولیتها بیشترموادی که مورد بحث قرارمی گیرند الکترولیت اند. الکترولیتها موادی هستند که با حل شدن درآب یادیگرحلال ها یون تشکیل می‌دهند وبنابراین محلول هایی ایجاد می‌کنند که برق را هدایت می‌کنند. الکترولیتهای قوی اساساً به طورکامل دریک حلال یونیزه می‌شوند، درحالی که الکترولیتهای ضعیف فقط به طورجزئی یونیزه می‌شوند. بنابراین، الکترولیتهای ضعیف، نسبت به الکترولیتهای قوی، رسانایی کمتری را به محلول می‌دهند. دربین الکترولیتهای قوی نام اسیدها، بازها ونمکها آورده شده است. یک نمک براثرواکنش بین یک اسید ویک باز تشکیل می‌شود.
۱ـ۱ـ۲ اسیدها وبازها
درسال ۱۹۳۳ دودانشمند جی. ران. برونشته دانمارک وجی. رام. لاری درانگلستان، به طورمستقل نظریه ای برای رفتاراسید وباز پیشنهاد کردند که بویژه درشیمی تجزیه سودمند است.
بنا به نظریه برونشته ولاری، اسید یک دهنده پروتون وباز یک گیرنده پروتون است. برای آن که گونه ای رفتاراسیدی داشته باشند حضوریک گیرنده پروتون (یاباز) الزامی است. حالت عکس نیز صادق است. اسید ترکیبی است که پروتون می‌دهد. باز ترکیبی است که پروتون می‌گیرد.
اسیدها وبازهای مزدوج
نکته مهم ومقاوم برونشته ولاری آن است که هنگامی که یک اسید پروتونی را از دست می‌دهد یک باز مزدوج تشکیل می‌شود. که توانایی پذیرش پروتون را دارد. مثلاً درواکنش زیر هنگامی که گونه ای اسید یک پروتون ازدست می‌دهد. گونه ای باز ایجاد می‌شود.
دراینجا اسید وباز یک جفت اسید وباز مزدوج اند. پروتون + باز اسید۱
بهمین نحو هربازبا پذیرش پروتون اسید مزدوج خودش را درست می‌کند یعنی :
اسید۲ پروتون +باز

هنگامی که این دوفرآیند با هم ترکیب می‌شوند درنتیجه یک واکنش اسید، باز ویا خنثی تشکیل شده است.
اسید۲ +باز۱ اسید۱+باز۲
یک باز مزدوج گونه ای است که باازدست دادن یک پروتون ازیک اسید ایجاد می‌شود. یک اسید مزدوج گونه ای است که یک باز با گرفتن یک پروتون آن را ایجاد می‌کند.
پیشرفت نهایی این واکنش به تمایل دوباز برای پذیرش پروتون (یادواسیدبرای ازدست دادن پروتون) بستگی دارد.
حلال های زیادی دهنده یا گیرنده پروتون اندو بنابراین می‌توانند رفتاری بازی یا اسیدی را درمواد حل شده درخودشان القاء کنند. مثلاً درمحلول آبی آمونیاک، آب یک پروتون می‌دهند وبنابراین نسبت به حل شده به صورت یک اسید عمل می‌کند. دراین واکنش، آمونیاک (باز) با آب که با اسید ۲

مشخص شده است واکنش می‌دهد.واسید مزدوجی یون آمونیوم (اسید۱) ویون هیدروکسید که بازمزدوج (باز۲) اسید آبی است تشکیل می‌دهد. درمقابل آب درمحلول آبی نیترواسید به صورت یک پذیرنده الکترون یا باز عمل می‌کند.
یون نیتریت، با مزدوج اسید HNO2 و+ H2O اسیدمزدوج باز H2 است. نه NH3 ونه HNO2 کاملاً با H2 واکنش نمی دهند. بنابراین آمونیاک ونیترواسید به عنوان الکترولیت ضعیف نامیده می‌شود.
حلال های آمفوتری
آب مثال کلاسیک یک حلال آمفوتری است. یعنی حلالی که هم به صورت اسید وهم به صورت باز ایفای نقش کند که این رفتاربه ماده حل شده بستگی دارد. حلال های آمفوتری دیگرعبارتند از متانول، اتانول، استیک اسید بی آب.
تأکید این مطلب مهم است که یک اسید که پروتون داده است تبدیل به باز مزدوجی می‌شود که توانایی پذیرش پروتون وبازگشت به اسید اولیه را دارد. عکس این مطلب نیز کاملاً برای یک باز صحیح است. بنابراین یون نیتریت گونه ای که براثر حذف پروتون از نیترواسید درست شده است پذیرنده بالقوه پروتون از یک دهنده مناسب است. این همان واکنش پذیرش پروتون است که باعث می‌شود که محلول آبی سدیم نیتریت اندکی بازی باشد.

گونه های آمفوتری
بعضی ترکیبات به هردوصورت اسید وباز عمل می‌کنند، مثالی دراین زمینه یون دی هیدروژن فسفات H2PO4- است که درحضوریک دهنده پروتون مانند H2O+ به صورت یک باز عمل می‌کند.
H3PO4 + H2O H2PO¬۲- +H3O+
دراین جا H3PO4 اسید مزدوج بازاصلی است. اما درحضوریک پذیرنده پروتون، مانند آب H2PO4- به صورت اسید عمل می‌کند وباز مزدوج HPO42- را ایجاد می‌کند.
HPO42- +H2O+ H2PO4- + H2O
قدرت اسید وباز
پرکلریک اسید وهیدروکلرویک اسید کاملاً تفکیک می‌شوند. درمقابل کف ها درحدود ۱% استیک اسید HC2H3O2 تفکیک می‌شود. یون آمونیوم حتی یک اسید ضعیف تر است، تنها درحدود ۰۰۱% از این یون به یون های هیدرونیوم وملکلو های آمونیاک تفکیک می‌شود. اصل کلی دیگری که ضعیفترین اسید قویترین بازمزدوج را درست می‌کند. بنابراین، آمونیاک نسبت به تمام بازهایی که دربالای آن قراردارند میل ترکیبی بسیارقوی تری با پروتون دارند. یونهای پرکلرات وکلرید تمایلی به

ترکیب با پروتون درآب ندارند. تمایل یک حلال برای گرفتن یا دادن پروتون قدرت اسید یا باز حل شده درآن را تعیین می‌کند. مثلاً پرکلریک وهیدروکلریک اسید قویترین اسیدها درآب اند. اگر به عنوان حلال از استیک اسید بی آب که پروتون گیرنده ضعیفتری از آب است استفاده کنیم نه پرکلریک اسید ونه هیدروکلریک اسید کاملاً تفکیک نمی شوند.

دراین حلال پرکلریک اسید به طورقابل توجهی خیلی قوی تر از هیدرولیک اسید است یعنی تفکیک آن ۵۰۰۰ برابرهیدروکلریک اسید است. بنابراین استیک اسید با ایفای نقش یک حلال متمایزگراختلاف ذاتی قدرت اسیدی آنها را آشکارمی سازد از سوی دیگرپرکلریک هیدروکلریک نیتریک وسولفوریک اسید آب یک حلال هم تراز کننده است به گونه ای که تمام این اسیدها درآن به طورکامل یونیزه می‌شوند واختلافی درقدرت آن ها مشاهده نمی شود.
تعادل شیمیایی
واکنش های به کاررفته درشیمی تجزیه به ندرت کامل است، درعوض آن ها به سوی وضعیت تعادل شیمیایی به پیش می‌روند که درآن نسبت غلظت واکنش دهنده ها وفرآورده های ثابت است. رابطه های ثابت تعادل معادله های جبری هستند که دررابطه غلظت بین واکنش دهنده ها وفرآورده ها را درتعادل شیمیایی شرح می‌دهند. چنین روابطی محاسبه مقدارآنالیت واکنش ندارد. درزمان رسیدن به حالت ایستا را امکان پذیرمی سازد از داده های بدست آمده فعلهای حاصل از کامل نبودن واکنش را که تجزیه برمبنای آن ها انجام می‌شود می‌توان محاسبه کرد.
حالت تعادل
تعادل شیمیایی زیر را درنظر گرفته :
H3AsO4 + 3I- + 2H+ H3AsO3 + I3- +H2O
سرعت این واکنش وحداکثرمقداری را که به سمت راست می‌رود می‌توان با مشاهده رنگ نارنجی ـ قرمز یون تری یدید (I3-) مورد قضاوت قراردارد زیرتمام اجزای دیگر دراین واکنش بی رنگ اند. مثلاً اگرmmol 1 از آرسنیک اسید H3AsO4 به ml 100 محلول حاوی mmol 3 پتاسیم یدید افزوده می‌شود، رنگ قرمز یون تری یدید تقریباً فوری نمایان می‌شود وچند ثانیه شدت رنگ ثابت می‌شود واین نشانگر این است که محلولی با شدت رنگ مشابه (وبنابراین غلظت یکسان تری یدید) را نیز می‌توان با افزایش mmol 1 آرسنو اسید (H3AsO3) به ml 100 محلول حاوی mmol 1 یون تری یدید ایجاد کرد. دراین حالت شدت رنگ درآغاز زیادتر از محلول اول است، ولی درنتیجه واکنش زیر به سرعت کاهش می‌یابد.

H3AsO3 + I3- + H2O + H3AsO3 + 3I- + 2H+
سرانجام رنگ دو محلول یکسان می‌شود. ترکیبهای متعددی از چهارواکنش را برای به دست آوردن محلول هایی که غیرقابل تمیز از دونمونه قابل بحث باشند می‌توان به کاربرد. مشاهدات بالا نشان می‌دهد که رابطه غلظت درتعادل شیمیایی (یعنی وضعیت تعادل) مشغول از مسیری است که توسط آن حالت تعادل برقرارمی شود. به علاوه، سیستم درحالت تعادل فوراً ازحالت موجود خارج نخواهد شد، مگراین که تنشی به سیستم اعمال شود، چنین تنش هایی شامل تغییراتی دردما، فشار(اگریکی از واکنش دهنده ها یا فرآورده ها گازباشد) یا غلظت کل یک واکنش دهنده یا یک فرآورده است.

این اثرها را می‌توان برمبنای اصل لوشاتلیه که بیان می‌دارد وضعیت تعادل شیمیایی همواره به سمتی جابه جا می‌شود که با تنش اعمال شده مقابله می‌کند، به طورکیفی پیش بینی کرد. بنابراین، افزایش دردما رابطه غلظت را درسمتی که تمایل به جذب گرما دارد تغییر می‌دهد وافزایش درفشار به سود آن شرکت کننده هایی است که حجم کلی کمتری را اشغال می‌کند.
دریک تجزیه، تأثیرورود یک مقداراضافی از یکی از گونه های شرکت کننده برروی مخلوط واکنشی از اهمیت ویژه ای برخوردار است. دراین حا، تنش حاصل با جابه جایی تعادل به سمتی که مقداری از ماده افزوده شده را مصرف کند کاهش می‌یابد. بنابراین، این تعادل که دربالا بررسی کردیم افزایش ارسنیک اسید (H3ASO4) یا یون هیدروژن به علت ایجاد یون تری یدید وآرسنو اسید بیشترموجب افزایش رنگ می‌شود. افزایش آرسنو اسید اثرمعکوس دارد. جابجایی درتعادل را که با تغییرمقداریکی از گونه های شرکت کننده ایجاد می‌شود تأثیر اثرجرم گویند.
اگر امکان بررسی سیستمی درسطح ملکولی وجود داشت درمی یافتیم که حتی پس از برقراری تعادل نیاز برهم کنشهای بین گونه های شرکت کننده ها بدون وقفه ادامه دارد. نسبت غلظت واکنش دهنده ها وفرآورده ها نتیجه برابری واکنشهای مستقیم ومعکوس است. به عبارت دیگر تعادل شیمیایی یک حالت دینامیک است که درآن سرعت واکنش های مستقیم ومعکوس یکسان است.
روابط ثابت تعادل

تأثیرکمی غلظت (یافشاراگرگونه های گازی باشد) برروی وضعیت تعادل شیمیایی را می‌توان به سهولت با استفاده از یک رابطه ثابت تعادل توضیح داد. این روابط به سادگی از نظریه ترمودینامیک استخراج می‌شود. اهمیت کاربردی این روابط بسیارزیاد است، زیرا به شیمیدان امکان می‌دهند که جهت کامل شدن یک واکنش شیمیایی را پیشگیری کند با وجود این باید تأکید کرد که یک رابطه ثابت تعادل هیچ گونه اطلاعاتی درمورد سرعت رسیدن به تعادل دراختیارقرارنمی دهد. درواقع، گاهی به واکنشهایی بر میخوریم که ثابتهای تعادل بسیارخوبی دارند، اما به دلیل سرعت پایین استفاده تجزیه ای کمی دارند. با استفاده از یک کاتالیزور که رسیدن به تعادل را بدون تغییر دادن وضعیت آن تسریع می‌کند، می‌توان اغلب این اوقات براین محدودیت غلبه کرد.

حاصلضرب یونی آب
محلول های آبی درنتیجه واکنش تفکیکی زیر دارای مقادیرکمی از یونهای هیدرونیوم وهیدروکسید هستند.
۲H2O H2O+ + OH-
ثابت تعادل برای این واکنش را می‌توان این گونه نوشت :

با وجود این غلظت آب درمحلول های رقیق آبی، درمقایسه با غلظت یونهای هیدروژن وهیدروکسید زیاد است درنتیجه [H2O] درمعادله بالا را می‌توان ثابت درنظرگرفت ومعادله زیر را نوشت :
K[H2¬O]2 =KW =[H2O+][OH-]
که درآن ثابت جدید Kw یک نام ویژه، یعنی ثابت حاصلضرب یونی نام دارد. در oc 25 ثابت حاصل ضرب یونی آب برابر ۱۴-۱۰× ۰۰۸/۱ است. برای راحتی، با تقریب می‌گوییم
ثابت حاصل ضرب یونی آب محاسبه غلظت یونهای هیدرونیوم وهیدروکسید درمحلولهای آبی را امکان پذیرمی سازد.
ثابتهای حاصل ضرب انحلال پذیری
اصولاً بیشترنمکهای کم محلول درمحلول ـ آبی سیرشده کاملاً تفکیک می‌شود. مثلاً هنگامی که مقداراضافی باریم یدات با آب وارد تعادل می‌شود وفرآیند تفکیکی را به وجود می‌آورد.

درمعادله مخرج آن نشانگر غلظت مولی درفاز جامدات که یک فاز ثانویه درتماس با محلول سیرشده است، با وجود این غلظت یک ترکیب جامد درفاز جامد آن ثابت است به عبارت دیگر، بدون توجه به مقداراضافی جامد موجود، تعداد مولها تقسیم برحجم ثابت ملکول می‌شود که درآن ثابت جدید حاصل ضرب انحلال پذیری یا حاصل ضرب انحلال پذیری نامیده می‌شود. باید درک کنیم که وضعیت تعادل مستقل از مقدارکلی جامد است تنها بخشی از جامد با محلول سیرشده خودش ضروری است. این یک اصل عمومی است که برای تمام تعادل انحلال پذیری به کار می‌رود.

انحلال پذیری یک رسوب درآب
عبارت حاصل ضرب انحلال پذیری، محاسبه انحلال پذیری یک ماده کم محلول را که در آب یونیزه می‌شود امکان پذیر می‌سازد.
تعادل یونی
اصول تعادل شیمیایی را می‌توان درمورد سیستمهای تعادلی که شامل ملکول ها ویونهای محلول درآب است به کاربرد. درآب خالص، یونهای H3O+ و OH- که از H2O نتیجه می‌شود. درتعادل با ملکول های آب وجود دارند. الکترولیتهای ضعیف درمحلول آبی به طور جزئی یونیزه می‌شوند وبا یونهای سازنده خود درحال تعادل وجود دارند.
الکترولیتهای قوی درمحلول آبی کاملاً یونیزه می‌شوند برای مثال محلول M01/0 CaCL2 حاوی یونهای Ca+ (یا غلظت M01/0 ) وcl- (با غلظت M02/0) است ودراین محلول هیچ ملکولی CaCL2 وجود ندارد. برعکس الکترولیتهای ضعیف، درمحلول آبی کاملاً یونیزه نمی شود. درچنین محلول هایی ملکول های حل شده درتعادل با یونهای سازنده خود وجود دارند.
درمحلول های رقیق غلظت آب را می‌توان مقدارثابتی درنظرگرفت تعداد یونها که درتشکیل H3O+ مورد مصرف قرارگرفته است (حدود -۳ ۱۰ مول دریک لیتر محلول M1/0استیک اسید ) درمقایسه با تعداد زیاد مولهای موجود آب (حدود ۵/۵۵مول دریک لیتر) محلول بسیار اندک است.
درمعادله تفکیک برگشت پذیر یونها را درسمت راست معادله شیمیایی می‌نویسند بنابراین جمله های مربوط به غلظت یونها درصورت رابطه قرارمی گیرد. درجه تفکیک a یک الکترولیت ضعیف درمحلول آبی جزئی از غلظت کل الکترولیت است که درحالت تعادل به شکل یونی وجود دارد. مقادیر درجه تفکیک بیشتربه صورت درصد یونیزه، که برابرa100 است بیان می‌شود.

درصد یونی یک الکترولیت ضعیف را می‌توان با تقسیم کردن تعداد مولهای جسم حل شده به شکل یونی به تعداد کل مولهای جسم حل شده وضرب کردن کسر بدست آمده در ۱۰۰ بدست آورید.
درصد یونی با رقیق کردن فزونی می‌یابد واین موضوع با اصل لوشاتلیه سازگار است. افزودن آب به سیستم درحال تعادل یک الکترولیت ضعیف را می‌سازد که این تعادل را به سمت راست سوق می‌دهد، به طوری که به تناسب مقداربیشتری از الکترولیت به شکل یونی یافت می‌شود.

سیستم تعادلی یک الکترولیت ضعیف را می‌توان ازترکیباتی که یونهای سازنده آن الکترولیت را تولید می‌کنند تهیه کرد.
هیدروکسیدهای بیشتر فلزات، یا الکترولیتهای قوی هستند یا ترکیباتی کم محلول، با وجود این تعدادی ترکیبات محلول درآب وجود دارند که محلول های قلیایی تولید می‌کنند ودرآن ها بین مولکول ها ویونها تعادل برقراراست. مهمترین این ترکیبات آمونیاک، NH3 است.
یونی آب

آب خالص خود الکترولیتی بسیار ضعیف است.
درمحلولهای رقیق غلظت آب عملاً مقدار ثابتی است ومی توانیم [H2O] را با ثابت K یکی کنیم ،پس درآب خالص یا درهرمحلول خنثایی درOC 25 غلظت های هردو یون آب برابر ۷-۱۰×۰/۱ است. بنابراین دریک لیتر آب از مجموع تقریباً mol 5/55 فقط mol 7-10 آن به شکل یونی است.
درهرمحلول آبی هردویون OH-(aq) , H+(aq) وجود دارند دریک محلول اسید غلظت یونهای H+(aq) بیشتر از M 7-10×۰/۱ وبیشتراز غلظت یون OH-(aq)است درمحلول قلیایی غلظت یون OH-(aq) بیشتر از M 7-10×۰/۱ وبیشتراز غلظت یون H+(aq) است.