Tài liệu Giáo trình hóa môi trường P1 pdf

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 CHNG 1  PH 1.1 GII THIU CHUNG Thut ng pH đc s dng rng rãi đ biu din tính acid hoc tính kim ca dung dch. pH là ch s biu din nng đ ca ion – hydro, hay nói chính xác hn là nng đ hot tính ca ion – hydro. pH có vai trò quan trng trong hu ht các quá trình ca lnh vc k thut môi trng. Trong lnh vc cp nc, pH là yu t quan trng nh hng đn quá trình keo t hóa hc, kh trùng, làm mm và kim soát tính n mòn ca nc. Trong x lý nc thi bng các quá trình sinh hc, pH phi đc duy trì trong gii hn ti u cho s phát trin ca vi sinh vt. Các quá trình hóa hc s dng đ keo t nc thi, làm khô bùn hoc oxy các hp cht nh ion cyanua, thng đòi hi pH phi đc duy trì trong mt gii hn hp. Vì nhng lý do trên và vì các mi quan h c bn gia pH, đ acid và đ kim, cn phi hiu bit v lý thuyt cng nh thc t pH. 1.2 LÝ THUYT pH Khái nim v pH đc phát trin t hàng lot các nghiên cu dn đn hiu bit đy đ hn v acid và base. Vi s khám phá ca Cavendish nm 1366 v hydro, ngay sau đó mi ngi đu bit tt c acid cha nguyên t hydro. Các nhà hóa hc đã tìm thy rng các phn ng trung hòa gia acid và base luôn luôn to thành nc. T khám phá trên và các thông tin liên quan, ngi ta kt lun rng base cha các nhóm hydroxyl. Nm 1887 Arrhenius thông báo lý thuyt ca ông v s phân ly thành ion (ionization). T đó đn nay acid đc coi là các cht khi phân ly to thành ion – hydro và base khi phân ly to thành ion hydroxyl. Theo khái nim ca Arrhenius, trong dung dch, acid mnh và base mnh có kh nng phân ly cao, acid yu và base yu có kh nng phân ly kém trong dung dch nc. S ra đi và phát trin các thit b thích hp đo nng đ hoc hot tính ca ion – hydro đã chng minh lý thuyt trên. o hot đ ca ion hydro in cc hydro là thit b thích hp đ đo đ hot tính ca ion – hydro. Cùng vi vic s dng đin cc hydro, ngi ta tìm thy rng nc tinh khit phân ly cho nng đ ion hydro cân bng khong 10-7 mol/l. © 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. 1-1 H 2 O å 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 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. 1-4 1.4 PHÂN TÍCH S LIU pH S liu pH luôn luôn đc phân tích di dng hot tính ca ion – hydro, là s đo ca tính acid hoc kim ca dung dch. Mt cách gn đúng, có th gi thit nng đ ca ion – hydro {H+} = {H+} nng đ hot tính ca ion – hydro. Vì vy,  pH = 2 {H+} = 10-2  pH = 10 {H+} = 10-10  pH = 4,5 {H+} = 10-4,5 pH không đo đ acid tng cng hoc đ kim tng cng. iu này có th đc trình bày bng vic so sánh pH ca dung dch acid sulfuric và acid acetic N/10. pH ca dung dch acid sulfuric khong 1 vì nó có phân ly mnh hn và pH ca dung dch acid acetic khong 3 vì nó phân ly yu hn. Trong mt vài thí d pOH, hoc hot tính ca ion-hydroxyl, ca dung dch là mi quan tâm chính. Ngi ta thng tính pOH bng cách s dng mi quan h đã cho trong Phng trình (1-3). Phép tính gn đúng đc thc hin t mi quan h: pH + pOH = 14 (1 - 6) hoc pOH = 14 – pH (1 - 7) [OH-] và [H+] ca dung dch không bao gi gim đn zero. Khái nim c bn ca pOH, hoc hot tính ca ion – hydroxyl là đc bit quan trng trong các phn ng kt ta liên quan đn vic to thành hydroxide. Ví d, vic kt ta Mg2+ trong quá trình làm mm nc bng vôi và trong quá trình keo t hóa hc s dng phèn st và phèn nhôm. . hu ht các quá trình ca lnh vc k thut môi trng. Trong lnh vc cp nc, pH là yu t quan trng nh hng đn quá trình keo t hóa hc, kh trùng,. nc thi bng các quá trình sinh hc, pH phi đc duy trì trong gii hn ti u cho s phát trin ca vi sinh vt. Các quá trình hóa hc s dng đ keo