Анализ воды в домашних условиях

При подготовке статьи использованы материалы статьи И. Ванюшина (журнал «Аквариум», 2/1994)

Химический анализ воды в литературе по аквариумистике чаще всего освещается бегло, без подробностей. Например, упоминается некое «титрование на метил-рот» или что-то еще столь же загадочное — и все. Собранную воедино информацию по этой теме, нужную аквариумисту, найти сложно.

 Вашему вниманию предлагается подборка доступных методик и рецептов, позволяющих довольно точно определить химический состав воды. Источниками послужили как отечественные, так и зарубежные издания.

Стоит оговориться, что выяснение химического состава воды важно, если вы хотите не просто наблюдать за жизнью  маленького домашнего водоема, но и ожидаете, что рыбки будут размножаться. Для жизни взрослых особей рыбок химический состав воды не имеет большого значения. Но продолжать род в воде «не того» состава большинство рыб не сможет. Поэтому, прежде чем покупать аквариум и его обитателей,  стоит заранее выяснить, каков состав воды. Зная его, можно будет подобрать рыбок, которым такой состав воды подходит не только для жизни, но и для обзаведения потомством.

Единица измерения содержания химических веществ в воде: мг-экв/л (миллиграммэквивалент на литр). Иначе их называют «немецкими градусами», их соотношение составляет 1:2,8. В рецептах указана дистиллированная вода, но можно пользоваться и водой, прошедшей обессоливание ионообменными смолами.

Обозначение общей жесткости воды: dGH (аббревиатура, образованная от deutche Gesamtharte).

Общая жесткость воды определяется наличием в ней  ионов Са++ и Мg++. Ионы других металлов не оказывают влияния на жесткость. Соответственно, необходимо выявить суммарное количество указанных ионов, чтобы определить жесткость воды. Предлагаемый метод базируется на применении индикатора эриохром черный Т. Он меняет цвет в щелочной среде (рН~10), реагируя на присутствие ионов Са++ и Мg++.

Понадобится следующий набор химически чистых реактивов:

—  эриохром черный Т (нескольких граммов этого реактива хватит на множество анализов воды, поскольку расходуется он в очень малых количествах; главное —  не использовать растворы на основе спирта, быстро теряющими свойства при хранении);
— хлористый натрий — NaCl (поваренная соль); хлористый магний кристаллический — MgCl2; хлористый аммоний — NH4Cl; этилендиаминтетрауксуснокислый натрий (трилон Б, динатриевая соль этилендиаминтетрауксусной кислоты);
— 25%-ный раствор нашатырного спирта —  NH4OH (если концентрация другая, то количество необходимо пересчитать: 10%-ного раствора NH4OH нужно взять в 2,5 раза больше).

Последовательность приготовления растворов:

Раствор 1.  В 1 литре дистиллированной воды растворить 13,7 грамма трилона Б.
Раствор 2.  В 1 литре дистиллированной воды растворить 20,3 грамма хлористого магния.
Раствор 3. К 52 миллилитрам 25%-ного нашатырного спирта долить 20 миллилитров Раствора 2.
Раствор 4.  В 200 миллилитрах дистиллированной воды растворить 8,92 грамма хлористого аммония, затем долить 56 миллилитров Раствора 1.
Раствор 5.  Перемешать Раствор 3 и Раствор 4. Долить дистиллированной водой до объема одного литра. Полученный раствор имеет рН 10,0 и выступает в  роли буферного.

0,5 грамма индикатора эриохрома черного Т растереть в ступке с 50 граммами натрия хлористого.

До использования по назначению индикатор и все рабочие растворы хранить герметично закрытыми, в темном месте.

Важно! Большие объемы приготавливаемых растворов призваны сократить ошибки, неизбежные при отмеривании реактивов и проведении химического анализа в домашних условиях. Чем меньшее количество растворов вы будете готовить, тем больше будет ошибок при анализе, а попытка отмерять микродозы может грубо исказить результаты анализа.

Последовательность действий при анализе:

1. 100 миллилитров анализируемой воды налить в прозрачную бесцветную посуду;
2. 5 миллилитров буферного раствора 5 добавить в ту же посуду;
3. Немного (на кончике ножа) смеси индикатора с хлористым натрием добавить и размешать в той же посуде. Раствор поменяет цвет на винно-красный, из-за присутствия ионов Са++ и Мg++.
4. В бюретку набрать Раствор 1 и по каплям внести в воду,  постоянно встряхивая посуду для перемешивания.
5. Раствор поменяет цвет на синий, пройдя через непродолжительную лиловую фазу. В этот момент титрование завершают.  Далее определяют, сколько было израсходовано Раствора 1 в миллилитрах.
6. 1 миллилитр раствора соответствует 2° dGH, таким образом рассчитывают общую жесткость воды.

Титровальную бюретку можно, при желании, сделать самостоятельно. Для этого, разогрев стеклянную трубку над газовой кухонной горелкой, оттягивают ее кончик, а затем заглушают, например, пластилином. Затем, доливая из шприца в трубку воду по нужным порциям, алмазным стеклорезом ставят метки.

Обозначение карбонатной (переменной) жесткости воды: dKH (аббревиатура, образованная  от deutsche Karbonatharte).
Именно растворенные в воде карбонаты «мешают» размножаться многим рыбам. Мальки, личинки и икра многих рыб обладают повышенной чувствительностью к карбонатам, и это является серьезной проблемой.

Для проведения анализа потребуется соляная кислота —HCL (плотность ее должна быть известна) и индикатор: метилоранж (метиловый оранжевый) или метил-рот (метиловый красный).

Как приготовить рабочие растворы

Раствор 1. Представляет собой  0,1—нормальный раствор соляной кислоты в дистиллированной воде.
Раствор 2. Раствор индикатора в дистиллированной воде, 0,1%-ный (стоит отметить, что растворение метилового красного проходит значительно медленнее).

Последовательность действий при анализе:

1. Набрать 100 миллилитров воды в чистую прозрачную посуду и добавить несколько капель Раствора 2. Наличие карбонатов меняет цвет раствора на желтый.
2. По каплям (используя бюретку) ввести Раствор 1, встряхивая посуду.
3. Изменение цвета индикатора на красноватый сигнализирует о прекращении титрования. Определяют расход Раствора 1.
4. 1 миллилитр раствора соответствует 2,8°dKH (соответственно, 1 мг-экв/л). Эта величина определяет карбонатную жесткость воды.

Обозначение  активной реакции воды — pH (аббревиатура, образованная от pondus Hudrogenii)

Анализ, определяющий величину pH — качественного характера. Изменение цвета смеси индикаторов в соответствии с величиной pH — основа этого анализа.

При анализе используются индикаторы бромтимоловый синий и метиловый красный. Также нужен этиловый спирт, в качестве растворителя.

Рабочим  раствором служит  0,1-ный раствор в этиловом спирте обоих индикаторов.

В прозрачную посуду нужно набрать немного воды, порядка 10—20 миллилитров, добавить несколько капель раствора индикаторов, и перемешать. Установившийся цвет раствора нужно сравнить с цветовой шкалой. При pH~8,0 — цвет пробы синий, 7,2— 8,0 — сине-зеленый, 6,8— 7,2 —  зеленый, 5,5— 6,8 —  желтый, 5,0— 5,5 —  оранжевый, и, наконец, при рН"5.0 цвет пробы кирпично-красный. Границы перехода цветов размыты.

Содержание в воде азота

Необходимые реактивы:  сульфаниловая кислота, уксусная кислота, а-нафтол, этиловый спирт, флуоресцеин.

Приготовление рабочих растворов.

Раствор 1. 0,1-нормальный раствор уксусной кислоты, при комнатной температуре насыщают сульфаниловой кислотой.
Раствор 2: 0,1%-ный спиртовой раствор флуоресцеина и а-нафтола.

Анализ выполняется в следующем порядке:

1. В небольшую прозрачную посуду набрать 10 миллилитров воды, подлежащей анализу. Добавить 10 капель Раствора 1. Перемешать.
2. В ту же посуду добавить 10 капель Раствора 2 и перемешать.
3. Подождать 2—3 минуты, затем сравнить цвет раствора на белом фоне с цветовой шкалой. Шкала содержит четыре ступени: 1,0 миллиграмм на литр и выше — кирпично-красная,  0,7 —  красно-оранжевая, 0,3 —  красновато-желтая, О — желтая (первоначальная).

Содержание хлоридов в воде

В обычной воде присутствует набор солей, определяющий содержание хлоридов: MgCl2, СаСl2, КСl, NН4Сl,  NaCl и другие. Самое распространенное соотношение: Ca++, Mg++, Na+ — 2:1:1. Количества прочих хлоридов крайне мало.

Если содержание хлоридов достигает 15 миллиграммов на литр и выше, для рыб такая среда обитания становится практически непригодной.

Чтобы определить содержание хлоридов, нужно будет воспользоваться химически чистыми реактивами: хромистым калием (натрием) и азотнокислым серебром.

Рабочие растворы следующим образом:

Раствор 1. Раствор хромистого калия (натрия) в дистиллированной воде, 10%—ный.
Раствор 2. 0,1-нормальный раствор в дистиллированной воде азотнокислого серебра.

Порядок проведения анализа:

1. 100 миллилитров воды налить в чистую прозрачную емкость. Добавитьт 5 капель Раствора 1. Цвет воды станет чисто-желтым.
2. Раствор 2 добавить в воду по каплям, с помощью бюретки.
3. Появление стойкого красноваторозового осадка — завершение титрования. Затем нужно определить расход Раствора 2.
4. 0,1 миллилитра израсходованного Раствора 2 соответствует содержанию 3,55 миллиграмма хлоридов в 1 литре воды. 

Если содержание хлоридов велико, количество  воды для анализа сокращают в 10 раз.  0,1 миллилитра израсходованного Раствора 2 будет означать наличие 35,5 миллиграммов хлоридов в литре воды.

Содержание железа в воде

Заметно без всяких анализов, по следам «ржавчины», остающимся под падающими из крана струями воды. Большинство рыб в такой воде будут чувствовать себя плохо. Содержание железа можно уменьшить ионообменными смолами. Другой способ — пропускать воду через колонку с мелким гравием, под давлением.

Избыток железа будет оседать на поверхности гравия. Когда камушки «поржавеют», гравий нужно будет заменить. Возможна и промывка его раствором кислот, например соляной, или другой, образующей с железом растворимые в воде соли. Пропускание воды через гравий, конечно, не избавит воду от железа полностью, но позволит применять ее для заполнения аквариума.

Несколько слов о концентрации растворов

Эта справка необходима всем любителям, едва знакомым с химией.

1. Концентрация раствора в процентах показывает отношение веса растворяемого вещества к общему весу раствора. Соответственно, в 10%-ном растворе уксусной кислоты содержится 90 граммов воды и 10 — кислоты.
2. Концентрация молярная: число молей  (грамм-молекул) вещества в 1 литре раствора. Например, двухмолярный раствор содержит 2 грамм-молекулы вещества в 1 литре воды.
В численном выражении, 1 грамм-молекула вещества равна его молекулярному весу, выраженному в граммах. То есть, при молекулярном весе 58,5, который имеет поваренная соль  (NaCl), ее грамм-молекула весит  58,5 грамма. Умноженное на 2, это число даст количество соли в ее двухмолярном растворе.
3. Нормальной концентрацией называют число  грамм-эквивалентов вещества в 1 литре раствора. Соответственно, обозначения 0,1н., 0.5н., 1н. описывают 0,1-нормальный, 0,5-нормальный и нормальный растворы.
Расчет грамм-эвивалента кислоты: молекулярный вес нужно разделить на величину основности кислоты. Основность — число в молекуле кислоты атомов водорода, которые могут быть замещены металлом. Кислота НСl — одноосновная, поэтому нормальность ее раствора равна молярности.
Грамм-эквивалент щелочей рассчитывают так: вес грамм-молекулы делят на валентность металла. Для солей — тот же вес делят на произведение валентности металла и числа его атомов.