Giáo trình Hóa học biển: Các phương pháp phân tích hoá học nước biển: Phần 2 - Đoàn Bộ

Phần 2 của giáo trình "Hóa học biển: Các phương pháp phân tích hoá học nước biển" gồm chương 3 và chương 4. Trong đó chương 3 trình bày các phương pháp xác định các thành phần của hệ cácbônát trong nước biển và chương 4 là cách xác định các hợp phần dinh dưỡng vô cơ và các chất hữu cơ trong nước biển. Mời tham khảo.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Giáo trình Hóa học biển: Các phương pháp phân tích hoá học nước biển: Phần 2 - Đoàn Bộ Chương 3 XÁC ĐỊNH CÁC THÀNH PHẦN CỦA HỆ CÁCBÔNÁT TRONG NƯỚC BIỂN 3.1. XÁC ĐỊNH PH NƯỚC BIỂN BẰNG PHƯƠNG PHÁP SO MÀU 3.1.1. Giới thiệu chung Nước là chất phân ly cực kỳ yếu, sản phẩm phân ly là các ion H+ và OH-: H2O ⇔ H+ + OH- Theo định luật tác dụng khối lượng, ở trạng thái cân bằng ta có: K=[H+].[OH-]/[H2O] hay K[H2O] = [H+].[OH-] Trong đó K là hằng số phân ly (hằng số cân bằng nhiệt động). Vì nồng độ phân tử gam của nước được coi là không đổi (có giá trị bằng 1000/18≈55,56 Mol/l) nên K[H2O] cũng không đổi và được gọi là hằng số tích nồng độ ion của nước. Các quá trình khác nhau có thể làm biến đổi nồng độ ion Hydro và Hydroxyl trong nước, song tích nồng độ của chúng luôn là một hằng số. Nghĩa là, nếu có một quá trình nào đó làm tăng nồng độ H+ (ví dụ sự phân ly của các muối bicacbonat hoà tan trong nước) thì nồng độ OH- phải giảm tương ứng (và ngược lại), sao cho tích nồng độ của chúng không đổi. Ở trạng thái cân bằng ứng với nhiệt độ 22oC và áp suất 760 mm Hg, nước sạch trung tính có hằng số phân ly K ≈ 1,8.10-16 nên hằng số nồng độ K.[H2O]≈1.10-14, do đó [H+]=[OH-]≈10-7. Trong môi trường nước tự nhiên nói chung, ion Hydro tồn tại với nồng độ rất nhỏ (bậc nồng độ vào khoảng 10-5-10-9 ion-gam/l, với nước biển là 10-7-10-9 58 ion-gam/l). Bởi vậy để tiện lợi cho việc biểu diễn định lưọng nồng độ của nó người ta sử dụng trị số pH: pH = -lg [H+] Với cách biểu diễn này thì môi trường nước trung tính ([H+]=[OH-]) có pH=7, axít tính ([H+]>[OH-]) có pH[H+]) có pH>7. Trong nước biển, nồng độ ion Hydro (do đó trị số pH) có liên quan chặt chẽ với hàm lượng khí Cacbonic hoà tan, nói đúng hơn, pH nước biển phụ thuộc trực tiếp vào mối tương quan giữa axít Cacbonic (H2CO3) và các dẫn xuất phân ly của nó: CO2 + H2O ⇔ H2CO3 ⇔ H+ + HCO3- HCO3- ⇔ H+ + CO3-2 Theo định luật tác dụng khối lượng, các hằng số phân ly của axit này là: K1 = [H+].[HCO3-]/[H2CO3] K2 = [H+].[CO3-2]/[HCO3-] Giá trị K1 đo được tại 22oC và áp suất 760 mmHg là 4.10-7, lớn hơn 4 bậc so với giá trị K2 (4,2.10-11). Bởi vậy sự phân ly của axit Cacbonic chủ yếu là phân ly bậc một. Do đó: [H+] = K1 [H2CO3]/[HCO3-] Điều này cho thấy nồng độ ion Hydro phụ thuộc chủ yếu vào nồng độ ion Bicacbonat (HCO3-) theo quan hệ tỷ lệ nghịch. Nhưng trong nước biển, nguồn chính tạo ra ion HCO3- không phải do phân li axit Cacbonic mà do phân li những muối bicacbonát như Ca(HCO3)2, Mg(HCO3)2... vốn có nhiều trong nước. Bởi vậy, sự hoà tan các muối này sẽ làm tăng nồng độ HCO3-, do đó giảm [H+] tức là tăng pH, ngược lại, sự hoà tan khí CO2 vào nước biển sẽ làm tăng nồng độ axít H2CO3 và do đó tăng [H+] tức là giảm pH. Nhiệt độ và áp suất thuỷ tĩnh cũng có ảnh hưởng đáng kể đến pH của nước 59 biển. Nếu nhiệt độ (hoặc cả áp suất) tăng thì hằng số phân li của H2CO3 và H2O tăng lên, dẫn tới pH giảm. Tuy nhiên, nếu nhiệt độ tăng thì độ hoà tan của khí CO2 trong nước biển lại giảm và do đó pH tăng lên. Các hợp phần khác như các axít Boríc (H3BO3), axít Silisíc (H2SiO3), axit Phốtphoric (H3PO4)... mặc dù cũng phân ly và tạo ra H+ nhưng chúng ít có ý nghĩa đối với pH nước biển bởi nồng độ của chúng rất nhỏ và hằng số phân li rất bé. Khí Sunfuhydro (H2S) có ảnh hưởng tới pH nhiều hơn, nhưng không phải chỗ nào và bao giờ cũng có. Nước biển, trong đó có hoà tan nhiều axit yếu và các muối của nó, được xem là một dung dịch đệm pH. Nước biển ở mọi vùng trên thế giới đều mang tính kiềm yếu, có pH khá ổn định và thường chỉ biến đổi trong giới hạn rất hẹp (7,6-8,4). Điều này đã dẫn tới việc sử dụng pH như một chỉ số của khối nước. Đối với nước vùng biển ven bờ, nhất là vùng cửa sông, do tỷ lệ thành phần muối Cacbonat rất khác nhau, nên cùng với độ kiềm của nước, pH còn được sử dụng để tính toán sự lan truyền của nước lục địa ở vùng này. Mặc dù tồn tại với nồng độ cực kỳ nhỏ bé, song sự có mặt của ion Hydro trong nước biển đã quyết định rất nhiều tính chất quan trọng của môi trường. Trước hết, pH được xem như cái nền trên đó xảy ra các phản ứng hoá học, sinh-hoá học, ví dụ như sự ăn mòn bê tông của nước biển, khả năng hoà tan đất đá ở bờ và đáy, điều kiện tồn tại và phát triển của thuỷ sinh vật... trong đó có nhiều loài rất nhạy cảm với sự biến đổi pH nước biển. Do có liên quan chặt chẽ với hàm lượng các axit yếu và muối của chúng có mặt trong nước biển, nhất là axit Cacbonic và các muối Cacbonat, nên pH còn là một thành phần quan trọng trong các mối ...