pH Wody Chemicznie Czystej: Kluczowy Aspekt Utrzymania Równowagi
- Szczegóły
Niezwykle istotnym zagadnieniem z punktu widzenia utrzymania basenu jest utrzymanie odpowiedniej kwasowości wody. Poziom neutralny jest najbardziej pożądanym stanem. Trzeba podkreślić, że wiele osób zaczynających przygodę z basenem pomija zagadnienie regulacji pH wody - co jest ogromnym błędem!
Co to jest pH?
Odczyn wody jest mierzony przy pomocy skali pH. Wartość pH 0 - 7 - określa, że odczyn jest kwaśny. Wartość pH 7 - 14 - wskazuje na odczyn zasadowy. Oznacza to, że mamy zbyt wysokie pH w wodzie basenowej.
Optymalne pH dla wody basenowej
Łza w ludzkim oku ma odczyn pH o wartości 7.4. Można by powiedzieć, że jest to również optymalne pH dla wody basenowej. Przy tej wartości skuteczność działania chloru zaczyna słabnąć. Najlepszym rozwiązaniem jest zatem utrzymywanie pH wody w basenie w granicach 7.0 - 7.4. W tych ramach uzyskamy najbardziej komfortowe warunki do kąpieli w basenie. Jednocześnie zapewnimy chemii basenowej najwyższą skuteczność działania! Woda basenowa będzie miała tzw.
Czynniki Wpływające na pH Wody
Odczyn wody w basenie ma ciągłą tendencję do wzrostu. Im większa twardość wody napuszczanej do wody - tym gwałtowniejszy wzrost. Niskie pH bardzo rzadko występuje zaraz po nalaniu wody. Spadek poziomu zazwyczaj spowodowany jest przez padające kwaśne deszcze albo w wyniku przedozowania środków. Jako ciekawostkę podamy w tym miejscu informację, że gwałtowny spadek pH może spowodować dozowanie witaminy C do wody basenowej.
Jak mierzyć pH wody?
Można do tego celu wybrać najprostszy tester ręczny na tabletki albo bardziej zaawansowany tester elektroniczny. Dla leniwych są też tzw. testery paskowe - mniej dokładne, za to szybciej można wykonać pomiar. My rekomendujemy używanie testerów tabletkowych - są dokładne, trwałe i tanie. Po dodaniu niezbędnej ilości środków korygujących pH warto odczekać kilka godzin zanim przeprowadzimy kolejny pomiar pH wody w basenie. Reakcje chemiczne po dodaniu środków powodują skokowe zmiany parametrów.
Przeczytaj także: Wszystko o wodzie (H₂O)
- Tabletkowy tester do ręcznego pomiaru pH i chloru.
- Tabletkowy tester do ręcznego pomiaru pH i aktywnego tlenu.
Konsekwencje Nieprawidłowego pH
Warto wspomnieć, że przy wartościach pH powyżej 7.7 wolny chlor jest trudno uwalniany z wody, co może prowadzić do zafałszowania pomiarów. W takim przypadku będzie mocno odczuwalny zapach chloru, a pomiary będą wskazywać jego wystarczającą ilość. W rzeczywistości natomiast, działanie chloru będzie mocno ograniczone i znacznie wzrośnie ryzyko możliwości zazielenienia się wody.
Regulacja pH Wody w Basenie
W basenach kąpielowych najczęściej używanym środkiem jest preparat, który obniża odczyn wody - czyli pH Minus. Ciągły wzrost pH powoduje konieczność regularnego obniżania. Największą tendencję wzrostową odczynu pH w basenie zauważymy tuż po napełnieniu go świeżą wodą. Znacznie rzadziej używany jest środek do podnoszenia pH - pH Plus.
Alkaliczność Wody (Total Alkalinity)
Wskaźnik Total Alkalinity czyli alkaliczność wody. Oznacza całkowitą ilość substancji alkalicznych obecnych w wodzie, zwykle mierzona jako twardość węglanowa. Wskazuje odporność wody na zmianę pH. Niska całkowita alkaliczność powoduje, że pH wody jest niestabilne - łatwo wzrasta i łatwo spada.
Woda Destylowana, Dejonizowana i Demineralizowana
Trudne jest znalezienie jasnej definicji i standardów dla destylowanej, demineralizowanej i dejonizowanej wody. Aby zapoznać się z tym tematem produkcji wody ultra czystej najłatwiej jest zacząć od starej i bardzo znanej metody: destylacji. Woda destylowana to woda, która była doprowadzona do wrzenia w aparacie zwanym "still" (destylator), a następnie ponownie skondensowana w chłodnicy kondensującej ponownie do postaci ciekłej. Destylacja służy oczyszczaniu wody. Rozpuszczone zanieczyszczenia takie jak sole pozostają w naczyniu gdzie zachodzi wrzenie, a woda "ucieka" w postaci pary wodnej.
Destylacja może nie dać pozytywnych rezultatów jeśli zanieczyszczenia są lotne (np. alkohole), ponieważ one również wrą, a następnie ponownie się zagęszczają (do postaci cieczy). Niektóre destylatory mogą selektywnie doprowadzić jedynie wodę do zagęszczenia, jednak większość z nich umożliwia przechodzenie części lotnych zanieczyszczeń i niewielkiej ilości nielotnych elementów wraz z wodą do kondensatora (przechodzą one do pary wodnej z pęcherzykami powstającymi na powierzchni wrzącej wody). Maksymalnie wysoka jakość wody osiągana w tych systemach to zwykle 1.0 MWcm; a skoro nie istnieje zabezpieczenie przed dostawaniem się rozpuszczonego CO2 do destylatu, pH wynosi zwykle 4.5-5.0. Dodatkowo, trzeba bardzo uważać, aby nie zanieczyścić wody po jej destylacji.
Przeczytaj także: Perfekcyjny odcień dzięki tonowaniu
Dejonizacja
Dejonizacja: Zachodzi przy użyciu żywic jonowymiennych (jonitów), które usuwają zjonizowane sole z wody. Teoretycznie można doprowadzić do 100% usunięcia soli. W procesie tym zwykle nie są usuwane zanieczyszczenia organiczne, wirusy czy bakterie, z wyjątkiem przypadkowego "uwięzienia" w żywicy lub przy zastosowaniu specjalnie stworzonych żywic anionowych do usuwania bakterii Gram-ujemnych [4]
Demineralizacja
Demineralizacja: Każdy proces służący usuwaniu minerałów w wody, chociaż zwykle termin ten jest ograniczony do pojęcia procesu wymiany jonowej [1] Woda ultra-czysta: Woda oczyszczona w dużym stopniu, o wysokiej oporności i braku związku organicznych; zwykle używana w produkcji półprzewodników i w przemyśle farmaceutycznym [4]
Proces Dejonizacji
Dejonizacja opiera się na usuwaniu elektrycznie naładowanych (zjonizowanych) substancji rozpuszczonych, poprzez wiązanie ich na dodatnio lub ujemnie naładowanej żywicy w czasie przepływu wody przez kolumnę wypełnioną żywicą. Proces ten nazywa się wymianą jonową i może być wykorzystany na wiele sposobów do produkcji wody o różnej jakości.
System Żywicy: Kationit Silnego Kwasu + Anionit Silnej Zasady
Systemy te składają się z dwóch zbiorników: jednen z nich zawiera żywicę kationowo-wymienną (kationit) w formie wodorowej (H+), a drugi żywicę anionową (anionit) w formie hydroksylowej (OH-). Woda przepływa przez kolumnę kationową gdzie wszystkie kationy są wymieniane na jony wodoru. Woda z usuniętymi kationami przepływa dalej przez kolumnę anionową. Tym razem, wszystkie ujemnie naładowane jony są wymieniane na jony hydroksylowe, które następnie łącza się z jonami wodorowymi tworząc wodę (H2O) [2] Systemy te usuwają wszystkie jony, łącznie z krzemionką.
Zwykle jest zalecane zmniejszenie strumienia jonów przechodzącego przez wymieniacz anionowy (jonit anionowy) poprzez instalowanie jednostki do usuwania CO2 pomiędzy zbiornikami. Redukuje to stężenie dwutlenku węgla do kilku mg/l oraz redukuje to objętość anionowej silnej zasady oraz wymagania reagentów podczas regeneracji. Ogólnie system żywicy typu kationit silnego kwasu plus anionit silnej zasady jest najprostszym zastosowaniem, a woda dejonizowana w tym systemie ma wiele zastosowań [3]
Przeczytaj także: Gdzie kupić wodę destylowaną?
System Żywicy: Kationit Silnego Kwasu + Anionit Słabej Zasady + Anionit Silnej Zasady
Ta kombinacja jest wariacją powyżej opisanej. Zapewnia tą samą jakość wody dejonizowanej, dając dodatkowo korzyści ekonomiczne podczas oczyszczania wody zawierającej wysokie stężenia silnych anionów (chlorków i siarczanów). System jest wyposażony w dodatkowy wymieniacz anionowy słabej zasady przed ostateczną żywicą anionu silnej zasady. Dodatkowa (do wyboru) jednostka usuwania dwutlenku węgla może być zainstalowana albo zaraz po wymieniaczu kationowym lub pomiędzy dwoma wymieniaczami anionowymi.
Regeneracja wymieniaczy anionowych zachodzi przy użyciu roztworu wodorotlenku sodu (NaOH) przechodzącego najpierw przez wymieniacz silnej zasady, a potem słabej zasady. Metoda ta wymaga mniej wodorotlenku sodu niż metoda opisana powyżej, ponieważ pozostający roztwór do regeneracji po przejściu przez wymieniacz silnej zasady jest zwykle wystarczający do całkowitej regeneracji żywicy słabej zasady. Ponadto, kiedy woda zawiera wysokie stężenie substancji organicznej, żywica słabej zasady zabezpiecza wymieniacz silnej zasady [3].
Dejonizacja ze Złożem Mieszanym (Mixed-Bed Deionisation)
W dejonizatorach o mieszanym złożu żywice wymiany kationowej i anionowej są połączone w jednej obudowie ciśnieniowej. Obie żywice są zmieszane dzięki działaniu skompresowanego powietrza; całe złoże może być traktowane jako nieskończona liczba wymieniaczy kationowych i anionowych ułożonych seriami (żywica mieszana) [2,3]. Do przeprowadzenia regeneracji, obie żywice hydraulicznie (w wodzie) rozdzielane są w czasie fazy zluźnienia. Ponieważ wymieniacz anionowy jest lżejszy od żywicy kationowej, unosi się on na powierzchni, podczas gdy żywica kationowa opada na dno.
Po odseparowaniu żywic prowadzona jest regeneracja z użyciem wodorotlenku sodu i silnego kwasu. Nadmiar jakiegokolwiek środka zregenerowanego jest usuwany poprzez przemywanie każdej żywicy oddzielnie.
Zaletami tego systemu są:
- woda uzyskana w procesie jest wysoce oczyszczona a jej jakość pozostaje stała przez cały cykl,
- pH jest prawie neutralne,
- wymagania co do wody użytej w przemywaniu nie są wysokie.
Odwrócona Osmoza (RO)
Oprócz systemów wymiany jonowej, dejonizowana woda może być produkowana przy pomocy procesu odwróconej osmozy. Odwrócona osmoza (RO) jest najlepszą znaną metodą filtracji wody. Proces ten pozwala na usunięcie z roztworu tak małych cząsteczek jak jony. Odwrócona osmoza jest używana do oczyszczania wody i usuwania soli i innych zanieczyszczeń w celu poprawy barwy, smaku i innych właściwości cieczy.
Proces ten pozwala na usunięcie bakterii, soli, cukrów, białek, innych cząsteczek, farb oraz innych komponentów o wadze cząsteczkowej większej niż 150-250 Daltons. To pozwala na osiągniecie większości standardów jakości wody po pojedynczym przejściu oraz najwyższe standardy w systemach podwójnego przejścia wody. Proces ten usuwa 99.9+% wirusów, bakterii i elementów gorączkotwórczych. Ciśnienie w zakresie 50 do 1000 psi (3.4 do 69 bar) jest siłą sprawczą w procesie RO.
Proces ten jest znacznie bardziej wydajny energetycznie w porównaniu do procesów zmian faz (destylacji) i bardziej efektywny niż silne związki chemiczne wymagane w procesie regeneracji wymiany jonowej. Separacja jonów podczas RO zachodzi dzięki naładowanym cząstkom. Oznacza to że rozpuszczone jony niosące ładunek, takie jak sole, są bardziej odrzucane przez membranę niż te nienaładowane, takie jak związki organiczne. Im większy ładunek i większa cząsteczka, bardziej prawdopodobne jest, że zostanie ona usunięta [4] .
Pomiar Czystości Wody/Oczyszczenia
Czystość wody może być mierzona na różny sposób. Jedna z metod określa wagę wszystkich elementów rozpuszczonych ("solute"): jest to najłatwiejsze do wykonania w przypadku rozpuszczonej substancji stałej w przeciwieństwie do rozpuszczonego gazu lub innej cieczy. Dodatkowo do pomiaru wagi zanieczyszczeń znajdujących się w wodzie, można określić ich poziom poprzez stopień do którego podnoszą temperaturę wrzenia lub obniżają temperaturę zamarzania wody. Na index refrakcji (załamywania) ( miara jak przejżyste materiały powodują zagięcie wiązki światła) wpływają również substancje rozpuszczone w wodzie.
Czystość wody może być również określana na podstawie elektrycznej przewodności lub oporności; bardzo czysta woda słabo przewodzi elektryczność, więc jej oporność jest wysoka. [2]
Wartość pH Wody Czystej
Woda czysta jest lekko kwaśna a woda destylowana ma pH około 5.8. Wynika to z faktu, że w wodzie destylowanej jest rozpuszczany dwutlenek węgla z powietrza. Jest on rozpuszczany do momentu aż jego stężenie osiągnie równowagę (equilibrum) z jego zawartością w powietrzu. Oznacza to, że ilość rozpuszczona równoważy ilość przechodzącą do roztworu. Całkowita zawartość w wodzie zależy od stężenia w powietrzu atmosferycznym. Rozpuszczony dwutlenek węgla reaguje z wodą tworząc kwas węglowy.
2 H2O + CO2 --> H2O + H2CO3 (kwas węglowy) --> (H30+) (naładowana woda zakwaszona) + (HCO3-) (naładowany jon wodoro-węglanowy)
Jedynie niedawno zdestylowana woda ma wartość pH około 7, ale pod wpływem rozpuszczanego dwutlenku węgla osiąga ona lekko kwaśne pH w przeciągu kilku godzin. Dodatkowo, warto wspomnieć, że pH wody ultra czystej jest trudne do pomiaru. Wynika to z faktu, że woda ta szybko wyłapuje zanieczyszczenia, np. takie jak CO2, co wpływa na zmianę pH; ale również ma on niską przewodność, co może wpływać na dokładność pomiaru pH. Na przykład, absorpcja tylko kilku ppm dwutlenku węgla może spowodować spadek pH ultra czystej wody do 4.5, chociaż woda ta ma nadal wysoka jakość.
Najbardziej dokładny pomiar pH wody ultra czystej jest osiągany poprzez mierzenie jej oporności. Dla danej oporności, wartość pH musi się mieścić w pewnym zakresie. Na przykład, jeśli oporność wody wynosi 10.0 MWcm, pH musi być pomiędzy wartościami 6.6 i 7.6.
Zależność pH od Oporności Elektrycznej
Zależność pomiędzy opornością a wartością pH wody o wysokiej czystości jest przedstawione na wykresie poniżej [2].
Przykładowe pH Różnych Cieczy
W porównaniu z innymi typami cieczy woda dejonizowana ma wyraźnie lekko kwaśny odczyn (pH). Zgodnie z Merck Manual ludzkie ciało używa substancji buforujących, aby zrównoważyć pH. Jeśli człowiek skonsumuje coś kwaśnego, więcej wodorowęglanów a mniej dwutlenku węgla jest produkowanych we krwi w celu zneutralizowania kwaśnego odczynu. I odwrotnie, więcej dwutlenku węgla a mniej wodorowęglanów jest produkowanych we krwi jeśli substancja zasadowa jest spożywana. A wiec spożywanie wody destylowanej, nie spowoduje kwaśnego odczynu w ludzkim ciele.
| Rodzaj cieczy | pH |
|---|---|
| Mleko | 6.5 |
| Woda destylowana | 5.8 |
| Piwo | 4.0-5.0 |
| Kawa | 2.5-3.5 |
| Sok pomarańczowy | 3.5 |
| Napoje gazowane | 2.0-4.0 |
| Coca Cola | 2.5 |
| Wino | 2.3-3.8 |
| (kwas żołądkowy) | 1.0-2.0 |
| (kwas baterii) | 1.0 |
Źródło: [1] F. N. Kemmer; The Nalco water handbook; 2. Edition; 1988 [2] www.purite.com [3] Degremont; Water treatment handbook; sixth edition; 1991 [4] Osmonics Pure Water Handbook; 2. Edition; 1997
Iloczyn Jonowy Wody
Woda jest substancją niezbędną do życia i jest uznawana za najpopularniejszy rozpuszczalnik na Ziemi. Cząsteczka wody jest dipolemdipolem i posiada zdolność do oddziaływania na substancje o wiązaniach polarnych lub jonowych (np. sole, wodorotlenki). Efektem tego oddziaływania jest ich rozpad na jony. Proces ten nazwany został przez Arheniusa [czyt. arenjusa] dysocjacją elektrolityczną (lub dysocjacją jonową), a związki które ulegają temu procesowi to elektrolityelektrolity.
Co ciekawe, sama woda również dysocjuje w procesie zwanym autodysocjacjąautodysocjacją (lub autoprotolizą). Wówczas, podobnie jak w każdej innej reakcji chemicznej, równowaga reakcji zostaje osiągnięta w momencie, gdy stężenia zarówno substratów, jak i produktów nie wykazują dalszej tendencji do zmiany. Zgodnie z teorią Brönsteda-Lowry'ego, w czystej wodzie, na skutek jej autodysocjacji, obecne są w niewielkiej ilości jony H3O+ oraz OH−.
Proces autodysocjacji wody zachodzi w minimalnym stopniu i polega w istocie na reakcji cząsteczki wody z drugą cząsteczką wody.
H2O+H2O⇄H3O++OH- lub 2 H2O⇄H3O++OH-
W efekcie powstają jony hydroniowe (H3O+) oraz hydroksylowe (OH−). Korzystając z drugiego równania reakcji chemicznej, można zapisać stechiometryczną stałą równowagistechiometryczną stałą równowagi wody w postaci równania:
KH2O=H3O+·OH-/H2O2
Woda jest bardzo słabym elektrolitem i dysocjuje w nieznacznym stopniu. Zatem możemy zapisać, że stężenie wody jest wielkością stałą:
KH2O·H2O=H3O+·OH-
Iloczyn jonowy wody oznaczono symbolem Kw:
Kw=H3O+·OH-
W stanie równowagi (w temperaturze 25°C) iloczyn stężeń jonów H3O+ oraz OH- jest stały i wynosi:
1·10-14=H3O+·OH-
Co istotne, iloczyn jonowy wody nie zależy od stężenia kwasu i zasady dodawanej do wody, a jedynie od temperatury.
Gdy stężenia jonów H3O+ oraz OH− w stanie równowagi są sobie równe, mówimy wówczas o roztworze obojętnym. Stężenia wynoszą:
[H3O+]=[OH-]
Kw=[H3O+]2
10-14=[H3O+]2
10-7=[H3O+]
Jeśli w roztworze zwiększa się stężenie jonów H3O+, to wartość stężenia jonów OH- musi zmaleć w taki sposób, by iloczyn stężeń obu jonów był stały i wynosił 10-14.
tags: #ph #wody #chemicznie #czystej
