Сульфат-ионы: определение содержания в воде и почве

Сульфат-ионы являются средними солями серной кислоты. Многие из подобных соединений хорошо растворимы в воде. При нормальных условиях вещества находятся в твердом агрегатном состоянии, обладают светлой окраской. Многие сульфат-ионы имеют осадочное происхождение, они являются морскими и озерными химическими осадками.

Особенности строения

Кристаллическая структура допускает содержание комплексных анионов SO42-. В качестве распространенных соединений можно выделить двухвалентные сульфаты металлов. Например, сульфат-ионы, объединяясь с катионами кальция, бария, стронция, образуют нерастворимые соли. Эти осадки являются минералами, существуют в свободном виде в природе.

Нахождение в воде

Кроме того, сульфат-ион образуется при диссоциации солей, поэтому такие ионы содержатся в поверхностных водах. Основным источником таких соединений являются процессы химического окисления сульфидов и серы.

В существенных количествах сульфат-ионы попадают в водоемы при отмирании живых организмов, окислении наземных и водных растительных существ. Кроме того, они находятся в подземных стоках.

В существенном количестве сульфат-ион образуется в промышленных и сельскохозяйственных стоках.

Маломинерализованная вода характеризуется наличием ионов SO42-. Есть и устойчивые формы таких соединений, которые позитивно влияют на минерализацию питьевой воды. Например, сульфат магния является нерастворимым соединением, которое накапливается в воде.

Значение в круговороте серы

Если анализировать сульфат-ион в воде, необходимо отметить его важность для полноценного круговорота в природе серы и ее соединений. Благодаря воздействию сульфатредуцирующих бактерий, без доступа кислорода воздуха, происходит его восстановление до сероводорода и сульфидов. В связи с присутствием в почвенных водах кислорода осуществляется повторное превращение этих веществ в сульфаты.

Под действием сульфатредуцирующих бактерий и при отсутствии кислорода они восстанавливаются до сульфидов и сероводорода. Но как только в природной воде появляется кислород, опять окисляются до сульфатов.

В дождевой воде концентрация ионов SO42- достигает 10 мг на кубический дециметр. Для пресных вод такой показатель составляет порядка 50 мг на дм³. В подземных источниках количественное содержание сульфатов существенно выше.

Для поверхностных вод характерна зависимость между временем года и процентным содержанием ионов серной кислоты. Кроме того, на количественный показатель влияет хозяйственная деятельность человека, восстановительные и окислительные процессы, происходящие в живой природе.

Влияние на качество воды

Сульфаты оказывают существенное влияние на качество питьевой воды. Их повышенная концентрация отрицательно сказывается на органолептических показателях. Вода приобретает солоноватый вкус, повышается ее мутность. Повышенное содержание таких анионов отрицательно сказывается на физиологических процессах, протекающих в человеческом организме. Они плохо всасываются в кровь из кишечника. При повышенных концентрациях они дают слабительный эффект, нарушают пищеварительные процессы.

Удалось установить негативное воздействие сульфатов на волосы, раздражающее действие на слизистую оболочку глаз и кожи. В связи с опасностью, которую они представляют для человеческого организма, важно определить сульфат-ионы, принять своевременные меры по снижению их количества в питьевой воде. По нормативам они не должны превышать 500 мг на кубический дециметр.

Особенности определения анионов в воде

В основе лабораторных исследований лежит качественная реакция на сульфат-ион с трилоном Б. Титрование осуществляется по ГОСТу 31940-12, установленному для SO42-. Для проведения лабораторных экспериментов, связанных с выявлением содержания сульфат-анионов в питьевой и сточной воде, готовят растворы хлорида бария с заданной концентрацией (0,025 моль на дм³). Кроме того, для анализа необходимы растворы: соли магния, аммиачный буферный, трилона Б, азотнокислого серебра, индикатора эриохрома Т черного.

Алгоритм действий при проведении анализа

Лаборант использует коническую колбу, емкость которой составляет порядка 250 мл. В нее с помощью пипетки вносят 10 мл раствора магниевой соли. Далее в анализируемую колбу добавляют 90 мл дистиллированной воды, 5 мл буферного аммиачного раствора, несколько капель индикатора, осуществляют титрование с помощью раствора динатриевой соли ЭДТУ. Процесс осуществляется до тех пор, пока не произойдет изменение цвета на синий с красно-фиолетового.

Далее определяется количество раствора динатриевой соли ЭДТУ, которое потребовалось для титрования. Для получения достоверного результата желательно повторить процедуру 3-4 раза. Используя коэффициент поправки, проводят количественное вычисление содержания сульфат-анионов.

Особенности подготовки анализируемых проб к титрованию

Осуществляется одновременный анализ двух проб, имеющих объем по 100 мл. Необходимо брать конические колбы, рассчитанные на 250 мл. В каждую из них лаборант вносит по 100 мл анализируемой пробы. Далее в них добавляют по 2-3 капли концентрированной соляной кислоты, 25 мл хлорида бария, ставят колбы на водяную баню. Нагревание осуществляется в течение 10 минут, затем необходимо оставить анализируемые пробы на 60 минут.

Затем проводится фильтрование проб так, чтобы на фильтре не оказалось осадка сульфата бария. Фильтр промывают дистиллированной водой, проверяют отсутствие в растворе хлорид-ионов. Для этого периодически проводят качественную реакцию с раствором нитрата серебра. Если появилось помутнение, это свидетельствует о наличии в растворе хлоридов.

Затем помещают фильтр в колбы, где проводилось осаждение. После добавления 5 мл аммиака помешивают содержимое колбы стеклянной палочкой, фильтр разворачивают, расправляют по дну. Из расчета на 5 мг анализируемых ионов добавляют в воду 6 мл динатриевой соли ЭДТУ. Содержимое нагревают на водяной бане, затем на электрической плитке кипятят до полного растворения осадка, который попал в воду вместе с фильтром.

Продолжительность нагревания не должна превышать пяти минут. Для повышения качества проводимого анализа необходимо периодически помешивать стеклянной палочкой содержимое колбы.

После остывания пробы к ней доливают 50 мл дистиллированной воды, 5 мл буферного аммиачного раствора, несколько капель спиртового раствора индикатора. Далее осуществляется титрование избытком динатриевой соли ЭДТУ раствора сульфата или хлорида магния до появления устойчивого лилового оттенка.

Заключение

Натрий-, калий-, сульфат-ионы образуются в сточной воде не только из-за разнообразных природных процессов, но и как результат хозяйственной деятельности человека. Для того чтобы вода, используемая для питания, не оказывала негативного воздействия на живые организмы, необходимо следить за количественным содержанием в ней различных анионов и катионов.

Например, при проведении титрования проб трилоном Б можно провести количественные расчеты содержания в пробах сульфат-анионов, принять конкретные меры по снижению этого показателя (в случае необходимости). В современных аналитических лабораториях также проводится выявление в пробах питьевой воды катионов тяжелых металлов, анионов хлора, фосфатов, патогенных микроорганизмов, которые оказывают при превышении допустимых концентраций негативное действие на физическое и эмоциональное здоровье человека.

По результатам таких лабораторных опытов и многочисленных исследований химики-аналитики делают вывод о пригодности воды к употреблению либо о необходимости ее дополнительной очистки, применения специальной системы фильтрации, основанной на химической очистке воды.