МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение

«КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

ОПРЕДЕЛЕНИЕ УДЕЛЬНОЙ ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ ВОДЫ С ПОМОЩЬЮ КОНДУКТОМЕТРА PWT Hanna Instruments

Лабораторная работа по курсу

(4 часа)

«Экологический аудит в энергетике

и промышленности»

Казань

2010 г.

Определение удельной электропроводности воды с помощью кондуктометра PWT Hanna Instruments

Цель работы

1. Познакомиться с устройством и принципом работы кондуктометра PWT Hanna Instruments.

2. Научиться определять электропроводность воды методом кондуктометрии, с помощью кондуктометра PWT Hanna Instruments.

3. Познакомиться с устройством и принципом работы дистиллятора и бидистиллятора, изучить изменение электропроводности воды до и после дистилляции.

Рабочее задание

1. Познакомьтесь с принципом работы кондуктометра PWT Hanna Instruments;

2. Познакомиться с устройством и принципом работы дистиллятора;

3. Провидите измерение электропроводности воды до и после дистилляции;

4. Опишите ход работы;

5. Оформите протокол результатов измерений;

6. Ответьте на контрольные вопросы.

Оборудование и реактивы

1. кондуктометр PWT Hanna Instruments;

2. дистиллятор;

3. бидистиллятор;

4. химические стаканы емкостью 150-200мл.

Теоретическая часть

Общие сведения

Электропроводность - это способность водного раствора проводить электрический ток, выраженная в числовой форме. Электропроводность природной воды зависит от степени минерализации (концентрации растворенных минеральных солей) и температуры. Поэтому по величине электрической проводимости воды можно судить о степени минерализации воды. Природная вода представляет собой раствор смесей сильных и слабых электролитов. Минеральная часть воды состоит из ионов натрия (Na+), калия (K+), кальция (Ca2+), хлора (Cl-), сульфата (SO42-), гидрокарбоната (HCO3-). Именно эти ионы и обуславливают электропроводность природных вод. Электропроводность зависит от: концентрации ионов, природы ионов, температуры раствора, вязкости раствора.

Чистая вода в результате ее собственной диссоциации имеет удельную электрическую проводимость при 25 С равную 5,483 мкСм/м.

Способы измерения электропроводности воды

Для определения величины электропроводности воды обычно применяют кондуктометрический метод.

Кондутометрия - (от англ. conductivity - электропроводность и греч. metreo - измеряю), электрохимический метод анализа растворов химических веществ и природных вод, основанный на измерении их электропроводности. Принципом кондуктометрического анализа является изменение химического состава среды или концентрации определённого вещества в межэлектронном пространстве. К достоинствам кондуктометрии относят: высокую чувствительность, достаточно высокую точность, простоту методик, доступность аппаратуры, возможность исследования окрашенных и мутных растворов, а также автоматизации анализа. Для измерения электропроводности водных растворов, расплавов, коллоидных систем используется специальный прибор – кондуктометр .

Области применения кондуктометрии

Кондуктометры применяются для контроля УЭП жидких сред в технологических процессах химических, нефтехимических производств, объектах энергетики (ТЭЦ, АЭС), где электрические свойства жидкостей характеризуют качество продукции.

Оценка качества дистиллированной воды по удельной электропроводности является хрестоматийной операцией. Дистиллированная вода должна обладать электропроводностью не более 10-6 сим (ом-1 ).

Описание кондуктометра PWT Hanna Instruments

Кондуктометр PWT Hanna Instruments - прибор, предназначенный для проведения экспресс-определния удельной электропроводности воды. Может быть использован как в лабораториях, так и в полевых условиях. Основные особенности прибора: ручная калибровка по одной точке, автоматическая термокомпенсация. Измерения электропроводности проводится с помощью кондуктометра ОК-102, позволяющего сразу определять величины удельной электропроводности в сименсах.

DIV_ADBLOCK169">

Подготовка дистиллированной воды

Дистилляция - разделение многокомпонентных жидких смесей на отличающиеся по составу фракции путем частичного испарения смеси и конденсации образующихся паров. Полученный таким образом конденсат обогащен низкокипящими компонентами, остаток жидкой смеси - высококипящими. Дистилляция позволяет получить более чистый, рафинированный и концентрированный продукт. Дистиллиро́ванная вода́ - очищенная вода от растворённых в ней минеральных солей, органических веществ, аммиака , двуокиси углерода и других примесей. Получают перегонкой в специальных аппаратах - дистилляторах.

Лабораторные работы" href="/text/category/laboratornie_raboti/" rel="bookmark">лабораторной работе для получения дистиллированной воды используется дистиллятор ДЭ-4 и бидистиллятор PURATOR-MONO.

Ход работы

Налейте воду из под крана в химический стакан емкостью 150-200 мл. Включите кондуктометр и помести его в исследуемый объем, результат измерений занести в протокол.

Налейте воду, полученную с помощью дистиллятора ДЭ-4 в химический стакан емкостью 150-200 мл. Включите кондуктометр и помести его в исследуемый объем, результат измерений занести в протокол. Повторите операцию с водой полученной с помощью бидистиллятора.

Протокол измерений

Контрольные вопросы

1. От чего зависит показатель электропроводности воды?

2. Какие методы определения удельной электропроводности воды Вам известны?

3. Какой прибор используется для определения удельной электропроводности воды?

5. Назовите область применения кондуктометрии.

6. Как получают дистиллированную воду?

Последнее обновление: 17.01.2017

Как самому измерить электрическое сопротивление воды

Как измерить сопротивление воды? Такой вопрос могут задавать себе люди в разных ситуациях. В этой статье пойдет речь о том, как это сделать в гаражно-домашних условиях.

Возможно, кому-то вопрос покажется банальным. Что, мол, такого - взял омметр, тестер (или мультиметр с функцией измерения сопротивления), засунул электроды в воду и (что-то там) измерил.

Кстати, по ГОСТ-6709-72 "Вода дистиллированная. Технические условия" удельная электропроводность дистиллированной воды составляет не более 5*10 -4 См/м = 5*10 -4 (Oм*м) -1 . Иногда ее измеряют в мкСм/см: 5 мкСм/см .

Надо сказать, что какие-то показания, без сомнения, омметр выдаст. Но вот будут ли они отражать фактическую величину сопротивления воды - это большой вопрос. Скорее всего, это будет просто ничего не значащая совокупность цифр на экране мультиметра (тестера).

Некоторые путают дистиллированную воду и химически чистую воду (дистиллят высокой степени чистоты). Так вот, это, вообще говоря, немного разные вещи . В самом деле, вспомним, как получают так называемую "дистиллированную воду"? Правильно - при помощи дистиллятора. Скажем, обычный бытовой дистиллятор попросту НЕСПОСОБЕН выдать химически чистую воду. Для получения последней необходимо дорогостоящее оборудование или специальные методы очистки. Иногда дистиллированную воду условно называют химически чистой.
"Обычная" дистиллированная вода является проводником электрического тока (правда, имеющим довольно высокое электрическое сопротивление). Тогда как химически чистая вода - это (впрочем, если судить по величине ее удельного электрического сопротивления, то ее следовало бы отнести, пожалуй, к полупроводникам). Если точнее, она тоже способна проводить электрический ток про причине наличия в ней ионов ОН - , а также H + (точнее, Н 3 O + - так называемые ионы гидроксония), так как ее молекулы, все-таки, способны диссоциировать. Но ее электрическое сопротивление будет более высоким по сравнению с сопротивлением "обычной" (например, полученной на бытовом дистилляторе, пусть и промышленного производства) дистиллированной воды. Ибо доля диссоциировавших молекул в химически чистой воде весьма мала, по крайней мере, при комнатной температуре. Поэтому российский ГОСТ-6709-72 "Вода дистиллированная. Технические условия" имеет отношение именно к "обычной" дистиллированной воде. А не химически чистой.

Зачем в домашних условиях может возникать потребность в измерении сопротивления воды?

Дело в том, что в настоящее время немало людей склонны заботиться о своем здоровье. Они стараются поменьше разговаривать по сотовым телефонам (а если и разговаривать, то уж, однозначно, ТОЛЬКО через hands-free, никаких там блютусов, если, конечно, разговор не представляет собой вопрос жизни и/или смерти, когда без вреда организму, в частности, мозгу и глазам, уж никак не обойтись - например, срочный звонок по 02, 03 и т.п. - когда рядом hands-free нет), держатся подальше от работающих СВЧ-печей, употребляют правильную (кошерную) еду, проживают в безопасных (необязательно комфортных, а, именно - безопасных) местах, занимаются спортом и т.д. Всевечные " " (а также просто… как бы это сказать) иной раз относятся с "юмором" (точнее, с глупостью, если выразиться более конкретно) к такому положению вещей. Однако, вне всякого сомнения, это - личное дело "оптимистов" (или же "пессимистов"). Мы же поведем разговор для тех, кто является сторонником здорового образа жизни (и только для них; болтуны разного калибра могут совершенно спокойно пропустить данный материал).

В частности, речь идет о чистой питьевой воде. Ведь не секрет, что за последние 20-30 лет питьевая вода во многих местах испорчена. К примеру, у нас в г. Уфе "вклад" в это дело (для южного водопровода города) дает небезызвестный завод "Кроношпан". И не у всех есть возможность возить воду из благоприятных мест.

А, может купить воду?...

Некоторые предпочитают покупать воду… Однако, где гарантия, что купленная вода в самом деле удовлетворяет напечатанному (на бумаге или полиэтиленовой пленке… а то и на заборе) "сертификату качества"? Нам, к примеру, встречалась в продаже в г. Уфе "дистиллированная" (судя по надписи на этикетке бутылки) вода, предназначенная для заливки в автомобильные аккумуляторы, имеющая сопротивление… в 4 с лишним(!!) раза меньше, чем регламентировано по ГОСТ.

Ну, Вы же отлично понимаете, ЧТО стало потом с теми аккумуляторами, владельцы которых залили в них такую воду (я-то ее просто вылил в канализацию)… И сколько потом в интернете на разных автомобильных форумах было вылито горестных (а то и злобных) слов о том, что, мол, какие в настоящее время аккумуляторы "некачественные" делают. Но, ладно, что там - аккумулятор. Ну, подумаешь, потихоньку вышел он из строя в результате заливки такой вот "дистиллированной" воды. Это не столь страшно: стоит заплатить 3…15 тыс. руб. (по ценам конца 2016 г.) и - новый аккумулятор у Вас в руках (если вести речь об обычном аккумуляторе легкового автомобиля). Это ерунда. А вот здоровье человека - гораздо важнее. Здоровье - это отнюдь не аккумулятор автомобиля, который, по сути, является обычной железкой.

Или купить дистиллятор?...

Поэтому, кое-что понимающие люди покупают себе дистилляторы. Да, для того, чтобы у себя дома производить питьевую воду для своей семьи. Причем, не те, что представляют собой бачок (стоящий на газовой плите) с трубочками и змеевиком… - это уже прошлый век. А - серьезные, фабричного изготовления, с электронным управлением, охлаждением и т.п. Например, имеется благополучный опыт приобретения и эксплуатации дистиллятора Durastil (кстати, хороший сайт; как метко замечает его автор, пока люди спорят о том, полезна или нет дистиллированная вода для питья, мало или много в ней кислорода и др., он попросту пьет ее уже много лет и чувствует себя отлично, чего и всем остальным желает от чистого сердца). Только не подумайте, пожалуйста, что мы здесь рекламируем бытовые дистилляторы. Нет, это не реклама.

Как измерить сопротивление воды

Так вот, если человек задается целью: пить только хорошую, чистую (дистиллированную) воду, сразу возникает вопрос: а как проконтролировать степень этой самой чистоты? Как убедиться, что вода действительно дистиллированная, а не, скажем, поддельная? Например, это можно сделать путем измерения электрического ее сопротивления. Конечно, в идеале необходим химический, а то и масс-спектрометрический анализ, но уж ладно. Ибо, чем выше электрическое сопротивление, тем меньше примесей содержится в воде.

Тут, конечно, можно пойти двумя путями. Первый - это приобрести фабричный измеритель сопротивления жидкостей . Который, кстати, может оказать неплохую услугу, если Вы покупаете (или производите) дистиллированную (или очищенную) воду постоянно, т.е. есть надобность в частых измерениях. Однако, во-первых, это - финансовые затраты. Во-вторых, лишнее место, которое будет занимать этот прибор, лежа где-нибудь на полке или в шкафу в квартире. В-третьих, этот прибор, как и любой другой, необходимо периодически поверять (чтобы быть уверенным, что он показывает реальное, фактическое сопротивление воды, а не несет всякую ахинею). Поверьте на слово, что разного рода «китайские» приборы даже в новом состоянии способны показывать весьма фантастические результаты измерений (в виде технического юмора). Не говоря уже о тех, что были в употреблении. Например, в интернете полно информации о том, как люди покупали эти "китайские" приборы для , что-то там измеряли и потом, после публикования результатов, являлись хорошим источником юмора для окружающих. Поэтому мы, честно говоря, относимся с серьезным предубеждением к таким приборам. Надежнее и точнее будет - изготовить свой, самодельный. По крайней мере, будете знать, ЧТО меряете и ЧЕМУ соответствуют результаты измерений.

Второй путь гораздо проще: можно измерить сопротивление воды, используя, буквально, подручные материалы и имеющийся, наверное, у каждого уважающего себя человека, прибор типа тестера или омметра (ну, конечно, арабским шейхам, Биллу Гейтсу там… такой прибор иметь необязательно… таким вполне достаточно жить во дворцах с массивными изумрудными колоннами, обрамленными золотом, пить самую чистую воду, какая есть на земле и т.д.; но речь не о них, а обо всех остальных). Правда, следует чуть-чуть понимать, что делаешь. Но - это очень несложно.

Немного теории об электрическом сопротивлении жидкости

Итак - как измерить сопротивление воды (равно как и любой другой жидкости)? Вначале - теория. Открываем, к примеру, учебник по общей физике (Сивухин Д.В. Электричество: Учебное пособие.-2-е изд., испр.-М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1983.-(общий курс физики).-688с.). И - любуемся формулой (46.5):

R - сопротивление проводящей среды,
- диэлектрическая проницаемость среды (воды),
- удельная электропроводность среды,
С - емкость электрода.
Индексы "1" и "2" относятся к первому и второму (измерительному) электродам соответственно.

Эта формула записана в гауссовой системе единиц (пожалеем некоторых читателей и не станем разъяснять, что это за система такая). Приведем ту же формулу, преобразованную в обычную, привычную систему СИ (стандартная система единиц - т.е. такая, которой пользуется подавляющее большинство людей… хотя, просьба к программистам: не перепутайте эту систему с языком программирования С):

8,854*10 -12 Ф/м - электрическая постоянная. Кое-кто именует эту постоянную диэлектрической проницаемостью вакуума.

Т.е. дело тут - в емкостях (и, соответственно, форме) электродов, при помощи которых будут проводиться измерения. Идеальный случай - это концентрические сферы; чуть хуже, но, тоже неплохо, - длинные коаксиальные цилиндры. Однако, в домашних условиях и те, и другие типы электродов изготовить затруднительно (ну, как минимум, хлопотно). Да и необязательно.

Самый простой вариант, который можно легко реализовать в домашних условиях - это два протяженных линейных электрода (попросту говоря - две относительно длинные тонкие проволоки), находящиеся на определенном расстоянии друг от друга.

Таким образом, зная емкости измерительных электродов и принимая, что среда около первого и второго электродов - одна и та же, а также тот факт, что электроды - одинаковые, можно определить электрическое сопротивление среды (в данном случае - жидкости - воды). При этом формула примет более простой вид:

С - емкость ДВУХ электродов (т.е. емкость конденсатора, образованного двумя одинаковыми электродами). Надеемся, читателям известно, что бывает емкость конденсатора (содержащего, как минимум, два электрода - обкладки), а бывает - емкость ОДНОГО, отдельно взятого, электрода. Это - разные вещи.

В случае, если электродами являются две одинаковых проволоки, емкость их можно записать в виде формулы (26.9) (преобразованной в систему СИ):

Ln - натуральный логарифм,
l - длина проволоки, погруженной в жидкость, м,
h - расстояние между проволоками, м,
а - радиус проволоки, м.

Данная формула верна при следующих условиях:

L >> h >> a

Дело в том, что при несоблюдении указанных условий будут оказывать весомое влияние краевые эффекты, которые исказят результаты расчетов и фактическая величина емкости С может (существенно) отличаться от рассчитанной. Кроме того, вышеприведенная формула выведена в предположении наличия бесконечной (по размерам) проводящей среды. Если же размеры последней (определяемые, к примеру, как габаритные размеры сосуда, в котором находится вода) конечны, тогда формула будет давать приближенное значение емкости С.

Подставляя эту формулу в выражение для сопротивления R, получим:

Как видим, диэлектрическая проницаемость среды сократилась; это означает, что электрическое сопротивление ее не зависит от диэлектрической проницаемости.

Перепишем последнюю формулу в более удобном для практического применения виде:

Что мы получаем? Если известна величина электрического сопротивления (в Омах), полученная в ходе измерений (омметром, тестером или т.п.) при помощи двух тонких, длинных, удаленных друг от друга электродов, погруженных в среду (воду), то по этой формуле можно определить ее электрическую проводимость. Как Вы уже, наверное, знаете, электрическое сопротивление жидкостей (воды, к примеру) выражается не в Омах, а в Ом*м. В отличие от линейно протяженных (проводов) металлов, полупроводников. Соответственно, электропроводность жидкости измеряется в (Ом*м) -1 .

Таким образом, эта формула дает нам весьма простой путь определения электропроводности воды с целью последующего сравнения ее с нормативным значением. Для этого необходимо лишь определиться с параметрами электродов и сосуда, в котором находится жидкость (вода). Так, мы оговорили, что должно быть

l >> h >> a

Т.е. длина электродов должна быть много больше, чем расстояние между ними; а последнее, в свою очередь, много больше радиуса каждого из электродов. В нашей практике, к примеру, были использованы такие параметры:

L=10 cм
h=1…2 см
а=0,1 см.

Можно, разумеется, использовать и более адекватные значения.

Размеры сосуда, в котором находится тестируемая жидкость, должна быть по крайней мере, не менее, чем указанные выше значения. Конечно, чем больше они, тем точнее будут результаты измерений. В нашей практике удовлетворительные результаты получались, применяя обычную стеклянную банку емкостью 0,7 л.

Внимание: банка должна быть очень тщательно вымыта, если речь идет об измерении электрического сопротивления дистиллированной воды !! Мыть, соответственно, необходимо той жидкостью, сопротивление которой собираетесь измерять, т.е. чистой, дистиллированной водой, упаси бог, без всяких моющих средств. В противоположном случае есть вероятность, что оставшиеся на стенках банки адсорбированные примеси выйдут в раствор и Вы измерите сопротивление не дистиллированной воды, а, грубо говоря, рассола, в состав которого будут входить моющие вещества.

Теперь - о материале электродов. Дело в том, что если Вы возьмете электроды из обычной медной, железной (или, упаси бог, алюминиевой) проволоки, есть гарантия, что в течение очень небольшого времени их электрический потенциал изменится (в результате электрохимических процессов) и, соответственно, измеряемое при помощи омметра сопротивление будет, мягко говоря, несоответствующим. Поэтому, конечно, в идеале необходимы платиновые или платинированные электроды. Но - где же их взять? И тогда - в чем смысл подобных домашних "затей"? Ведь проще купить готовый прибор, чем доставать платинированные электроды. Но, к счастью, не все так сложно.

Если нет платинированных, подойдут и позолоченные. На худой конец, вполне подойдут и никелированные, хромированные, нержавеющие (например, соответствующие вязальные спицы диаметром 1…2,5 мм). Если нету рядом хромированных (никелированных) вязальных спиц, на совсем уж худой конец можно купить пару нержавеющих сварочных электродов диаметром 2…2,5…3 мм. Полностью очистить их от флюса, слегка отшлифовать крупной, затем мелкой шкуркой. Или же воспользоваться нержавеющей проволокой малого диаметра. Надеемся, читатели знают, как пользоваться штангенциркулем и смогут определить диаметр проволоки, вязальной спицы и т.д. А также смогут определить их длину - ту, которая будет погружена в жидкость (воду) в процессе измерений.

Таким образом, вроде бы, об измерениях все ясно. Достаем где-нибудь чистую(!) стеклянную банку 0,7 л (а лучше - 1…2…3 л), достаем также два куска соответствующей проволоки малого диаметра. Затем наливаем в банку тестируемую воду. Погружаем туда эти два куска проволоки (электроды) на одинаковую глубину, располагая их на достаточном расстоянии друг от друга (не менее, чем 4...5 радиусов проволоки). Это расстояние должно быть точно известно, поэтому целесообразно вначале скрепить электроды чем-нибудь неэлектропроводным (например, продев их в две тонкие пластмассовые пластины). Затем подключаем к электродам тестер (омметр) и измеряем, считываем его показания (в Ом). После этого, путем пересчета, определяем величину электропроводности воды, выражаемую в (Ом*м) -1 .

Что говорит ГОСТ

Теперь остается - лишь сравнить с ГОСТом и убедиться, насколько чистой (качественно дистиллированной) является тестируемая вода. Чтобы не быть голословными, посмотрим, что регламентирует нам ГОСТ 6709-72 "Вода дистиллированная. Технические условия". Так, в п. "1. Технические требования" можно прочесть: Удельная электрическая проводимость при 20 °С: не более 5*10 -4 См/м. Мы с Вами отлично знаем, что 1 См (Сименс) = 1/Ом. Т.е. удельная электропроводность дистиллированной воды должна быть 5*10 -4 (Ом*м) -1 .

Кстати, нам было бы интересно узнать, насколько близко значение к данному параметру ГОСТ у дистиллированной воды , производимой дистилляторами (Durastil, а также иными, в том числе и домашними бытовыми фильтрами). А как насчет "самогонных аппаратов"? Если кто проводил измерения, пожалуйста, сообщите нам о результатах.

Что на практике

Наша же практика показывает следующее. Электропроводность так называемой "дистиллированной" воды для аккумуляторов автомобилей (производство - г. Уфа) составила 24,5*10 -4 (Ом*м) -1 , т.е. почти в 4 с лишним раза выше норматива. Кстати, на вкус такая водичка давала впечатление колодезной, но никак не дистиллированной. Если кто пробовал, тот в курсе: у дистиллированной воды своеобразный горьковатый вкус. Тогда как вода из хорошего колодца выглядит на вкус как "мягкая". Вероятно, такая «дистиллированная» вода была получена на некачественном, отработавшем свое, фильтре.

Электропроводность воды, полученной путем осмотического фильтрования (использовался бытовой фильтр, проработавший 3 года в квартире из двух человек) составила 18,7*10 -4 (Ом*м) -1 . К сожалению, марка фильтра неизвестна. Но, в любом случае, это - фильтр, относящийся к категории популярных.

Вода, полученная путем домашнего цикла "замораживание - размораживание" (об этом будет, возможно, отдельный разговор) показала электропроводность величиной 9,3*10 -4 (Ом*м) -1 . Т.е. это значение электропроводности очень близко к соответствующему параметру ГОСТ. Электропроводность водопроводной воды составила 125,3*10 -4 (Ом*м) -1 . Это означает, что в домашних условиях путем замораживания - размораживания воды можно приготовить вполне чистую воду, пригодную как для питьевых целей, так и для технических, например, для тех же аккумуляторов. Кроме того, это означает, что озвученная выше методика является вполне пригодной для экспресс-диагностики электропроводности воды.