Воздействие кислорода и водорода на характеристики воды
Воздействие кислорода и водорода на характеристики воды Часть 1. Измерение ОВП
Трудности с измерениями окислительно-восстановительных потенциалов (ОВП) в аква смесях есть уже издавна. В последние несколько десятилетий они стали появляться при измерениях ОВП в питьевой, технической воде и в воде бассейнов. В особенности массовый нрав измерения заполучили после открытия получения и использования электролизной активированной воды. В большинстве случаев ОВП в воде определяют при помощи платиновых электродов относительно вспомогательного хлорсеребряного электрода. Определяют разность потенциалов меж этими электродами при помощи высокооомного милливольтметра.
Потому перед тем как приступить к особенностям измерения ОВП при помощи таких электродов полезно разглядеть состав воды на примере просто дистиллированной воды. Не будем пока учесть воздействие катионных редокс-пар, минерализации, наличия примесей и т.д. В таковой воде не считая обыденных молекул Н2О может находиться целый ряд составляющих – растворенные молекулярные и атомарные кислород и водород, ОН-, Н+, Н3О-, О3- и т.д.
Основными газами, растворенными в воде являются (как и в атмосфере) — кислород, водород, углекислый газ и азот. Более просто растворимым является СО2, относительная растворимость углекислого газа приблизительно в 70 раз выше растворимости кислорода и в 150 раз выше растворимости азота. На рис.1 приведены кривые зависимости растворимости кислорода, водорода и азота в мл в 100 г воды от температуры. Если растворимость кислорода при кипячении падает практически в 5 раз по сопоставлению с водой при нуле, то растворимость водорода изменяется наименее чем вдвое.
Зависимость растворимости кислорода в мг/л от температуры из других данных показана на рисунке 2.
Видно, что в весовом отношении разница меж водой при 0оС и 100оС составляет практически 15 раз.
Кстати, это и есть одно из объяснений-почему чай лучше заваривается в кипяточке. Чай в данном случае меньше окисляется, потому что в кипяточке не достаточно растворенного кислорода. Отсюда следует очередное увлекательное наблюдение. Если кипяточек стремительно охладить, то выходит вода с отрицательным ОВП.
Т. е. это один из самых обычных методов получения малокислородной воды. Мы это проверили на опыте. Чем резвее удается охладить воду, тем паче отрицательным выходит значение ОВП.
Этот способ обескислороживания воды обширно применяется для обработки воды в трубопроводах остывания термических и атомных станций (это но отдельная увлекательная тема).
Перейдем конкретно к измерениям ОВП в воде при помощи платинового электрода. Согласно классику нашей электрохимии А.Н.Фрумкину, растворенный в воде кислород, адсорбируясь на платине, образует соединения различной степени прочности – различные кристаллические продукты окисления. Так при анодном окислении электрода образуются поверхностные кислородные соединения типа PtO2, действующие позже как окислители. Найдено, что при всем этом может быть «подползание» кислорода под наружный слой атомов в решетке платины.
При потенциометрических измерениях в воде при помощи платиновых электродов нужно учесть более 4-х групп реакций, протекание которых может быть в воде и на электроде:
1) Окислительно-восстановительную, протекающую в воде
2) Электродную, т.е. реакцию взаимодействия окислительно-восстановительной системы в воде с материалом электрода
3) Побочную электродную реакцию, т.е. реакцию взаимодействия электрода с примесями, мешающими измерению (в большинстве случаев с кислородом)
Найдено, что огромное значении при измерениях при помощи платиновых электродов играют величина площади электродов, «гладкость» поверхности, обработка электрода перед измерениями, также структура металла.
Чем больше площадь электрода, выше чистота обработки, использованы особые способы удаления окисных слоев, тем электрод более чувствителен к изменению содержания кислорода в воде и имеет более отрицательную величину потенциала.
Так, к примеру, мы взяли партию в 100 шт платиновых лабораторных электродов типа ЭПЛ-02, изготовливаемых на Гомельском ЗИП (Беларусь), и провели измерения в воде с разным содержанием кислорода. Платина у этих электродов представляет шарик поперечником приблизительно 1мм, вплавленный в стекло. Разброс потенциалов у таких электродов на уровне воды, имеющей потенциал минус 200 мВ, составлял 150 мВ. Во время просмотра поверхности платины под микроскопом видно, что поверхность неровная, изрытая ямками, которые появились при обработке платины в газовой горелке.
Еще наилучшая воспроизводимость выходит, если брать платину в виде отполированной проволоки поперечником более 1,5 мм и длиной 2-3 мм либо в виде диска поперечником 1 см электроды компании «ЮМО» (Германия).
Дополнительно к качеству поверхности платины и её площади принципиальное значение имеет обработка электрода в неких восстановительных смесях.
Мы проанализировали «качество» платиновых электродов у портативных ОВПметров обычно китайского производства. К огорчению, из-за экономии платины ( цена платины на данный момент составляет практически 2000 руб/г) все электроды не отвечают вышеназванным требованиям для получении довольно достоверных и воспроизводимых результатов.
Подводя итоги, можно в большой мере утверждать, что при отсутствии в воде редокс-систем типа Fe2+/Fe3+ потенциал платинового электрода (ОВП) почти во всем определяется количеством растворенного кислорода.
В последующей части мы разглядим имеющиеся способы и приборы для конфигурации содержания кислорода в воде.
Санкт-Петербург. О.С.Е.
Контакты с создателем — ose240@mail.ru.