ĆWICZENIE NR 6 OZNACZANIE WSKAŹNIKA STABILNOŚCI I TERMOSTABILNOŚCI WODY

Transkrypt

1 ĆWCENE NR 6 ONACANE WSKAŹNKA STABLNOŚC TERMOSTABLNOŚC WODY 1. WPROWADENE 1.1. STABLNOŚĆ, KOROYJNOŚĆ AGRESYWNOŚĆ WODY. Sabilność, korozyjność i agreywność wody o wkaźniki ważne przy ocenie przydaności wody do celów przeyłowych, jak i również przy dyrybucji wody do picia i porzeb gopodarczych. Nizczące działanie wody prowadza ię do agreywnego wpływu na beon, oraz korozyjnego oddziaływania na eale, głównie żelazo i al. Agreywność w ounku do beonu polega przede wzyki na reakcjach zachodzących iędzy zw. agreywny dwulenkie węgla oraz węglane wapnia i węglane agnezu, w rezulacie kórych naępuje związanie CO 2 i uworzenie rozpuzczalnych wodorowęglanów, naruzających rukurę i właności echaniczne aakowanego worzywa. Korozyjne działanie na eale obejuje złożone procey elekrocheiczne. Żaden ze kładników wody nie pozoaje obojęny w ounku do ealu i oże przypiezać lub opóźniać jego korozję. O zybkości korozji decyduje wzajeny ounek zawarych w wodzie kładników ochronnych i korozyjnych. Agreywności wody nie należy uożaiać z jej korozyjnością. Wody agreywne ą zawze korozyjne, ale wody nie agreywne nie uzą być nie korozyjne (ają kłonność do wyrącania oadów CaCO, ale oad en nie ui anowić warw ochronnych na powierzchni ealowych). wiązane o je z fake, że na worzenie warw ochronnych wywierają iony wpływ zaware w wodzie inne kładniki, a przede wzyki len oraz jony chlorkowe i iarczanowe. W Polce przeprowadza ię wępną jakościową ocenę korozyjnego działania zinych wód oowanych do picia i porzeb gopodarczych na przewody z żeliwa, ali zwykłej lub ocynkowanej według nory PN-72/C Nora a określa dopuzczalne wielkości paraerów wody, przy kórych jej właności korozyjne ą inialne. Dla oceny właności korozyjnych wody podaje ię akie paraery jak: indek naycenia, zawarość agreywnego dwulenku węgla, zaadowość ogólną wody, wardość wapniową właściwą przewodność elekryczną, cheiczne zaporzebowanie lenu, zawarość lenu rozpuzczonego, zawarość iarczanów, chlorków, azoanów, jonów aonowych, iedzi oraz iarkowodoru. 1

2 1.2. OCENA WŁASNOŚC AGRESYWNYCH KOROYJNYCH WODY. Do oceny właności agreywnych i korozyjnych wód wykorzyuje ię głównie indeky określające an równowagi węglanowo-wapniowej badanej wody. Sabilność wody określa indek Langeliera L gdzie: ph warość odczynu badanej próbki ph L ph n ph n - warość odczynu wody, jaką powinna ona ieć, aby była w anie naycenia (równowagi węglanowej): gdzie: 2 Ca HCO ph n log L log K2 log log L iloczyn rozpuzczalności węglanu wapniowego CaCO, K 2 druga ała dyocjacji kwau węglowego, Ca 2 - wardość wapniowa wody [g CaCO / /l], HCO - zaadowość ogólna wody, w przypadku o ph < 8,; (dla innych warości ph parz abela ) [g CaCO / /l]. W prakyce korzya ię z uprozczonej eody określenia warości poniżzy wzore: gdzie: ph n 9. A B C D A - warość określona na podawie wyznaczonej uchej pozoałości B - warość określona na podawie eperaury C - warość określona na podawie oznaczonej zawarości wapnia D - warość określona na podawie oznaczonej zaadowości ogólnej Warości A, B, C i D dobiera ię z goowych abel. W przypadku, gdy ph n, zgodnie z 0 - woda je nienaycona w ounku do CaCO i a właności agreywne L (zawiera agreywny CO 2 ), 0 woda je abilna, zn. nie a charakeru agreywnego, ale również i L kłonności do wywarzania ochronnych warw CaCO, 0 woda a kłonności do wywarzania oadów CaCO je nieagreywna. L 2

3 Tendencje wody do worzenia warw ochronnych ożna określić również przy poocy indeku Ryznera R, kóry opiany je wzore: oznaczenia podobnie jak wyżej. R 2 ph n ph Charakeryykę wody według indeku Ryznera przedawia Tabela 1. W zaadzie ylko wody o indekie Ryznera abilne. R w granicach od 6.25 do 6.75 ożna uznać za w pełni Tabela 1. Klayfikacja wody w zależności od indeku Ryznera R. Warość R Właności wody < 5 Silna endencja do wyrącania oadu węglanu wapniowego CaCO 5-6 Słaba endencja do wyrącania oadu węglanu wapniowego CaCO 6-7 Woda nie worzy oadów CaCO 7-7,5 Woda o wyraźnej agreywności > 7,5 Woda o znacznej agreywności W celu wierdzenia, czy w badanej wodzie inieje równowaga węglanowa ouje ię oznaczanie wkaźnika abilności i eroabilności wody. Sabilność wody je włanością wody określającą an równowagi węglanowej ej wody. Oznacza o, że woda nie rozpuzcza i nie wyrąca oadu węglanu wapniowego. Teroabilność wody je naoia włanością wody określającą jej an równowagi po podgrzaniu do danej eperaury. Wkaźnik abilności wody je o ounek zaadowość ogólna badanej wody do zaadowości ogólna wody po wrząaniu jej z węglane wapniowy j. Wkaźnik eroabilności wody (dla określonej eperaury) je ounek zaadowości ogólnej badanej wody przed podgrzanie jej i wrząanie z węglane wapniowy do zaadowości ogólnej wody po ogrzaniu jej do odpowiedniej eperaury, wrząaniu z węglane wapniowy i oziębieniu do eperaury pokojowej j.

4 Woda je abilna, gdy wkaźnik abilności 1. W przypadku, gdy 1 w badanej 1 wodzie będzie wyrącał ię węglan wapniowy, a gdy 1 woda będzie rozpuzczać węglan wapniowy, czyli będzie agreywna w ounku do beonu. Analogicznie woda je eroabilna, gdy wkaźnik eroabilności 1, gdy 1 w danej eperaurze w wodzie będzie wyrącał ię węglan wapniowy, naoia gdy 1 woda w danej eperaurze będzie agreywna w ounku do beonu. Wkaźnik abilności oznacza ię dla różnych rodzajów wód nauralnych i uzdanionych. Wkaźnik eroabilności oznacza ię dla wody urowej, obiegowej z zaknięych układów chłodniczych, przeznaczonych do chłodzenia urządzeń pracujących w podwyżzonej eperaurze oraz wody przeznaczonej do urządzeń grzewczych, z wyjąkie wody zdeineralizowanej. Dwulenek węgla wyępujący w wodzie w duży opniu odpowiedzialny je za abilność wody oraz jej korozyjność. Gazowy dwulenek węgla rozpuzczony w wodzie nazywany wolny dwulenkie węgla, ylko w niewielki opniu reaguje z wodą worząc zdyocjowany kwa węglowy. Suaryczna zawarość wolnego dwulenku węgla oraz związanego dwulenku węgla anowi ogólny dwulenek węgla. wiązany dwulenek węgla znajduje ię w wodzie pod poacią 2- wodorowęglanów HCO i węglanów CO. Poać, w jakiej dwulenek węgla wyępuje w wodach nauralnych zależy od ich odczynu. lurują o dane zaiezczone w Tabeli 2. Tabela 2. Wyępowanie różnych for dwulenku węgla w zależności od ph wody. Poać dwulenku Odczyn rozworu [ph] węgla , Wolny 99,5 95,4 67,7 17, 2,0 1,0 0,2 - - Wodorowęglanowy 0,5 4,6 2, 82,7 97,4 97,8 94,1 62,5 14, węglanowy ,6 1,2 5,7 7,5 85,7 Prakycznie ożna przyjąć, ze przy ph < 4 dwulenek węgla w wodzie wyępuje całkowicie w poaci gazowej, a przy wzroście ph > 8, zanika wolny CO 2 i pojawia ię CO 2 związany w poaci wodorowęglanowej i węglanowej. 4

5 Schea układu dwulenku węgla, kóry oże inieć w wodach nauralnych przedawiono na ry1. CO 2 ogólny CO 2 wolny CO 2 związany CO 2 agreywny CO 2 przynależny węglany wodorowęglany Ry.1 Fory wyępowania dwulenku węgla. Część wolnego dwulenku węgla, kóra niezbędna je do urzyania w rozworze rozpuzczonego wodorowęglanu wapniowego w yśl równania: Ca( HCO) 2 CaCO H2O CO nazywa ię dwulenkie węgla równowagi węglanowo - wapniowej lub po prou przynależny dwulenkie węgla. W iarę zwiękzania ię w wodzie ężenia wodorowęglanów (wardości węglanowej) ilość niezbędnego dwulenku węgla przynależnego znacznie wzraa. Część wolnego dwulenku węgla, kóra anowi nadiar w ounku do dwulenku węgla przynależnego nazywa ię agreywny dwulenkie węgla i en dwulenek węgla wykazuje agreywne działanie w ounku do beonu i eali. Duża zawarość dwulenku węgla w wodach nauralnych je niepożądana ze względu na powodowanie korozji urządzeń ealowych i beonowych. higienicznego punku widzenia dwulenek węgla nie a więkzego znaczenia w ocenie wód podzienych, naoia jeżeli chodzi o wody powierzchniowe, daje niekiedy pewne wkazówki, co do opnia zanieczyzczenia wody ubancjai organicznyi oraz proceów w niej zachodzących. drugiej rony rzeba obie zdawać prawę, że uunięcie wolnego, ale przynależnego CO 2 powodować będzie wyrącanie CaCO. aadowość wody je o zdolność wody do zobojęnienia kwaów ineralnych. Właściwość ę nadają wodzie obecne w niej wodorowęglany, węglany, wodorolenki oraz 2 5

6 wyępujące w niewielkich ilościach krzeiany, borany i foforany. Oznaczenie zaadowości polega na iareczkowaniu próbki wody ilny kwae wobec wkaźników lub poługując ię pehaere. Jeśli woda a wyokie ph (10-11), co rzadko a iejce w wodach nauralnych, oznacza o, że w układzie obecne ą jony wodorolenowe, a reakcja ich z dodawany do wody kwae przebiega zgodnie z równanie: H OH H2O Miareczkując kwae wodę zawierającą węglany obok wodorowęglanów do ph 8, (końcowy punk dla iareczkowania wobec fenolofaleiny) orzyuje ię warość zw. zaadowości fenolofaleinowej ( ), przy czy zobojęnianie przebiega zgodnie z równanie: f H 2 CO HCO Miareczkowanie do ph 4, ( wobec oranżu eylowego jako wkaźnika ) kukuje naępującyi reakcjai: 2 2H CO H CO H HCO 2 H 2CO i daje warość zw. zaadowości ogólnej oznaczane wobec oranżu eylowego ( ). Na podawie ak przeprowadzonego iareczkowania ożna obliczyć zawarość jonów 2 OH,CO i HCO w wodzie w oparciu o naępujące rozuowanie: - jeżeli zaadowość wobec oranżu eylowego ( ) równa je zaadowości wobec fenolofaleiny ( ), o zaadowość powodowana je jonai f OH ; - jeżeli zaadowość wobec fenolofaleiny ( f ) równa je połowie zaadowości wobec oranżu eylowego ( ), o zaadowość wody worzą jony 2 CO ; - jeżeli zaadowość wobec fenolofaleiny ( f ) je równa zero, w wodzie doinują jony HCO. Wzajene relacje iędzy jonai worzącyi zaadowość wody przedawiono w ablicy. Tabela. ależność wpółinienia jonów wodorolenowych, wodorowęglanowych i węglanowych w wodzie o ph < 9,0 w zależności od jej zaadowości. 6

7 Wyniki oznaczeń aadowość [ol/l] zaadowości OH 2 CO HCO f = f < 0 f 2 f 2 f = f > 2 f ( f ) 0 f = 0 0 Kwaowość wody je o zdolność wody do zobojęniania ilnej zaady. W wodach nauralnych a właność wynika z obecności w wodzie łabych kwaów, akich jak H CO, 2 HCO, a akże ilnych kwaów oranżu eylowego) naępuje reakcja: H. Przy iareczkowaniu zaadą do ph ok. 4, (wobec OH H H2O Przy iareczkowaniu do ph = 8, (wobec fenolofaleiny) zachodzą reakcje: OH H H2O OH H2CO HCO H2O Jeżeli w wodzie nie wyępują ilne kway o kwaowość wody je w przybliżeniu odpowiednikie zawarości wolnego dwulenku węgla. 2. CEL ĆWCENA Cele ćwiczenia je oznaczenie wkaźnika abilności dwóch badanych wód oraz wkaźnika ich eroabilności dla eperaury 60 o C.. AKRES MATERAŁU WYMAGANY PRED PRYSTĄPENEM DO WYKONYWANA ĆWCENA. Wykonujący ćwiczenie powinien uieć określić paraery wody, kóre wpływają na jej abilność i eroabilność. Konieczna je również znajoość procedury analiycznej pozwalającej wyznaczyć zaadowość ogólną. W uzykaniu niezbędnych wiadoości oże dopoóc naępująca lieraura: J. Nawrocki, S. Biłozor, Uzdanianie Wody, Procey cheiczne i biologiczne, PWN, Warzawa-Poznań A. L. Kowal, M. Świderka-Bróż, Oczyzczanie wody, PWN, Warzawa-Wrocław W. Heranowicz, J. Dojlido, W. Dożańka, B. Koziorowki, J. erbe, Fizyczno-cheiczne 7

8 badanie wody i ścieków, Arkady, Przydany w y ćwiczeniu je również opi doyczący ćwiczenia nr 1 "Sabilizacja wody". 4. SPRĘT ODCYNNK Aparaura i przyrządy. a) eroy o pojeności c b) wrząarka laboraoryjna c) anowiko do iareczkowania Odczynniki. a) kwa olny 0,1n b) oranż eylowy c) arurek CaCO 5. SPOSÓB WYKONANA ĆWCENA W próbce badanej wody oznaczyć zaadowość wody, iareczkując próbkę 100 l wody 0,1n rozwore kwau olnego wobec oranżu eylowego do ziany barwy na żółoróżową. aadowość ogólną wody obliczyć zgodnie ze wzore: a 100 [ol/l] V Gdzie: a - ilość 0,1M HCl użya do iareczkowania próbki wody, l V - objęość próbki wody użyej do oznaczenia, l. badanej wody odlać do zlewki bez napowierzania próbkę wody objęości ok. 1000l i naępnie powoli ogrzać wodę do eperaury 60 o C, iezając zawarość zlewki pręcikie zklany, aby uzykać równoierne podgrzanie całej ay wody. Teperaurę wody konrolować eroere, kórego zbiorniczek ręci uiezczony je ok. 0,5 c poniżej poziou wody. Naępnie do jednego z eroów wlać bez napowierzania próbkę wody objęości 500l, a do drugiego próbkę 500l wody uprzednio podgrzanej do ep. 60 o C. Do każdego z eroów dodać 5g arurku, eroy zczelnie zaknąć i wrząnąć na wrząarce przez jedną godzinę. Po y czaie eroy pozoawić w pokoju przez 15 in, naępnie oworzyć naczynia i przeączyć ich zawarość przez wardy ączek. Pierwzą porcję ok. 20 l odrzucić, przeącz wody podgrzanej zybko ochłodzić do ep. pokojowej, a naępnie 8

9 w obu przeączach oznaczyć zaadowość wody iareczkując 100l próbki wobec oranżu eylowego jako wkaźnika. Wkaźnik abilności badanej wody obliczyć wg. wzoru: w kóry: zaadowość ogólna badanej wody przed wrząanie z węglane wapniowy, [ol/l]. zaadowość ogólna wody po wrząaniu jej z węglane wapniowy, [ol/l]. Wkaźnik eroabilności wody dla eperaury 60 o C obliczyć wg wzoru: w kóry: zaadowość ogólna badanej wody przed podgrzanie jej i wrząanie z węglane wapniowy, [ol/l]. zaadowość ogólna wody po jej podgrzaniu i wrząaniu z węglane wapniowy, a naępnie oudzeniu, [ol/l]. 6. OPRACOWANE WYNKÓW Na podawie uzykanych wyników dla i określić, w kórej wodzie je zachowany an równowagi węglanowej, a więc kóra woda je bardziej abilna w eperaurze pokojowej i po podgrzaniu do eperaury 60 o C. 9