ĆWICZENIE BILANS JONOWY NATURALNYCH WÓD MINERALNYCH



Podobne dokumenty
Instrukcja do ćwiczeń laboratoryjnych

OZNACZANIE WŁAŚCIWOŚCI BUFOROWYCH WÓD

OBLICZANIE WYNIKÓW ANALIZ I

BADANIE WŁAŚCIWOŚCI FIZYKOCHEMICZNYCH WODY

Obliczanie stężeń roztworów

Inżynieria Środowiska S1. Chemia zajęcia laboratoryjne. Badanie fizykochemiczne wody

Pracownia analizy ilościowej dla studentów II roku Chemii specjalność Chemia podstawowa i stosowana Wyznaczanie parametrów kolektywnych układu

Obliczanie stężeń roztworów

OZNACZANIE TWARDOŚCI WODY SPOSOBEM WARTHA - PFEIFERA

ĆWICZENIE 4. Oczyszczanie ścieków ze związków fosforu

Związki nieorganiczne

Imię i nazwisko studenta:...

PODSTAWY STECHIOMETRII

Precypitometria przykłady zadań

Spis treści. Wstęp. Twardość wody

II. ODŻELAZIANIE LITERATURA. Zakres wiadomości obowiązujących do zaliczenia przed przystąpieniem do wykonania. ćwiczenia:

Chemia nieorganiczna Zadanie Poziom: podstawowy

VI. ZMIĘKCZANIE WODY METODĄ JONOWYMIENNĄ

Ćwiczenia nr 2: Stężenia

TWARDOŚĆ WODY. Ca(HCO 3 ) HCl = CaCl 2 + 2H 2 O + 2CO 2. Mg(HCO 3 ) 2 + 2HCl = MgCl 2 + 2H 2 O + 2CO 2

ĆWICZENIE 2 WSPÓŁOZNACZANIE WODOROTLENKU I WĘGLANÓW METODĄ WARDERA. DZIAŁ: Alkacymetria

CHEMIA ŚRODKÓW BIOAKTYWNYCH I KOSMETYKÓW PRACOWNIA CHEMII ANALITYCZNEJ. Ćwiczenie 5

ANEKS 5 Ocena poprawności analiz próbek wody

ĆWICZENIA LABORATORYJNE WYKRYWANIE WYBRANYCH ANIONÓW I KATIONÓW.

Chemia środowiska laboratorium. Ćwiczenie laboratoryjne: Korozyjność i agresywność wód modyfikacja wykonania i opracowania wyników

Zadania i struktura WSSE. Twardość wody a zdrowie człowieka

X Konkurs Chemii Nieorganicznej i Ogólnej rok szkolny 2011/12

STĘŻENIE JONÓW WODOROWYCH. DYSOCJACJA JONOWA. REAKTYWNOŚĆ METALI

INŻYNIERIA PROCESÓW CHEMICZNYCH

SZCZEGŁOWY OPIS PRZEDMIOTU ZAMÓWIENIA NATURALNA WODA MINERALNA BUTELKOWANA GAZOWANA (0,5 L)

XIV Konkurs Chemiczny dla uczniów gimnazjum województwa świętokrzyskiego. II Etap - 18 stycznia 2016

WYKAZ METOD STOSOWANYCH W LABORATORIUM WODY I ŚCIEKÓW ZWIK SKAWINA

ZMIĘKCZANIE WODY NA KATIONICIE SODOWYM.

Ćwiczenie. Oznaczanie podstawowych parametrów fizykochemicznych różnych rodzajów wód naturalnych.

CHEMIA ŚRODKÓW BIOAKTYWNYCH I KOSMETYKÓW PRACOWNIA CHEMII ANALITYCZNEJ. Ćwiczenie 8. Argentometryczne oznaczanie chlorków metodą Fajansa

a) Sole kwasu chlorowodorowego (solnego) to... b) Sole kwasu siarkowego (VI) to... c) Sole kwasu azotowego (V) to... d) Sole kwasu węglowego to...

PRZYKŁADOWE ROZWIĄZANIA ZADAŃ

CHLOROWANIE WODY DO PUNKTU PRZEŁAMANIA

Małopolski Konkurs Chemiczny dla Gimnazjalistów

Opracowały: Pod kierunkiem

HYDROLIZA SOLI. ROZTWORY BUFOROWE

Ministerstwo Zdrowia

Pracownia analizy ilościowej dla studentów II roku Chemii specjalność Chemia podstawowa i stosowana. Argentometryczne oznaczanie chlorków w mydłach

Nazwy pierwiastków: ...

Opracowanie składu pożywek nawozowych w oparciu o jakość wody

Wykaz badań prowadzonych przez laboratorium - woda

CHEMIA ŚRODKÓW BIOAKTYWNYCH I KOSMETYKÓW PRACOWNIA CHEMII ANALITYCZNEJ. Ćwiczenie 9

Międzyszkolny konkurs chemiczny KWAS Etap I szkolny

Arkusz zadań dla I roku Inżynierii Procesowej i Ochrony Środowiska Chemia II (semestr II)

g % ,3%

PODSTAWOWE POJĘCIA I PRAWA CHEMICZNE

WOJEWÓDZKI KONKURS PRZEDMIOTOWY Z CHEMII DLA UCZNIÓW GIMNAZJÓW - rok szkolny 2011/2012 eliminacje rejonowe

Obliczenia chemiczne. Zakład Chemii Medycznej Pomorski Uniwersytet Medyczny

ROZPORZĄDZENIE MINISTRA ZDROWIA 1)

Główne zagadnienia: - mol, stechiometria reakcji, pisanie równań reakcji w sposób jonowy - stężenia, przygotowywanie roztworów - ph - reakcje redoks

ROZPORZĄDZENIE MINISTRA ZDROWIA. z dnia 29 kwietnia 2004 r. w sprawie naturalnych wód mineralnych, naturalnych wód źródlanych i wód stołowych

ROZPORZĄDZENIE MINISTRA ZDROWIA 1) z dnia 31 marca 2011 r. w sprawie naturalnych wód mineralnych, wód źródlanych i wód stołowych 2)

KLASYFIKACJA JAKOŚCI WÓD PODZIEMNYCH W SIECI KRAJOWEJ W 2005 ROKU

Wyrażanie stężeń. Materiały pomocnicze do zajęć wspomagających z chemii. opracował: dr Błażej Gierczyk Wydział Chemii UAM

Część I. TEST WYBORU 18 punktów

ROZPORZĄDZENIE MINISTRA ŚRODOWISKA 1)

Konkurs przedmiotowy z chemii dla uczniów dotychczasowych gimnazjów 24 stycznia 2018 r. zawody II stopnia (rejonowe)

ĆWICZENIE 3. I. Analiza miareczkowa mocnych i słabych elektrolitów

CHEMIA ŚRODKÓW BIOAKTYWNYCH I KOSMETYKÓW PRACOWNIA CHEMII ANALITYCZNEJ. Ćwiczenie 7

Analiza ilościowa. Kompleksometria Opracowanie: mgr inż. Przemysław Krawczyk

Wodorotlenki. n to liczba grup wodorotlenowych w cząsteczce wodorotlenku (równa wartościowości M)

POLITECHNIKA POZNAŃSKA ZAKŁAD CHEMII FIZYCZNEJ ĆWICZENIA PRACOWNI CHEMII FIZYCZNEJ

PRACOWNIA ANALIZY ILOŚCIOWEJ. Analiza substancji biologicznie aktywnej w preparacie farmaceutycznym kwas acetylosalicylowy

2.4. ZADANIA STECHIOMETRIA. 1. Ile moli stanowi:

Dysocjacja elektrolityczna, przewodność elektryczna roztworów

WOJEWÓDZKI KONKURS CHEMICZNY

Piotr Chojnacki 1. Cel: Celem ćwiczenia jest wykrycie jonu Cl -- za pomocą reakcji charakterystycznych.

Badania laboratoryjne składu chemicznego wód podziemnych

W-wa, 03.III.2011r 1. Woda udostępniana systemem wodociągów lub ze studni przeznaczona do różnych celów. gospodarcze).

Wody mineralne i lecznicze Polski, wody jako źródło energii. Akademia Górniczo-Hutnicza Katedra Hydrogeologii i Geologii InŜynierskiej

1. Stechiometria 1.1. Obliczenia składu substancji na podstawie wzoru

INSPEKCJA OCHRONY ŚRODOWISKA KATALOG WYBRANYCH FIZYCZNYCH I CHEMICZNYCH WSKAŹNIKÓW ZANIECZYSZCZEŃ WÓD PODZIEMNYCH I METOD ICH OZNACZANIA

Spis treści. Wstęp... 9

2. Podczas spalania 2 objętości pewnego gazu z 4 objętościami H 2 otrzymano 1 objętość N 2 i 4 objętości H 2O. Jaki gaz uległ spalaniu?

HYDROLIZA SOLI. 1. Hydroliza soli mocnej zasady i słabego kwasu. Przykładem jest octan sodu, dla którego reakcja hydrolizy przebiega następująco:

Czy kranówka może godnie zastąpić wodę butelkowaną?

KOMPLEKSOMETRIA OZNACZANIE WŁAŚCIWOŚCI WODY

Oznaczanie SO 2 w powietrzu atmosferycznym

I edycja. Instrukcja dla uczestnika. II etap Konkursu

Konkurs przedmiotowy z chemii dla uczniów gimnazjów 13 stycznia 2017 r. zawody II stopnia (rejonowe)

6. ph i ELEKTROLITY. 6. ph i elektrolity

Jak obliczyć skład pożywki w oparciu o analizę wody - zalecenia

Przeliczanie zadań, jednostek, rozcieńczanie roztworów, zaokrąglanie wyników.

Kod ucznia Liczba punktów A X B C X

Pieczątka szkoły Kod ucznia Liczba punktów

RÓWNOWAŻNIKI W REAKCJACH UTLENIAJĄCO- REDUKCYJNYCH

RÓWNOWAGI W ROZTWORACH ELEKTROLITÓW.

SEMINARIUM Z ZADAŃ ALKACYMETRIA

DEZYNFEKCJA WODY CHLOROWANIE DO PUNKTU

Zapisz równanie zachodzącej reakcji. Wskaż pierwiastki, związki chemiczne, substraty i produkty reakcji.

STAłA I STOPIEŃ DYSOCJACJI; ph MIX ZADAŃ Czytaj uważnie polecenia. Powodzenia!

ĆWICZENIE WPŁYW STĘŻENIA TLENU ROZPUSZCZONEGO W WODZIE NA SPECJACJĘ I STĘŻENIE ŻELAZA I MANGANU

ĆWICZENIE 7 WSPÓŁOZNACZANIE WAPNIA I MAGNEZU I OBLICZANIE TWARDOŚCI WODY. DZIAŁ: Kompleksometria

WOJEWÓDZKI KONKURS PRZEDMIOTOWY Z CHEMII DLA UCZNIÓW GIMNAZJÓW - rok szkolny 2016/2017 eliminacje rejonowe

10. ALKACYMETRIA. 10. Alkacymetria

Transkrypt:

ĆWICZENIE BILANS JONOWY NATURALNYCH WÓD MINERALNYCH 1. WPROWADZENIE Pojęcie wody mineralnej po raz pierwszy zdefiniowano w roku 1911 na Międzynarodowym Kongresie Balneologicznym w Nauheim w Niemczech i postanowiono, że za wody mineralne będzie się uważać te wody, które mają co najmniej w jednym litrze 1000 mg składników mineralnych. Wody podziemne dzieli się na grupy wymienione w Tabeli 1. Tabela 1. Klasyfikacja wód podziemnych według zawartości składników mineralnych. Wody słodkie o mineralizacji poniżej 1000 mg/l Ultrasłodkie poniżej 100 mg/l Słodkie 100 500 mg/l Akratopegi 500 1000 mg/l Wody mineralne o mineralizacji powyżej 1000 mg/l Słabo zmineralizowane 1 3 g/l Słonawe 3 10 g/l Słone 10 35 g/l Solanki powyżej 35 g/l (do 400 g/l) Wydajność źródeł i skład chemiczny wód mineralnych zależy od głębokości i rodzaju podłoża geologicznego, warunków atmosferycznych i ukształtowania terenu. Składniki chemiczne zawarte w skałach są wypłukiwane przez wodę i powodują jej nasycanie minerałami. Zawartość dwutlenku węgla, który ma w wodzie właściwości słabego kwasu, sprzyja rozpuszczaniu niektórych składników skał. Zatem w wodach mineralnych mogą występować wszystkie pierwiastki występujące w przyrodzie. W zależności od ich właściwości i powszechności występowania klasyfikuje się je na kilka grup: pierwiastki główne, czyli makroelementy (wodór, tlen, węgiel, sód, siarka, magnez, potas, wapń, chlor, brom, mangan, jod, żelazo), pierwiastki rzadkie czyli mikroelementy (bor, lit, cynk, miedź, fosfor, arsen, kobalt, chrom, srebro, ołów, bar, nikiel), pierwiastki promieniotwórcze (radon, rad, uran, tor), pierwiastki śladowe (złoto, rtęć, rubid). Najczęściej stosowane w przemyśle wód butelkowanych są naturalne wody podziemne o pożądanych właściwościach biologiczno-chemicznych, wydobywane na powierzchnię z podziemnego odwiertu przy pomocy ujęć zaopatrzonych w odpowiedni zespół urządzeń służących do eksploatacji i zabezpieczenia przed zanieczyszczeniem. W Polsce wody 1

przeznaczone do picia, sprzedawane w opakowaniu jako wody naturalne, powinny spełniać wymagania Rozporządzenia Ministra Zdrowia z dnia 29 kwietnia 2004 roku. Zgodnie z tym Rozporządzeniem rozróżnia się wśród wód naturalnych wody mineralne, wody źródlane i wody stołowe, które definiowane są w następujący sposób: naturalna woda mineralna- woda pochodząca z udokumentowanych zasobów wody podziemnej, wydobywana jednym lub kilkoma otworami naturalnymi lub wierconymi, pierwotnie czysta pod względem chemicznym i mikrobiologicznym, charakteryzująca się stabilnym składem mineralnym oraz właściwościami mającymi znaczenie fizjologiczne, powodujące korzystne oddziaływanie na zdrowie ludzi, naturalna woda źródlana - woda pochodzącą z udokumentowanych zasobów podziemnych, wydobywana jednym lub kilkoma otworami naturalnymi lub wierconymi, pierwotnie czysta pod względem chemicznym i mikrobiologicznym, nieróżniąca się właściwościami i składem mineralnym od wody przeznaczonej do spożycia przez ludzi, określonej w przepisach o zbiorowym zaopatrzeniu w wodę; woda stołowa - woda otrzymana po dodaniu do wody źródlanej, naturalnej wody mineralnej lub soli mineralnych, zawierających jeden lub więcej składników mających znaczenie fizjologiczne, jak: sód, magnez, wapń, chlorki, siarczany, wodorowęglany. Zgodnie z omawianym Rozporządzeniem przy znakowaniu wód naturalnych producent ma obowiązek umieszczać informacje na etykietach butelek według kryteriów opisanych w Tabeli 2. Tabela 2. Kryteria stosowane przy znakowaniu naturalnych wód mineralnych. Oznaczenia Bardzo niskozmineralizowana Niskozmineralizowana Średniozmineralizowana Wysokozmineralizowana Zawiera wodorowęglany Kryteria Ogólna zawartość soli mineralnych nie jest większa od 50 mg/l Ogólna zawartość soli mineralnych nie jest większa od 500 mg/l Ogólna zawartość soli mineralnych nie jest większa od 1.500 mg/l Ogólna zawartość soli mineralnych jest większa od 1.500 mg/l Zawartość wodorowęglanów jest wyższa od 600 mg/l 2

Zawiera siarczany Zawiera chlorki Zawiera wapń Zawiera magnez Zawiera fluorki Zawiera żelazo Kwaśna Zawiera sód Odpowiednia dla przygotowania żywności dla niemowląt Odpowiednia dla diety ubogiej w sód Może być przeczyszczająca Może działać moczopędnie Zawartość siarczanów jest wyższa od 200 mg/l Zawartość chlorków jest wyższa od 200 mg/l Zawartość wapnia jest wyższa od 150 mg/l Zawartość magnezu jest wyższa od 50 mg/l Zawartość fluorków jest wyższa od 1 mg/l Zawartość żelaza dwuwartościowego jest wyższa od 1 mg/l Zawartość dwutlenku węgla jest wyższa od 250 mg/l Zawartość sodu jest wyższa od 200 mg/l Zawartość sodu lub siarczanów nie jest większa od 20 mg/l Zawartość sodu jest niższa od 20 mg/l Dla wód ocenionych klinicznie Dla wód ocenionych klinicznie Dopuszczalne odchylenia od deklarowanej przez producenta na etykiecie stężenia poszczególnych składników mogą wynosić nie więcej niż ± 20%. Związki wapnia znajdujące się w wodach naturalnych mają na ogół największy udział w zawartości soli mineralnych w przeliczeniu na kationy. Jest to spowodowane obfitością związków wapnia w przyrodzie, gdzie ten pierwiastek zajmuje piąte miejsce pod względem ilości. Związki wapnia występujące w postaci kamienia wapiennego, dolomitów i gipsu, ulegają rozpuszczaniu w warstwach wodonośnych i glebie, przechodząc do wody najczęściej w postaci wodorowęglanów i siarczanów. Związki magnezu występują prawie zawsze w naturalnych wodach powierzchniowych i podziemnych. Zawartość magnezu w wodach jest zależna od warunków geologicznych warstw wodonośnych oraz zlewni rzek. Stężenie związków magnezu jest na ogół mniejsze niż stężenie związków wapnia (średnio stosunek 1:4) i przeciętnie nie przekracza stężenia 100 mg/l. Podobnie jak związki wapnia, związki magnezu występujące w wodzie powodują twardość wody. Chlorki stanowią jeden z anionów najczęściej występujących w wodach naturalnych, mogą pochodzić z gleby oraz z pokładów naturalnych soli. Ich zawartość może się wahać od śladowych ilości do kilkuset mg/l. Słony smak wody wywoływany przez chlorki jest zmienny i zależy od składu wody, jest łatwo wykrywalny wraz z obecnością jonu sodowego, natomiast może nie być wyczuwalny w wodach zawierających nawet 1000 mg/l chlorków, 3

gdy przeważają jony wapnia i magnezu. Wysokie stężenie chlorków zwiększa korozyjność wody i wpływa ujemnie na rośliny. Zasadowość jest wskaźnikiem jakości wód, informującym o zawartości jonów wodorowęglanowych, węglanowych i wodorotlenowych. W wodach naturalnych obecne są przeważnie wodorowęglany i węglany wapnia, magnezu, żelaza i manganu, rzadziej wodorowęglany i węglany sodu i potasu. Obecność jonów wodorotlenowych cechuje wody silnie alkaliczne. W Polsce jest kilkaset rodzajów wód butelkowanych, ale tylko około trzydzieści z nich należy do wód mineralnych o zawartości w jednym litrze ponad 1000 mg składników mineralnych. Pozostałe to wody średniozmineralizowane o różnej mineralizacji i wody źródlane, które praktycznie nie posiadają znaczącej ilości składników mineralnych. W produkcji naturalnych wód mineralnych dozwolone jest stosowanie następujących procesów technologicznych: proces filtracji, poprzedzony ewentualnie dodatkowo napowietrzaniem i sedymentacją osadów (do usuwania składników nietrwałych takich jak np. związki żelaza, manganu, siarki); proces napowietrzania przy pomocy powietrza wzbogaconego w ozon (do usuwania np. związków żelaza, manganu, siarki, arsenu), przy czym stężenie pozostałego w wodzie ozonu rozpuszczonego nie może być wyższe od 50 µg/l; proces częściowego lub całkowitego usuwania z wody dwutlenku węgla, przy czym nie dopuszcza się odgazowywania wody podziemnej, która została zakwalifikowana, jako naturalna woda mineralna wyłącznie ze względu na naturalną zawartość CO 2 ; proces nasycania wody dwutlenkiem węgla. Wprowadzono również zakaz stosowania jakichkolwiek środków bakteriostatycznych i jakichkolwiek zabiegów, które mogłyby zmienić naturalną mikroflorę wody mineralnej. A zatem nie dopuszczalne jest stosowanie przy produkcji wód mineralnych chemicznych środków dezynfekujących, zalecanych w przypadku uzdatniania wód wodociągowych, jak np. chlor, dwutlenek chloru, chloraminy czy ozon. Nie wolno również stosować takich technologii, jak np. nanofiltracji, czy fotochemicznych procesów z wykorzystaniem 4

promieniowania UV, które również wpływają na zmianę mikroflory. Zakłada się, że wody naturalne mają zachowywać swoje charakterystyczne dla danego źródła cechy, w tym uwzględniać nie tylko właściwości fizyko-chemiczne, ale również mikrobiologiczne. Każde ujęcie wody zawiera charakterystyczne dla siebie drobnoustroje autochtoniczne. Bilans jonowy Stężenie substancji rozpuszczonych w próbce wody jest na ogół przedstawiane w różnych jednostkach. W Tabeli 3 wymieniono kilka najczęściej używanych jednostek w hydrochemii: Tabela 3. Stężenie substancji w różnych jednostkach l.p. jednostka stężenia opis 1 mg/l miligramy na litr próbki 2 ppm części na milion=mg/kg próbki 3 ppb części na miliard=µg/kg próbki 4 mmol/l milimol na litr próbki 5 mval/l miligramorównoważnik na litr 6 N normalność=gramorównoważnik na litr W obliczeniach hydrochemicznych powszechnie przyjęto wyrażać zawartości jonów w formie równoważnikowej, a więc w miligramorównoważnikach (mval/l). Substancje chemiczne i jony reagują ze sobą nie w równych proporcjach wagowych, lecz w proporcjach równoważnikowych zależnych od masy atomowej lub jonowej i od wartościowości. Oprócz bilansu w miligramorównoważnikach oblicza się także udział procentowy poszczególnych anionów i kationów (%mval), co umożliwia klasyfikację wód. Poniżej podano dwa przykłady przeliczenia stężenia jonów wyrażonych w mg/l na zawartość równoważnikową jonu wyrażoną w jednostce mval/l. Zawartość równoważnikową oblicza się dzieląc stężenie analityczne wyrażone w mg/l przez masę molową jonu i mnożąc przez jego wartościowość. Przykład 1 Podać zawartość równoważnikową jonu Ca +2, którego stężenie w wodzie naturalnej wynosi 101.0 mg/l. Obliczenia: 5

+ 2 101.0 rca = 2 = 5.040 mval/l 40.078 40.078 masa molowa jonu (można odczytać z dowolnych tablic chemicznych) 2 - wartościowość Przykład 2 Podać zawartość równoważnikową jonu SO -2 4, którego stężenie w wodzie naturalnej wynosi 57.500 mg/l. Obliczenia: 96.00 masa molowa jonu 2 - wartościowość 2 57.5 rso 4 = 2 = 1.198 mval/l 96.00 W dobrze wykonanej analizie suma kationów wyrażona w formie równoważnikowej powinna być równa sumie anionów wyrażonej w tej samej formie, a więc powinna zachodzić poniższa zależność: rk = ra Najczęściej jednak zdarza się, że między tymi sumami występują różnice. Oceny poprawności wykonanej analizy chemicznej wody można dokonać na podstawie wielkości błędu obliczonego przez porównanie zawartości anionów i kationów wyrażonej w mval/l: = rk ra B 100% rk + ra B wielkość błędu, % rk - suma zawartości kationów, mval/l ra - suma zawartości anionów, mval/l W Tabeli 4 przedstawiono dopuszczalny błąd analizy w zależności od sumy jonów (wg PN- 89/C 04638/02) 6

Tabela 4. Dopuszczalny błąd analizy wody naturalnej w zależności od sumy jonów Suma jonów w wodzie [mval/l] Dopuszczalny błąd analizy [%] powyżej 15 2 5-15 2-5 3 5 5-10 W Tabeli 5 przedstawiono przykład bilansu jonowego wykonanego dla typowej wody naturalnej ze źródła z utworów czwartorzędowych. Tabela 5. Bilans jonowy typowej wody naturalnej z utworów czwartorzędowych Polski Składnik mg/l mval/l %mval K + Na + Mg +2 Ca +2 Fe +2 2.5 21.0 19.7 101.0 3.25 0.064 0.913 1.621 5.040 0.116 0.825 11.775 20.905 64.999 1.496 Razem kationy 7.754 100.000 Cl - -2 SO 4 - HCO 3 37.8 57.5 334.0 1.066 1.197 5.475 13.776 15.469 70.755 Razem aniony 7.738 100.000 2. CEL ĆWICZENIA Celem ćwiczenia jest oznaczenie zawartości wybranych jonów w naturalnych wodach mineralnych, porównanie z wartościami umieszczonymi na etykiecie butelki, podanymi przez producenta oraz sprawdzenia dla nich bilansu jonów i obliczenie wielkości błędu. 3. ZAKRES MATERIAŁU WYMAGANY PRZED PRZYSTĄPIENIEM DO WYKONYWANIA ĆWICZENIA. Wykonujący ćwiczenie powinien wykazać się znajomością procedury analitycznej pozwalającej wyznaczyć zawartość wybranych jonów w badanych próbkach wody oraz sporządzić dla nich bilans jonowy. Niezbędna jest umiejętność przeliczania stężeń w różnych jednostkach. W uzyskaniu niezbędnych wiadomości może dopomóc następująca literatura: J. Nawrocki, S. Biłozor, Uzdatnianie Wody, Procesy chemiczne i biologiczne, PWN, Warszawa-Poznań 2000. 7

A. L. Kowal, M. Świderska-Bróż, Oczyszczanie wody, PWN, Warszawa-Wrocław 1996. W. Hermanowicz, J. Dojlido, W. Dożańska, B. Koziorowski, J. Zerbe, Fizyczno-chemiczne badanie wody i ścieków, Arkady, 1999. H. Elbanowska, J. Zerbe, J. Siepak, Fizyczno chemiczne badania wód, Wydawnictwo Naukowe UAM, Poznań, 1999. 4. SPRZĘT I ODCZYNNIKI Studenci przynoszą ze sobą: trzy niegazowane wody mineralne butelkowane (butelki o pojemności 1.5L), z podaną na etykiecie zawartością co najmniej czterech kationów i czterech anionów, układ okresowy pierwiastków, kalkulatory. Aparatura i przyrządy. kolby stożkowe 300 ml, stanowisko do miareczkowania Odczynniki. Do oznaczenia wapnia: 0.02 mol/l roztwór wersenianu disodowego (sól disodowa kwasu etylenodiaminotetraoctowego EDTA) kalces: sól sodowa kwasu 2-hydroksy-1(2-hydroksy-4sulfo-1-naftylazo)3- naftoesowego). roztwór alakalizujący KOH: w zlewce 500 ml rozpuścić w 300mL wody 120 g wodorotlenku potasu, po ostudzeniu roztwór uzupełnić do 500 ml i wymieszać. Przechowywać w szczelnie zamkniętej butelce. Do oznaczenia sumarycznej zawartości jonów wapnia i magnezu: Czerń eriochromowa T Chlorowodorek hydroksylaminy (NH 2 OH. HCl) 1% 0.02 mol/l roztwór wersenianu disodowego roztwór buforowy o ph=10 (chlorek amonowy w wodzie amoniakalnej) Do oznaczenia jonów chlorkowych: 8

azotan (V) srebra AgNO 3, w kolbie pomiarowej o pojemności 1 L rozpuścić w wodzie 2.395 g azotanu(v) srebra, uzupełnić do kreski i wymieszać, 1 ml tak przygotowanego roztworu odpowiada około 0.5 mg chlorków chromian (VI) potasu [K 2 CrO 4 ] roztwór 10% Do oznaczenia zawartości jonów wodorowęglanowych: kwas solny HCl 0.1m wskaźniki: fenoloftaleina i oranż metylowy 5. SPOSÓB WYKONANIA ĆWICZENIA Dla kilku wybranych wód mineralnych studenci wykonują analizę chemiczną czterech jonów: wapniowego (Ca +2 ); magnezowego (Mg +2 ); chlorkowego Cl - oraz wodorowęglanowego HCO 3 -. 5.1. Oznaczenie jonu wapniowego Ca +2 Metoda wersenianowa Jony wapnia w roztworze wodnym o ph około 12.5 tworzą z kalcesem związek kompleksowy o kolorze czerwonym. Przy miareczkowaniu, po związaniu wszystkich jonów wapnia przez wersenian disodowy, wskaźnik zostaje uwolniony i barwa roztworu zmienia się na niebieską. Do kolby stożkowej odmierzyć 100 ml próbki, następnie dodać 3 ml roztworu alkalizującego i 0.1 g kalcesu. Próbkę miareczkować roztworem wersenianu disodowym do zmiany barwy z czerwonej na niebieską. Zawartość wapnia w mmol Ca/L obliczyć wg wzoru: c V c V = 1 1 c 1 zawartość wapnia w badanej próbce [mmol/l] V 1 objętość wersenianu disodowego zużytego do miareczkowania [ml] V 0 objętość badanej próbki [ml] c w stężenie wersenianu disodowego w mmol/l o w 9

5.2. Oznaczenie jonu magnezowego Mg +2 Metoda polega na oznaczeniu sumarycznej zawartości wapnia i magnezu oraz wapnia metodą miareczkowania kompleksometrycznego. Z różnicy wyników tych oznaczeń oblicza się zawartość magnezu. Wykonać oznaczenie zawartości wapnia wg metody podanej w punkcie 5.1. Oznaczenie sumarycznej zawartości wapnia i magnezu wykonać w sposób opisany poniżej. Do kolby stożkowej odmierzyć 100 ml badanej wody. Dodać 5 ml roztworu buforowego, a następnie jeśli potrzeba dodać 1 ml roztworu chlorowodorku hydroksylaminy (eliminuje przeszkadzający wpływ Cu, Fe i Al.) oraz 0.1 g czerni eriochromowej T. Próbkę miareczkować wersenianem disodowym energicznie mieszając aż do zmiany zabarwienia z czerwonego na niebieskie. Sumaryczną zawartość wapnia i magnezu w wodzie c 2 obliczyć ze wzoru: c V c V = 2 2 c 2 sumaryczna zawartość wapnia i magnezu w badanej próbce [mmol/l] V 2 objętość wersenianu disodowego zużytego do miareczkowania [ml] V 0 objętość badanej próbki [ml] c w - stężenie wersenianu disodowego w mmol/l o w Zawartość magnezu c 3 w badanej wodzie obliczyć wg wzoru: c = 3 c2 c1 c 1 zawartość wapnia w badanej próbce [mmol/l] c 2 sumaryczna zawartość wapnia i magnezu w badanej próbce [mmol/l] c 3 zawartość magnezu [mmol/l], (przeliczenie na mg/l c 3 x24.3) 5.3. Oznaczenie jonu chlorkowego Cl - Oznaczenie polega na miareczkowaniu chlorków za pomocą roztworu azotanu (V) srebra wobec chromianu (VI) potasu w środowisku o ph od 6.5 do 10. Jony srebra strącają najpierw biały osad chlorku srebra, a po całkowitym strąceniu jonów chlorkowych zaczyna strącać się 10

brunatny chromian (VI) srebra. Zmiana zabarwienia świadczy o całkowitym zmiareczkowaniu jonów chlorkowych. Do kolby stożkowej odmierzyć 50 ml badanej próbki. Sprawdzić ph wody i w razie potrzeby odpowiednio skorygować (przy pomocy kwasu siarkowego(vi) lub wodorotlenku sodu). Dodać 0.5 ml roztworu chromianu(vi)potasu i miareczkować roztworem azotanu(v) srebra do zmiany zabarwienia z żółtomlecznego na żółtobrunatne. Zawartość chlorków w próbce wody obliczyć w mg/l wg wzoru: c 4 = V1 c 4 stężenie chlorków [mg/l] V 1 objętość roztworu azotanu(v) srebra zużyta do miareczkowania próbki [ml] 10 współczynnik przeliczeniowy na litr wody, uwzględniając objętość próbki 50 ml. 10-5.4. Oznaczenie jonu wodorowęglanowego HCO 3 Zasadowość oznacza się przez miareczkowanie próbki roztworem silnego kwasu mineralnego do kolejnych punktów równoważnikowych, odpowiadających zobojętnieniu jonów wodorotlenowych i przeprowadzeniu węglanów w wodorowęglany, a następnie przejściu ich w kwas węglowy. Jako punkty równoważnikowe przyjmuje się wartości ph wynoszące 8.3 i 4.5 określane potencjometrycznie lub za pomocą wskaźników: fenoloftaleiny i oranżu metylowego. Miareczkując kwasem wodę zawierającą węglany obok wodorowęglanów do ph 8,3 (końcowy punkt dla miareczkowania wobec fenoloftaleiny) otrzymuje się wartość tzw. zasadowości fenoloftaleinowej ( równaniem: Z f ), przy czym zobojętnianie przebiega zgodnie z H + 2 + CO 3 HCO3 Miareczkowanie do ph 4,5 ( wobec oranżu metylowego jako wskaźnika) przebiega następująco: 2 3 + 2H + CO H CO H + + HCO 2 3 3 H 2CO3 i daje wartość tzw. zasadowości ogólnej oznaczane wobec oranżu metylowego ( ). Z m 11

Na podstawie tak przeprowadzonego miareczkowania można obliczyć zawartość jonów 2 OH,CO 3 i HCO 3 w wodzie w oparciu o następujące rozumowanie: - jeżeli zasadowość wobec oranżu metylowego ( ) równa jest zasadowości wobec fenoloftaleiny ( ), to zasadowość powodowana jest jonami OH ; Z f - jeżeli zasadowość wobec fenoloftaleiny ( ) równa jest połowie zasadowości wobec 2 oranżu metylowego ( Z m ), to zasadowość wody tworzą jony CO 3 ; - jeżeli zasadowość wobec fenoloftaleiny ( ) jest równa zero, w wodzie dominują jony HCO 3. Wzajemne relacje między jonami tworzącymi zasadowość wody przedstawiono w Tabeli 6. Z f Z f Z m Tabela 6. Zależność współistnienia jonów wodorotlenowych, wodorowęglanowych i węglanowych w wodzie o ph < 9,0 w zależności od jej zasadowości. Wyniki oznaczeń zasadowości OH Zasadowość [mmol/l] 2 CO 3 Z f = 0 0 0 Z m HCO 3 2Z f < Z m 0 Z f Z m 2Z f 2Z f = Z m 0 Z m 0 2Z f > Z m 2Z f Z m ( Z m Z f ) 0 Z f = Z m Z m 0 0 Do kolby stożkowej odmierzyć 100 ml badanej wody, dodać 3 krople fenoloftaleiny i mieszając, miareczkować roztworem kwasu chlorowodorowego do zaniku różowego zabarwienia, zapisać objętość zużytego HCl. Następnie dodać 3 krople oranżu metylowego i dalej miareczkować do zmiany zabarwienia na żółtoróżowe. Zasadowość wody wobec fenoloftaleiny Z f obliczyć zgodnie ze wzorem: Z f a 100 1 = V Z f - zasadowość wobec fenoloftaleiny [mval/l] a 1 - ilość 0,1M HCl użyta do miareczkowania próbki wody [ml] V 0 - objętość próbki wody użytej do oznaczenia [ml]. 0 12

Zasadowość wody wobec oranżu metylowego Z m obliczyć zgodnie ze wzorem: Z m a 100 2 = V Z m - zasadowość wobec oranżu metylowego [mval/l] a 2 - ilość 0,1M HCl użyta do miareczkowania próbki wody [ml] V 0 - objętość próbki wody użytej do oznaczenia [ml]. 0 6. OPRACOWANIE WYNIKÓW Na podstawie uzyskanych wyników określić bilans jonowy badanych próbek wody. Porównać stężenie jonów zawartych w wodach mineralnych podany przez producenta z wynikami własnymi. Obliczyć błąd analizy. Zwrócić uwagę na odpowiedni zapis jednostek. 13