Ćwiczenia z Geochemii Ogólnej
PROJEKT 2

Wykonali:

Łukasz Kielar
Damian Krupa

248081
254492

Gr. 3DIŚ3
Gr. 3DIŚ3

2

Ćwiczenie 1.

Dostałeś w spadku działkę budowlaną w okolicach Polkowic. Teren jest częściowo uzbrojony – jest
kanalizacja, ale wodę musisz mieć swoją. Zamawiasz studnię wierconą, która kosztuje Cię dość sporo bo
zwierciadło wód gruntowych okazało się tam głęboko. Podobno, jak twierdzi sąsiad, „to przez te kopalnie
pod nami”. Z przerażeniem myślisz, że Twoja woda może pochodzić z poziomu piaskowców
kruszconośnych bogatych w pirotyn. Zanim wyślesz próbkę do analizy na żelazo postanawiasz policzyć ile
żelaza byłoby w wodzie, gdyby była ona w równowadze z pirotynem.

a)

Czy pirotyn jest trwałym minerałem w reakcji rozpuszczania?

↔

+

Przyjmujemy temperaturę (T)=25

o

C oraz ciśnienie (p)=1 atm.

δG

o

[cal/mol]

δG

o

[J/mol]

δH

o

[cal/mol]

δH

o

[J/mol]

Pirotyn FeS

-24000

-100414,21

-23900

-99995,82

Fe

2+

-18850

-78866,99

-21300

-89117,61

S

2+

19253,52

80555,29

7887,23

32999,58

[J/mol*K]

[cal/mol*K]

R (stała gazowa)

8,314

1,987

Przelicznik jednostek

[J]

[cal]

1

0,23901

4,184

1

Wartość energii swobodnej (G

o

)

∆

= ∆

ó

− ∆

ó

= ∆

!

+ ∆

"

# − ∆

! "

∆

= 102102,51 [J mol

⁄

]

Reakcja ma tendencję do samorzutnego zachodzenia w lewo, co oznacza że pirotyn (FeS) w
warunkach normalnych jest minerałem trwałym.

b)

Oblicz stałą równowagi K

eq

(równa w tym wypadku stałej rozpuszczalności K

sp

) w temperaturze wody

ze studni po ogrzaniu do temperatury pokojowej równej 25

o

C.

[

o

C]

[K]

T

25

298,15

0

1

= 2

∆3

45

[−]

0

1

= 2

678678,96

:,;6<∗8>:,69

[−]

0

1

= 1,29 ∗ 10

6:

= 10

6@,:>

[−]

3

c)

Czy w temperaturze pokojowej w warunkach normalnych nastąpi wytrącanie galeny z wody
studziennej, w której stężenia jonów wynoszą odpowiednio:

[mol/dm

3

]

[Fe

2+

]

10

-7

[S

2-

]

10

-6,5

AB =

BCD

0

"E

[−]

Gdzie: SI – wskaźnik nasycenia roztworu,

IAP – iloczyn jonowy obliczany na podstawie aktywności substancji biorących udział w reakcji,
K

SP

– stała równowagi reakcji dla danych warunków.

AB =

[Fe

2+

][S

2−

]

0

"E

AB =

10

−7

∗ 10

−6,5

10

6@,:>

AB = 24,55 ∗ 10

;

= 10

<,;>

[−]

Wskaźnik nasycenia roztworu jest większy od 1, co mówi nam o tym, że roztwór jest nasycony i
nastąpi wytrącanie pirotynu z wody studziennej.

4

Ćwiczenie 2.

Na podstawie otrzymanych wyników analiz chemicznych dwóch próbek wód:

•

przedstaw wyniki analizy w mmol/dm

3

,

•

oblicz błąd analizy na podstawie bilansu ładunków,

•

oblicz twardość [mval/dm

3

] oraz nazwij wodę z uwagi na twardość ogólną,

•

przedstaw wyniki graficznie na diagramie Pipera.

Ponadto:

•

Wodę powierzchniową zaklasyfikuj do odpowiedniej klasy czystości oraz sprawdź czy jej skład
chemiczny pozwala na wykorzystanie do celów pitnych (Rozporządzenie Ministra Zdrowia z
29.03.2007 r. i 20.04.2010 r.). Jeśli nie, to jakie składniki/parametry o tym decydują?

•

Sprawdź, czy skład chemiczny wody „mineralnej” pozwala na nazwanie jej wodą mineralną, a jeśli
tak, to uzupełnij jej nazwę.

1)

Woda nr 1

Składnik

Masa molowa Ładunek

mg/dm

3

mmol/dm

3

mval/dm

3

Klasa

Ca

2+

40,08

2

62,00

1,547

3,094

II

Mg

2+

24,31

2

13,80

0,568

1,135

I

Na

+

22,99

1

14,70

0,639

0,639

-

K

+

39,10

1

2,40

0,061

0,061

-

HCO

3

-

61,02

1

259,60

4,254

4,254

-

SO

4

2-

96,07

2

24,50

0,255

0,510

I

Cl

-

35,45

1

2,80

0,079

0,079

I

PO

4

3-

94,97

3

0,40

0,004

0,013

III

NO

3

-

62,01

1

8,01

0,129

0,129

II

NH

4

+

18,05

1

0,67

0,037

0,037

II

Li

+

6,94

1

0,01

0,001

0,001

-

Fe

2+

55,85

2

0,15

0,003

0,005

II

Mn

2+

54,94

2

0,038

0,001

0,001

I

Sr

2+

87,62

2

0,60

0,007

0,014

-

ChZT-Cr

-

-

4,24

-

-

I

BZT

5

-

-

1,70

-

-

I

Bilans jonowy:

[mval/dm

3

]

∑K

4,989

∑A

4,985

suma

9,974

Gdzie: ∑K – suma kationów,

∑A – suma anionów.

5

Błąd analizy (x):

L =

∑K − ∑A

∑K + ∑A

∗ 100 [%]

L =

4,989 − 4,985

4,989 + 4,985

∗ 100

L = 0,04 %

Dopuszczalny błąd względny dla analizy wody powierzchniowej nr 1 mieści się w granicach błędu.
Analiza została wykonana poprawnie.

Twardość wody (mval/dm

3

):

Kation

Mnożnik mval/dm

3

Twardość [

o

N]

Ca

2+

0,04990

3,094

8,663

Mg

2+

0,08224

1,135

3,178

Sr

2+

0,02282

0,014

0,038

Fe

2+

0,03581

0,005

0,015

Mn

2+

0,07281

0,003

0,008

suma

4,251

11,902

Interpretując wyniki na twardość dla próbki wody powierzchniowej nr 1 można stwierdzić, że woda
należy do średnio twardych.

Obliczenia do diagramu Pipera
Ca

2+

3,094

62,76

Mg

2+

1,135

23,03

Na

+

0,639

14,21

K

+

0,061

SO

4

2-

0,510

10,53

HCO

3

-

4,254

87,84

Cl

-

0,079

1,63

Analizowana przez nas woda tylko w jednym przypadku przekracza określone
rozporządzeniami wartości dopuszczalne. Mianowicie NH

4

+

nieznacznie odbiega od przyjętej

wartości (0,5 mg/L). Może to świadczyć o świeżym zanieczyszczeniu miejscowym, np.
nielegalne odprowadzenie gnojowicy do rzeki. Woda powinna być przeanalizowana ponownie
za jakiś czas. W tym momencie woda nie odpowiada normom. Wartości ChZT-Cr i BZT

5

są w

normach co oznacza, że jest bardzo niewiele mikroorganizmów obecnych w wodzie. Z uwagi
na poziom fosforanów, wodę można zakwalifikować do III klasy jakości wód
powierzchniowych (wody zadowalającej jakości).

6

Diagram Pipera

0

0

0

0

0

20

20

20

20

20

20

40

40

40

40

40

40

60

60

60

60

60

60

80

80

80

80

80

80

100

100

100

100 100

0

0

20

20

40

40

60

60

80

80

100

100

100

Ca

Cl

M

g

S

O

+

C

l

4

C

a

+

M

g

S

O

4

N

a

+

K

H

C

O

3

7

2)

Woda nr 2

Powierzchniowa Masa molowa Ładunek

mg/dm

3

mmol/dm

3

mval/dm

3

Klasa

Ca

2+

40,08

2

41,31

1,031

2,061

I

Mg

2+

24,31

2

13,19

0,543

1,085

I

Na

+

22,99

1

29,96

1,303

1,303

-

K

+

39,10

1

1,28

0,033

0,033

-

HCO

3

-

61,02

1

278,00

4,556

4,556

-

SO

4

2-

96,07

2

13,63

0,142

0,284

I

Cl

-

35,45

1

7,00

0,197

0,197

I

PO

4

3-

94,97

3

0,10

0,001

0,003

I

NO

3

-

62,01

1

8,29

0,134

0,134

II

NH

4

+

18,05

1

0,69

0,038

0,038

II

Li

+

6,94

1

0,04

0,006

0,006

-

Fe

2+

55,85

2

0,19

0,003

0,007

II

Mn

2+

54,94

2

0,047

0,001

0,002

I

Sr

2+

87,62

2

0,43

0,005

0,010

-

ChZT-Cr

-

-

28,28

-

-

III

BZT

5

-

-

11,31

-

-

IV

Bilans jonowy:

[mval/dm

3

]

∑K

4,545

∑A

5,174

suma

9,719

Gdzie: ∑K – suma kationów,

∑A – suma anionów.

Błąd analizy (x):

L =

∑K − ∑A

∑K + ∑A

∗ 100 [%]

L =

4,545 − 5,174

4,545 + 5,174

∗ 100

L = −6,47 %

Dopuszczalny błąd względny dla analizy wody powierzchniowej nr 2 nie mieści się w granicach
błędu, który w tym przypadku wynosi 2-5 %. Analiza nie została prawidłowo wykonana i należałoby
ją powtórzyć.

8

Twardość wody (mval/dm

3

):

Kation

Mnożnik

mval/dm

3

Twardość [

o

N]

Ca

2+

0,04990

2,061

5,772

Mg

2+

0,08224

1,085

3,037

Sr

2+

0,02282

0,010

0,027

Fe

2+

0,03581

0,007

0,019

Mn

2+

0,07281

0,003

0,010

suma

3,166

8,865

Interpretując wyniki na twardość dla próbki wody powierzchniowej nr 2 można stwierdzić, że woda
należy do wód miękkich.

Obliczenia do diagramu Pipera
Ca

2+

2,061

45,99

Mg

2+

1,085

24,21

Na

+

1,303

29,80

K

+

0,033

SO

4

2-

0,284

5,63

HCO

3

-

4,556

90,45

Cl

-

0,197

3,92

Analizowana przez nas woda tylko w jednym przypadku przekracza określone
rozporządzeniami wartości dopuszczalne. Mianowicie NH

4

+

nieznacznie odbiega od przyjętej

wartości (0,5 mg/L). Może to świadczyć o świeżym zanieczyszczeniu miejscowym, np.
nielegalne odprowadzenie gnojowicy do rzeki. Woda powinna być przeanalizowana ponownie
za jakiś czas. W tym momencie woda nie odpowiada normom. Wartości ChZT-Cr i BZT

5

są

znacznie podwyższone w porównaniu do wody powierzchniowej nr 1. Można wnioskować, że
jest bogata w liczne mikroorganizmy, co w dalszym etapie może doprowadzić do eutrofizacji
tej wody. Wartości Mn

2+

oraz Fe

2+

są zbliżone do granicznych, lecz ich nie przekraczają. Z

uwagi na poziom ChZT-Cr oraz BZT

5

, wodę można zakwalifikować do IV klasy jakości wód

powierzchniowych (wody niezadowalającej jakości).

9

Diagram Pipera

0

0

0

0

0

20

20

20

20

20

20

40

40

40

40

40

40

60

60

60

60

60

60

80

80

80

80

80

80

100

100

100

100 100

0

0

20

20

40

40

60

60

80

80

100

100

100

Ca

Cl

M

g

S

O

+

C

l

4

C

a

+

M

g

S

O

4

N

a

+

K

H

C

O

3