Szczecin 15.12.2010

Sprawozdanie

Ćwiczenie nr 34

OZNACZANIE ODCZYNU ROZTWORÓW WODNYCH I ICH PRZEWODNOŚCI

Agnieszka Jakubiak

Agnieszka Gośka

Ochrona Środowiska rok IV, grupa I

1.Wstęp teoretyczny:

Hydroliza jest reakcją chemiczną polegająca na rozpadzie cząsteczek związku chemicznego na dwa lub więcej mniejszych fragmentów w reakcji z wodą lub parą wodną. Słowo hydroliza pochodzi od greckich słów „woda” i „rozkład” . Pod wpływem wody sole ulegają hydrolitycznemu rozkładowi a ich roztwory wykazują wyraźny odczyn zasadowy lub kwaśny w zależności od rodzaju soli. Reakcja hydrolizy jest reakcją odwrotną do reakcji neutralizacji. Przyczyną reakcji hydrolizy jest dążność jonów(tylko pochodzących od słabego kwasu lub zasady) do „odtworzenia” swojej cząsteczki, czego efektem jest powstanie kwasu i zasady.

Hydroliza soli mocnego kwasu i mocnej zasady nie zachodzi ponieważ jony mocnych kwasów i zasad w środowisku wodnym nie przyjmują i nie oddają protonów.

Przewodność właściwa λ[S•cm^-1] jest przewodnością słupa cieczy o grubości 1 cm i przekroju 1cm². Świeżo przedestylowana woda ma λ=0,5-2,0[μS•cm^-1]. W trakcie przechowywania przewodność właściwa wzrasta od 2 do 4 μS•cm^-1, na skutek pochłaniania CO₂ i NH₃. Przewodność właściwa wód naturalnych waha się w granicach od 50 do 1000 μS•cm^-1.

Duży wpływ na wartość wód powierzchniowych mają ścieki ,szczególnie przemysłowe których przewodność sięga 10000 μS•cm^-1. Przewodność właściwa wzrasta wraz z temperaturą; w przybliżeniu o 2% przy podwyższeniu temperatury o 1˚C. Dlatego tez pomiary przewodności należy wykonywać w stałej temperaturze, zwykle 25˚C. Pomiar przewodności wody daje informacje o zwartości w wodzie związków mineralnych.

Związki organiczne występujące w wodzie dysocjują nieznacznie lub w ogóle nie dysocjują . Przewodność wody wynikająca z obecności zanieczyszczeń organicznych jest zwykle niewielka. Tłuszcze i oleje występujące w próbkach mogą zanieczyścić elektrody i spowodować błędy.

Na podstawie pomiarów przewodności można wnioskować o zawartości jonów rozpuszczonych w wodzie [mgdm³]. W tym celu wynik przewodności właściwej wody należy pomnożyć przez współczynnik oznaczony doświadczalnie zmieniający się w granicach 0,55-0,90. W celu obliczenia przybliżonej zawartości kationów lub anionów w mvaldm³w wodzie zmierzoną zawartość przewodność właściwej wody w μS•cm^-1 należy pomnożyć przez 0,01.

Przewodnictwo elektryczne roztworów elektrolitów mierzymy przy pomocy konduktometrów. Są to omomierze o specjalnej konstrukcji, gdzie opór mierzony jest pomiędzy platynowymi elektrodami znajdującymi się w naczyńku pomiarowym. W konduktometrach zmierzony opór przeliczany jest automatycznie na przewodnictwo w simensach. Ze względu na możliwość reakcji elektrolizy zakłócającej pomiar, w konduktometrach do pomiaru stosuje się prąd przemienny o dużej częstotliwości. Zmierzone przewodnictwo mówi nam bardzo niewiele o właściwościach substancji rozpuszczonej i badanego roztworu. O wiele więcej, i dalej idących wniosków, można wysnuć ze znalezionej wartości przewodnictwa właściwego, czyli przewodnictwa 1 cm³ roztworu. Ponieważ skonstruowanie naczyńka, pomiędzy  elektrodami  którego przewodził dokładnie 1 cm³ roztworu jest niemożliwe, pomiary przeprowadzamy pośrednio, najpierw wyznaczając tzw. pojemność oporową naczyńka - przez pomiar roztworu wzorcowego o znanym przewodnictwie właściwym, a później znalezioną wartość przewodnictwa badanego roztworu przeliczamy na wartość przewodnictwa właściwego korzystając z wcześniej wyznaczonej stałej. Wzorcowymi roztworami o dobrze znanym przewodnictwie właściwym, służącymi do wyznaczania pojemności oporowej naczyńka są roztworu chlorku potasowego KCl. 

Pomiary przewodności właściwej λ mogą posłużyć do sprawdzenia wyników analizy w zakresie jonowego składu wód.

Λ=b·c

b-współczynnik przeliczeniowy

c-stężenie jonów [mmol/dm³]

Przewodność właściwa roztworu równa jest sumie przewodność właściwych jonów obecnych w roztworze. Metoda ta może być stosowana w przypadku próbek o pH w zakresie 6-9 i przewodności większej niż 90 μS•cm^-1. W przypadku obecności w próbce głównie jednego rodzaju soli zależność ta może posłużyć do obliczania stężenia tej soli według wzoru:

Tabela 1.Współczynniki do przeliczenia przewodności właściwej jonów występujących w wodzie na stężenia.

jon	b
Cl^-	75,9
NO3^-	71,0
HCO3^-	43,6
SO^-24	147,8
CO^-23	169,2
Mg^+2	93,2
Ca^+2	104,0
Na^+	48,9
K^+	72,0

pH jest jedną z najczęściej mierzonych właściwości roztworów i substancji. Precyzyjna kontrola pH wpływa na dobry wynik wielu procesów przemysłowych. pH określa ilość kationów wodorowych H⁺ w roztworze. Zawartość tych jonów może się zmieniać w szerokich granicach - zwykle od 1 mol do 10-14 mol.

pH definiujemy jako ujemny logarytm dziesiętny z wartości liczbowej stężenia jonów

hydroniowych:

pH = − [H O⁺ ] 10³ log

Oryginalnie pH zostało zdefiniowane jako minus logarytm stężenia jonów wodorowych (H+).

Współczesne badania wykazały jednak, że wolne jony wodorowe (wolny proton) nigdy nie

występują w roztworach wodnych (H⁺ + H₂O --> H₃O⁺)

Kwasowość roztworu wodnego jest uzależniona od stężenia jonu wodorowego(H⁺) w roztworze , który jest uwodnionym protonem. Proton łączy się cząsteczką H₂O za pośrednictwem wolnej pary elektronowej atomu tlenu. Powastające przy tym jony oksoniowe H₃O⁺ połączony z pewną ilością cząstek wody związanych ze sobą mostkami wodorowymi . W wodzie czystej jony wodorowe pochodzą wyłącznie z dysocjacji wody, która polega na przechodzeniu protonu z jednej cząsteczki wody na drugą. W roztworach substancji kwaśnych, zdolnych do oddawania protonu, jony wodorowe pochodzą od tych substancji . Dla celów obliczeniowych jony wodorowe traktujemy jak cząsteczki trwale występujące w roztworze o określonych stężeniach.

Pomiarów pH dokonuje się przy użyciu elektrody szklanej jako wskaźnikowej i kalomelowej jako porównawczej. Często obydwie elektrody znajdują się w jednej obudowie i noszą nazwę elektrody zespolonej bądź ogniwa zespolonego.

Celem ćwiczenia jest zbadanie reakcji z wodą różnych soli, zmierzenie odczynu pH i przewodności ich roztworów wodnych.

2.Część obliczeniowa:

• Reakcje hydrolizy analizowanych soli

a)octan sodu CH₃COONa

CH₃COONa + H₂O ⇌ CH₃COOH + NaOH

b)węglan sodu Na₂CO₃

Na₂CO₃ + H₂O ⇌ Na₂CO₃ + 2NaOH

c)chlorek amonu NH₄Cl

NH₄Cl+ H₂O ⇌HCl+ NH₄OH

d)siarczan potasu K₂SO₄

K₂SO₄+ H₂O ⇌ H₂SO₄+2KOH

e)węglan amonu (NH₄)₂CO₃

(NH₄)₂CO₃+ 2H₂O ⇌ H₂CO₃+2 NH₄OH

f)chlorek potasu KCl

KCl+ H₂O ⇌HCl+KOH

g)siarczan magnezu MgSO₄

MgSO₄+ H₂O ⇌Mg(OH)₂+H₂SO₄

h)fosforan jednoamonowy NH₄H₂PO₄

NH₄H₂PO₄+ H₂O ⇌ H₃PO₄+ NH₄OH

i)wodorowęglan sodu NaHCO₃

NaHCO₃+ H₂O ⇌ H₂CO₃+ NaOH

j)siarczan żelaza (II) FeSO₄

FeSO₄+ 2H₂O ⇌H₂SO₄+Fe(OH)₂

• Obliczanie stężenia przygotowanego roztworu soli [mmol/dm³]

1. CH₃COONa

M=82g/mol m=0,82g

2. Na₂CO₃

M=286,14 g/mol m=1,4307g

3. NH₄Cl

M=53,5 g/mol m=0,535g

4. K₂SO₄

M=174,27g/mol m=0,87135g

5. (NH₄)₂CO₃

M=96g/mol m=0,48g

f) KCl

M=74,5 g/mol m=0,745 g

g) MgSO₄

M=120,39 g/mol m=0,60195 g

h) NH₄H₂PO₄

M=115,029 g/mol m=0,38343 g

i) NaHCO₃

M=84 g/mol m=0,42 g

j) Fe₂(SO₄)₃

M=400g/mol m=2 g

• Obliczanie stężenia na podstawie zmierzonej przewodności właściwej [mmol/dm³] według wzoru
  oraz wartości współczynników zamieszczonych w tabeli nr.1

1. węglan sodu Na₂CO₃

2. siarczan potasu K₂SO₄

3. chlorek potasu KCl

4. siarczan magnezu MgSO₄

e) wodorowęglan sodu NaHCO₃

Wyniki zestawiono w tabeli nr 2:

Wzór soli	pH	naważka [g]	Masa molowa [g/mol]	Przewodność właściwa [μS•cm^-1] *10^3	Stężenie przygotowanego roztworu soli [mmol/dm3]	Stężenie obliczone na podstawie zmierzonej przewodności właściwej [mmol/dm3]
CH3COONa	7,57	0,82	82	5,01	100	x
Na2CO3	10,15	1,4307	286,14	4,09	50	15,32
NH4Cl	7,19	0,535	53,5	1,43	100	x
K2SO4	6,55	0,87135	174,27	7,1	50	24,33
(NH4)2CO3	7,70	0,48	96	8,3	50	x
KCl	7,10	0,745	74,5	13,3	100	89,92
MgSO4	8,02	0,60195	120,39	5,51	50	22,86
NH4H2PO4	5,63	0,38343	115,03	8,12	33	x
NaHCO3	7,31	0,42	84	5,2	50	56,22
Fe2(SO4)3	2,58	1,332	400	4,03	50	x

---