Budowa cząsteczki wody.

Woda jest związkiem wodoru i tlenu o wzorze H₂0, który określa skład jakościowy i ilościowy wody. Skład masowy pierwiastków wchodzących w skład cząsteczki wody jest następujący: 11,2% H i 88,8% O. Sumaryczny wzór chemiczny nie wyjaśnia właściwości fizycznych i chemicznych danego związku chemicznego. Właściwości te zależą od budowy cząsteczki. Stwierdzono, że kształt cząsteczki wody nie jest wydłużony, liniowy w rodzaju H-O-H, lecz odpowiada trójkątowi. W jednym z jego wierzchołków znajduje się atom tlenu, a w dwóch pozostałych atomy wodoru. Połączone są wiązaniem kowalencyjnym. Właściwości: 1. Asocjacja - zjawisko łączenia się cząsteczek w zespoły cząsteczkowe. Stopień asocjacji zależy od temperatury, im wyższa tym stopień maleje. 2. Hydratacja jonów polega na ustawieniu się biegunowych cząsteczek wody wokół jonu. Jony otoczone takimi cząsteczkami wody są trwałe w roztworze.

Podział zanieczyszczeń wód.

1. Zanieczyszczenia pochodzenia naturalnego: - spływ powierzchniowy, - lasy i torfowiska, - źródła wód mineralnych

2. Zanieczyszczenia antropogeniczne: - od ludności, - z rolnictwa, - z przemysłu, - punktowe (odprowadzanie ścieków, wód zużytych, opadowych), - obszarowe (spływy powierzchniowe, z dróg), - liniowe (z dróg bez systemu odwadniania)

Wyjaśnić dlaczego w dzień słoneczny w mieście stan ozonu w powietrzu osiąga max wartości w godzinach popołudniowych. - Poranny ruch samochodowy powoduje nagły wzrost tlenku NO, który utlenia się do NO₂ w południe w wyniku nasłonecznienia. NO₂ ulega rozpadowi na NO i O. Tlen atomowy O reaguje z tlenkiem atmosferycznych O₂ tworząc O₃, którego stężenie rośnie w godzinach popołudniowych do max wartości. Spadek nasłonecznienia powoduje spadek NO i tym samym O₃ w powietrzu.

Tlenki siarki, źródła zanieczyszczeń, przemiany i ich szkodliwe działanie. - Podstawowymi zanieczyszczeniami powietrza zw siarki są dwutlenek SO₂ i trójtlenek SO₃. Tlenek posiada charakterystyczny duszący zapach. Trójtlenek siarki jest zw bardziej reaktywnym niż dwutlenek. Tlenki siarki tworzą się w wyniku spalania paliw zawierających w sobie siarkę. Głównym produktem jest SO₂, zawartość SO₃ zależy od temperatury spalania i od 1-10% mieszaniny. S+O₂↔SO₂, 2SO₂+O₂↔2SO₃. Trójtlenek siarki jest silnie higroskopijny i reaguje natychmiast z parą wodną zawartą w powietrzu dając kwas siarkowy SO₃+H₂O→H₂SO₄. Źródła SO₂ - z naturalnych źródeł, z wulkanów pochodzi 2/3 zw siarki, pozostałe 1/3 z działalności człowieka. Największym źródłem = procesy spalania. Siarka stanowi gł zanieczyszczenia węgla i ropy naftowej. Wpływ SO₂ na rośliny - niszczące działanie SO₂ zależy od stężenia i czasu ekspozycji. Na organizmy zwierzęce - powoduje podrażnienie dróg oddechowych. Wpływ na materiały - przyspiesza korozję żelaza, cynku i stali.

Formy azotu w wodzie i ściekach oraz przemiany jakim ulegają.

Ogólnie ujmując azot w ściekach może wystąpić w postaci azotu amonowego z azotynowego i azotanowego. Na azot amonowy mogą składać się sole amonowe wszystkich kwasów nieorganicznych i organicznych, w tym i aminokwasów, jak i wolny amoniak. Udział wolnego amoniaku w ściekach zawierających sole amonowe zależeć będą od pH danych ścieków. Suma wszystkich rodzajów azotu nosi nazwę azotu ogólnego. Inny podział azotu w ściekach może wynikać ze sposobu jego związania. Można więc rozróżnić azot pochodzenia nieorganicznego i organicznego. Azot nieorganiczny to różne sole nieorganiczne - sole amonowe, jak i azotany i azotyny różnych kationów. Azot organiczny - to paleta bardzo różnorodnych związków organicznych zawierających w strukturze danego związku organicznego wbudowany azot w postaci różnych grup, jak np. aminowa, I, II, czy trzeciorzędowa, grupa nitro, nitrozo, azo, hydroksyamino, lub też azot wbudowany w pierścienie alifatyczne, czy aromatyczne.

Azot: - amonowy NH4+, - azotanowy (V) NO3-, - azotanowy (III) NO2-, organiczny (zw org białkowe: białka, peptony, aminokwasy i pozabiałkowe: mocznik, pirydyna, aminy), - ogólny Kjeldahla NogKd, - albuminowy (białkowy: część azotu organicznego, która pod wpływem zasadowego roztworu KmnO4 ulega utlenieniu), - ogólny Nog.

Proces nitryfikacji zachodzi dwuetapowo, każdy etap, prowadzony przez inne bakterie możemy zapisać reakcjami:

4 NH3 + 7 O2 → 4 NO'2 + 6 H2O proces nitryfikacji 2NO'2+O2→2NO'3

Przy odpowiednim poziomie przemiany azotu amonowego w azotanowy i zatrzymaniu procesu natleniania w warunkach beztlenowych możemy doprowadzić do procesu denitryfikacji, tj. do procesu uwalniania azotu ze ścieków do atmosfery w postaci azotu gazowego. Proces denitryfikacji zachodzi wg reakcji: 2 NO'3 + H-R → N2 + 6R-O-H

Różnice i podobieństwa pomiędzy BZT5, utlenialnością i tlenem rozpuszczonym. -

* Oznaczenie BZT (biochemiczne zapotrzebowanie tlenu). Związki organiczne w wodach naturalnych ulegają rozkładowi wskutek działalności życiowej bakterii. Jeżeli proces zachodzi w środowisku beztlenowym (anaerobowym) to zachodzi proces gnilny i może tworzyć się: siarkowodór, metan, amoniak i związki organiczne o nieprzyjemnym zapachu. W warunkach tlenowych (aerobowych) przy odpowiedniej ilości tlenu w wodzie drobnoustroje powodują utlenienie związków organicznych do CO₂ i H₂O. Wynika z tego , że nie na utlenienie (zmineralizowanie) potrzebna jest pewna określona ilość tlenu rozpuszczonego i ta ilość tlenu nazywa się biochemicznym zapotrzebowaniem tlenu.

zw. org. + O₂→(bakterie, enzymy) CO₂ + H₂O + (bak, enz)

* Oznaczenie utlenialności wody ( w środowisku kwaśnym) zasada: polega na utlenieniu związku organicznego za pomocą KMnO₄ (nadmanganian potasu) w roztworze kwaśnym w temperaturze wrzenia wody. Nadmiar dodanego KMnO₄ odmiareczkowuje się szczawianem sodu (Na₂C₂O₄). Ilość utleniających się związków organicznych jest proporcjonalna do zużytego nadmanganianu.

5C₂H₅OH + 12Mn⁺⁷O₄^- + 36H⁺→12Mn⁺² +10CO₂ + 33H₂O

5C₂O₄^2- + 2 MnO₄^- + 16H⁺→2Mn⁺²+10CO₂ + 8H₂O

* O₂ rozpuszczony w wodzie(met. Winklera) - Obecność O₂ świadczy o czystości wody.

Zasada oznaczenia: tlen rozpuszczony w wodzie w roztworze alkalicznym (zasadowym) utlenia powstały w wodzie wodorotlenek manganu II do związku manganu +4, który w środowisku kwaśnym wydziela jodku potasu wolny jod w ilości równoważnej zawartości tlenu w wodzie. Wydzielony jod oznacza się miareczkowo tiosiarczanem sodu (Na₂S₂O₃) wobec skrobi jako wskaźnika. Z ilości zużytego tiosiarczanu oblicza się zawartość tlenu w wodzie.

2Mn⁺²+ 4OH^-→2Mn(OH)₂ (biały osad - brak tlenu)

2Mn(OH)₂+O₂→2MnO(OH)₂ (brązowy osad)

MnO(OH)₂+4H⁺→Mn⁺⁴+3H₂O

Mn⁺⁴+2J^-→ Mn⁺²+J⁰₂

J⁰₂+2S₂O₃^2-→S₄O₆^2-+ 2J^-

Budowa cząsteczki wody.

Woda jest związkiem wodoru i tlenu o wzorze H₂0, który określa skład jakościowy i ilościowy wody. Skład masowy pierwiastków wchodzących w skład cząsteczki wody jest następujący: 11,2% H i 88,8% O. Sumaryczny wzór chemiczny nie wyjaśnia właściwości fizycznych i chemicznych danego związku chemicznego. Właściwości te zależą od budowy cząsteczki. Stwierdzono, że kształt cząsteczki wody nie jest wydłużony, liniowy w rodzaju H-O-H, lecz odpowiada trójkątowi. W jednym z jego wierzchołków znajduje się atom tlenu, a w dwóch pozostałych atomy wodoru. Połączone są wiązaniem kowalencyjnym. Właściwości: 1. Asocjacja - zjawisko łączenia się cząsteczek w zespoły cząsteczkowe. Stopień asocjacji zależy od temperatury, im wyższa tym stopień maleje. 2. Hydratacja jonów polega na ustawieniu się biegunowych cząsteczek wody wokół jonu. Jony otoczone takimi cząsteczkami wody są trwałe w roztworze.

Podział zanieczyszczeń wód.

1. Zanieczyszczenia pochodzenia naturalnego: - spływ powierzchniowy, - lasy i torfowiska, - źródła wód mineralnych

2. Zanieczyszczenia antropogeniczne: - od ludności, - z rolnictwa, - z przemysłu, - punktowe (odprowadzanie ścieków, wód zużytych, opadowych), - obszarowe (spływy powierzchniowe, z dróg), - liniowe (z dróg bez systemu odwadniania)

Wyjaśnić dlaczego w dzień słoneczny w mieście stan ozonu w powietrzu osiąga max wartości w godzinach popołudniowych. - Poranny ruch samochodowy powoduje nagły wzrost tlenku NO, który utlenia się do NO₂ w południe w wyniku nasłonecznienia. NO₂ ulega rozpadowi na NO i O. Tlen atomowy O reaguje z tlenkiem atmosferycznych O₂ tworząc O₃, którego stężenie rośnie w godzinach popołudniowych do max wartości. Spadek nasłonecznienia powoduje spadek NO i tym samym O₃ w powietrzu.

Tlenki siarki, źródła zanieczyszczeń, przemiany i ich szkodliwe działanie. - Podstawowymi zanieczyszczeniami powietrza zw siarki są dwutlenek SO₂ i trójtlenek SO₃. Tlenek posiada charakterystyczny duszący zapach. Trójtlenek siarki jest zw bardziej reaktywnym niż dwutlenek. Tlenki siarki tworzą się w wyniku spalania paliw zawierających w sobie siarkę. Głównym produktem jest SO₂, zawartość SO₃ zależy od temperatury spalania i od 1-10% mieszaniny. S+O₂↔SO₂, 2SO₂+O₂↔2SO₃. Trójtlenek siarki jest silnie higroskopijny i reaguje natychmiast z parą wodną zawartą w powietrzu dając kwas siarkowy SO₃+H₂O→H₂SO₄. Źródła SO₂ - z naturalnych źródeł, z wulkanów pochodzi 2/3 zw siarki, pozostałe 1/3 z działalności człowieka. Największym źródłem = procesy spalania. Siarka stanowi gł zanieczyszczenia węgla i ropy naftowej. Wpływ SO₂ na rośliny - niszczące działanie SO₂ zależy od stężenia i czasu ekspozycji. Na organizmy zwierzęce - powoduje podrażnienie dróg oddechowych. Wpływ na materiały - przyspiesza korozję żelaza, cynku i stali.

Formy azotu w wodzie i ściekach oraz przemiany jakim ulegają.

Ogólnie ujmując azot w ściekach może wystąpić w postaci azotu amonowego z azotynowego i azotanowego. Na azot amonowy mogą składać się sole amonowe wszystkich kwasów nieorganicznych i organicznych, w tym i aminokwasów, jak i wolny amoniak. Udział wolnego amoniaku w ściekach zawierających sole amonowe zależeć będą od pH danych ścieków. Suma wszystkich rodzajów azotu nosi nazwę azotu ogólnego. Inny podział azotu w ściekach może wynikać ze sposobu jego związania. Można więc rozróżnić azot pochodzenia nieorganicznego i organicznego. Azot nieorganiczny to różne sole nieorganiczne - sole amonowe, jak i azotany i azotyny różnych kationów. Azot organiczny - to paleta bardzo różnorodnych związków organicznych zawierających w strukturze danego związku organicznego wbudowany azot w postaci różnych grup, jak np. aminowa, I, II, czy trzeciorzędowa, grupa nitro, nitrozo, azo, hydroksyamino, lub też azot wbudowany w pierścienie alifatyczne, czy aromatyczne.

Azot: - amonowy NH4+, - azotanowy (V) NO3-, - azotanowy (III) NO2-, organiczny (zw org białkowe: białka, peptony, aminokwasy i pozabiałkowe: mocznik, pirydyna, aminy), - ogólny Kjeldahla NogKd, - albuminowy (białkowy: część azotu organicznego, która pod wpływem zasadowego roztworu KmnO4 ulega utlenieniu), - ogólny Nog.

Proces nitryfikacji zachodzi dwuetapowo, każdy etap, prowadzony przez inne bakterie możemy zapisać reakcjami:

4 NH3 + 7 O2 → 4 NO'2 + 6 H2O proces nitryfikacji 2NO'2+O2→2NO'3

Przy odpowiednim poziomie przemiany azotu amonowego w azotanowy i zatrzymaniu procesu natleniania w warunkach beztlenowych możemy doprowadzić do procesu denitryfikacji, tj. do procesu uwalniania azotu ze ścieków do atmosfery w postaci azotu gazowego. Proces denitryfikacji zachodzi wg reakcji: 2 NO'3 + H-R → N2 + 6R-O-H

Różnice i podobieństwa pomiędzy BZT5, utlenialnością i tlenem rozpuszczonym. -

* Oznaczenie BZT (biochemiczne zapotrzebowanie tlenu). Związki organiczne w wodach naturalnych ulegają rozkładowi wskutek działalności życiowej bakterii. Jeżeli proces zachodzi w środowisku beztlenowym (anaerobowym) to zachodzi proces gnilny i może tworzyć się: siarkowodór, metan, amoniak i związki organiczne o nieprzyjemnym zapachu. W warunkach tlenowych (aerobowych) przy odpowiedniej ilości tlenu w wodzie drobnoustroje powodują utlenienie związków organicznych do CO₂ i H₂O. Wynika z tego , że nie na utlenienie (zmineralizowanie) potrzebna jest pewna określona ilość tlenu rozpuszczonego i ta ilość tlenu nazywa się biochemicznym zapotrzebowaniem tlenu.

zw. org. + O₂→(bakterie, enzymy) CO₂ + H₂O + (bak, enz)

* Oznaczenie utlenialności wody ( w środowisku kwaśnym) zasada: polega na utlenieniu związku organicznego za pomocą KMnO₄ (nadmanganian potasu) w roztworze kwaśnym w temperaturze wrzenia wody. Nadmiar dodanego KMnO₄ odmiareczkowuje się szczawianem sodu (Na₂C₂O₄). Ilość utleniających się związków organicznych jest proporcjonalna do zużytego nadmanganianu.

5C₂H₅OH + 12Mn⁺⁷O₄^- + 36H⁺→12Mn⁺² +10CO₂ + 33H₂O

5C₂O₄^2- + 2 MnO₄^- + 16H⁺→2Mn⁺²+10CO₂ + 8H₂O

* O₂ rozpuszczony w wodzie(met. Winklera) - Obecność O₂ świadczy o czystości wody.

Zasada oznaczenia: tlen rozpuszczony w wodzie w roztworze alkalicznym (zasadowym) utlenia powstały w wodzie wodorotlenek manganu II do związku manganu +4, który w środowisku kwaśnym wydziela jodku potasu wolny jod w ilości równoważnej zawartości tlenu w wodzie. Wydzielony jod oznacza się miareczkowo tiosiarczanem sodu (Na₂S₂O₃) wobec skrobi jako wskaźnika. Z ilości zużytego tiosiarczanu oblicza się zawartość tlenu w wodzie.

2Mn⁺²+ 4OH^-→2Mn(OH)₂ (biały osad - brak tlenu)

2Mn(OH)₂+O₂→2MnO(OH)₂ (brązowy osad)

MnO(OH)₂+4H⁺→Mn⁺⁴+3H₂O

Mn⁺⁴+2J^-→ Mn⁺²+J⁰₂

J⁰₂+2S₂O₃^2-→S₄O₆^2-+ 2J^-

---