Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie Wydział Górnictwa i Geoinżynierii
Rok akademicki: 2015/2016	Przedmiot: Technologie oczyszczania wód i ścieków
Data wykonania 14.10.2015	Temat: Oznaczanie indeksu nadmanganowego.
Data oddania 28.10.2015	Student: Daria Bidzińska

1. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia drugiego było oznaczenie jednego z podstawowych parametrów wody – indeksu nadmanganowego oraz parametrów wody, jakimi są kwasowość i zasadowość.

1. Wstęp teoretyczny

Indeks nadmanganianowy – utlenialność, czyli stężenie masowego tlenu równoważonego ilością jonu nadmanganianowgo zużywanego podczas reakcji próbki wody z tym utleniaczem, w określonych warunkach.

Miareczkowanie - Polega na wprowadzaniu niewielkimi porcjami („miareczkami”) do badanego roztworu odczynnika o znanym stężeniu. Uprzednio należy dodać wskaźnik, który zmieni barwę w momencie osiągnięcia równowagi badanej próbki (jest to punkt końcowy miareczkowania). Ilość oznaczanej substancji oblicza się na podstawie dokładnie zmierzonej objętości zużytego roztworu mianowanego.

Odczyn pH roztworu - określa stężenie, a ściślej aktywność jonów wodorowych wyrażoną
w molach na dm³.

Tabela - Skala odczynu pH wody.

Odczyn roztworu	pH
Kwaśny	<7
Zasadowy	>7
Obojętny	7
Wody naturalne	6,5-8,5

Przewodnictwo właściwe wody – zdolność roztworu wodnego do przewodzenia prądu elektrycznego. Definiowane jako odwrotność oporu właściwego słupa cieczy zawartego między elektrodami o powierzchni 1cm³ oddalonymi od siebie o 1cm. G=1/R [mS/cm]

Tabela - Skala czystości wody.

Stopień czystości wody	Przewodnictwo [mS/cm]
Ultra czysta – dejonizowana	5,5-10·10^-5
Destylowana	0,1-1·10^-4
Pitna	5-50
Morska	5000

Zasadowość - zdolność wody do zobojętniania mocnych kwasów mineralnych wobec umownych wskaźników. Właściwość tę nadają jej wodorowęglany, węglany oraz rzadziej wodorotlenki, borany, krzemiany i fosforany.

1. Alkaliczna – występuje dla pH>8,3

2. Całkowita – występuje dla pH> 4,6

Kwasowość - powodują: wolny CO₂, kwasy mineralne i organiczne oraz produkty hydrolizy soli obecnych w wodzie.

1. Mineralna – występuje dla pH<4,6. Woda charakteryzuje się silnie korozyjnymi właściwościami wobec betonu i metali.

2. Ogólna – występuje dla 4,6<pH<8,3

Spis literatury i stron internetowych:

1. www.laboratoria.net Autor: Karolina Wójciuk

2. Inżynieria Środowiska – skrypt dla studentów kierunku Ochrona Środowiska Wydziału Chemii Uniwersytetu Gdańskiego - Aleksandra Bielicka-Giełdoń, Ewelina Grabowska Ewa Maria Siedlecka, Adriana Zaleska

3. Technologia wody i ścieków – Ćwiczenia laboratoryjne, część 1 – Agnieszka Gala, Anna Hołda, Ewa Kisielowska, Anna Młynarczykowska, Stanisława Sanak-Rydlewska – Wydawnictwo AGH

4. Rozporządzenie Ministra Zdrowia z dnia 29 marca 2007 r. w sprawie jakości wody przeznaczonej do spożycia przez ludzi.

1. Wykonanie ćwiczenia

   1. Nastawianie miana nadmanganianu potasu.

W kolbie stożkowej umieszczono próbkę wody destylowanej o objętości 100cm³, dodano 10cm³ roztworu 1:5 H₂SO₄ (kwas siarkowy (VI)) oraz 10cm³ KMnO₄ (nadmanganian potasu). Próbkę wymieszano i umieszczono na 30 minut w łaźni wodnej. Po wyjęciu dodano 10cm³ C₂Na₂O₄ (szczawian sodu). Roztwór odbarwił się i rozpoczęto miareczkowanie roztworem nadmanganianu potasu do jasnoróżowego zabarwienia. Następnie ponownie dodano 10cm³ szczawianu sodu i również miareczkowano roztworem nadmanganianu potasu do jasnoróżowego zabarwienia.

Tabela - Wyniki miareczkowania wody destylowanej.

Woda destylowana	Nr próbki	V1 KMnO4 [cm^3]	V2 KMnO4 [cm^3]
	1	3,85	12,3
	2	3,6	12,6
	3	3,5	13
	4	3,6	12,5

Do późniejszych obliczeń zostaną wzięte numery prób 2 oraz 4, gdyż dla tych prób wyniki są najbardziej zbliżone.

1. Miareczkowanie próbki wody

W kolbie stożkowej umieszczono próbkę wody z kranu o objętości 100cm³, dodano 10cm³ roztworu 1:5 kwasu siarkowego (VI) oraz 10cm³ nadmanganianu potasu. Próbkę wymieszano i umieszczono na 30 minut w łaźni piaskowej. Po wyjęciu dodano 10cm³ roztworu szczawianu sodu. Roztwór odbarwił się i rozpoczęto miareczkowanie roztworem nadmanganianu potasu do jasnoróżowego zabarwienia.

Tabela - Wyniki miareczkowania wody z kranu.

Woda z kranu	Nr próbki	V KMnO4 [cm^3]
	1	4,5
	2	3,8
	3	4,4
	4	3,5

Do późniejszych obliczeń zostaną wzięte numery prób 1 oraz 3, gdyż dla tych prób wyniki są najbardziej zbliżone.

1. Oznaczanie zasadowości i kwasowości wody.

1. Do kolby stożkowej odmierzono 100cm³ wody z kranu. Dodano 5 kropel fenoloftaleiny. Barwa wody nie zmieniła się. Rozpoczęto oznaczanie kwasowości ogólnej, miareczkując roztworem NaOH o stężeniu 0,1M do osiągnięcia słabo różowego zabarwienia. Próbę powtórzono dwukrotnie.

2. Do kolby stożkowej odmierzono 100cm³ wody z kranu. Dodano 5 kropel oranżu metylowego. Barwa wody zmieniła się na kolor żółty. Rozpoczęto oznaczanie zasadowości całkowitej, miareczkując roztworem HCl o stężeniu 0,1M do osiągnięcia pomarańczowego zabarwienia. Próbę powtórzono dwukrotnie.

Tabela – Oznaczenia parametrów wody.

	WODA Z KRANU
Próbka	Woda 1
Parametr	Kwasowość ogólna
CHCl [M]	-
CNaOH [M]	0,1
Vpróbki [cm^3]	100
V1 titranta [cm^3]	1,75
V2 titranta [cm^3]	1,6

1. Opracowanie wyników

1. Nastawianie miana KMnO₄

f - współczynnik stężenia1

V - objętość KMnO₄

1. Oznaczanie indeksu nadmanganianowego

a – ilość roztworu KMnO₄ zużyta do miareczkowania badanej próbki wody [cm³]

b - ilość roztworu KMnO₄ zużyta do miareczkowania wody destylowanej [cm³]

V₁ – użyta objętość badanej próbki [cm³] – 100cm³

1000 – współczynnik przeliczeniowy zmierzonej wartości na 1dm³ próbki [cm³/dm³]

1. Obliczanie Kwasowości ogólnej K_og:

Obliczana ze wzoru:

a – objętość roztworu NaOH użyta do miareczkowania próbki wody badanej, [cm³]

C_NaOH – stężenie roztworu NaOH użytego do miareczkowania próbki wody badanej, [mol/dm³]

V – objętość próbki wody użytej do oznaczania, [cm³]

Próbka Wody 1.1	Próbka wody 1.2

1. Kwasowość ogólna średnia Wody 1

1. Obliczanie zasadowości całkowitej Z_m:

Obliczana ze wzoru:

b – objętość roztworu HCl użyta do miareczkowania próbki wody badanej, [cm³]

C_HCl – stężenie roztworu HCl użytego do miareczkowania próbki wody badanej, [mol/dm³]

V – objętość próbki wody użytej do oznaczania, [cm³]

Próbka Woda 2.1	Próbka Woda 2.2

1. Zasadowość całkowita średnia wody

1. Podsumowanie i wnioski

Tabela - Tabela wyników końcowych.

Parametr uśredniony	Jednostka	Wynik
Miano KMnO4		0,797
Indeks nadmanganianowy		0,677
Zasadowość całkowita		2,65
Kwasowość ogólna		1,7
Przewodność		296
pH	[-]	7,59

Po przeprowadzeniu wszelkich obliczeń wszystkie wyniki zestawiono w Tabeli 6.

Miano KMnO₄: D nastawiania miana wzięto do uśrednioną wartość objętości KMnO₄, co następnie podstawiono do wzoru i otrzymano średni współczynnik stężeniu f=0,797.

Indeks nadmanganianowy: Do oznaczenia indeksu nadmanganianowego wzięto uśrednione wartości objętości KMnO₄, zużyte do miareczkowania odpowiednio próbek wody destylowanej i wody z kranu, a następnie podstawiono do wzoru.

Przy miareczkowaniu wody z kranu wystąpiły wyjątkowe rozbieżności. Otrzymano dwie pary zbliżonych do siebie wyników. Ostatecznie do obliczeń wykorzystano parę próby 1 i 3. Domniemywać można, iż niezgodności wynikają z faktu, iż próby 2 i 4 nie zostały od razu wstawione do łaźni piaskowej po dodaniu kwasu siarkowego i nadmanganianu potasu, tylko próbka stała przez jakiś czas.

Innym powodem mogło być wychlapanie niewielkiej ilości roztworu, przy pierwszym miareczkowaniu KMnO₄ zaraz po wyjęciu z łaźni. Objętość została zmniejszona, przez co wystarczyła mniejsza ilość titranta do zmiany barwy.

Zgodnie z Rozporządzeniem Ministra Zdrowia z dnia 29 marca 2007 r.
w sprawie jakości wody przeznaczonej do spożycia przez ludzi utlenialność z KMnO₄ powinna wynosić do 5 mgO₂/dm₃ wody, stąd można wywnioskować iż próbka o utlenialności rzędu 0,677 mgO₂/dm₃ mieści się w tym zakresie.

Przewodność: Zgodnie z skalą czystości wody (Tabela 3) określanej na podstawie przewodności, stwierdzono, że badana próba wody, której przewodność wyniosła 0,226[mS/cm], znajduje się na pograniczu wody destylowanej
i pitnej.

pH: Odczyn pH próbki wody (8,07) mieści się w normie skali wód naturalnych.

Ponadto, zgodnie z Rozporządzeniem Ministra Środowiska z dnia 29 marca 2007 r.
w sprawie jakości wody przeznaczonej do spożycia przez ludzi, badana próbka spełnia wymogi, gdyż pH i przewodność mieszczą się w dopuszczalnych granicach: pH 6,5-9,5,
a przewodność do 2500 [mS/cm].

Zasadowość całkowita: Jest to ilościowy wskaźnik zawartości jonów węglanowych, wodorowęglanowych, wodorotlenkowych i innych anionów pochodzących z dysocjacji soli słabych kwasów i mocnych zasad. Pojawienie się zasadowości w badaniach świadczy o obecności tychże jonów.

Kwasowość ogólna: Ilościowy wskaźnik zawartości mocnych kwasów i soli mocnych kwasów i słabych zasad.

Wody wykazujące kwasowość i zasadowość jednocześnie mają wysoką twardość węglanową o dużym stężeniu CO₂. Ponadto, dla tych dwóch parametrów woda powinna mieć odczyn między 4,5, a 8,3, co potwierdziło badanie pehametrem.

Wszelkie niezgodności są wynikiem niedokładności i błędów pomiarów. Najbardziej narażone na błąd są metody, w których wykorzystywane są ludzkie zmysły, jak np. analiza miareczkowa i konieczność obserwowania zmiany barwy.