| Technologia wody i ścieków- laboratorium | Iś, ROK II, grupa 4/1 |
|---|---|
Data wykonania 19.03.2011 |
Tytuł ćwiczenia Bilans jonowy wody |
Data oddania 26.04.2011 |
Wstęp teoretyczny
Woda musi spełniać określone wymagania, aby być zaklasyfikowana jako zdatna do spożycia. Jednym z kryteriów jest zawartość jonów określonych metali.
Szczególne wymagania muszą pod tym względem spełniać wody mineralne.
Wody te klasyfikowane są ze względu na mineralizację (mogą być wysoko i niskozmi neralizowane). Pochodzą z głębokich pokładów ziemi, a ich wydobycie jest przeprowadzane w ściśle określony sposób, tak by zachować ich skład chemiczny. Woda mineralna musi zawierać przynajmniej jeden składnik, który działa odżywczo na organizm człowieka (przy czym pod uwagę brane są jedynie te składniki, które pokrywają 15% dziennego zapotrzebowania). Do tych składników zaliczamy: magnez, wapń, sód, chlorki, wodorowęglany, siarczany, jod, fluor, żelazo i ditlenek węgla.
Bardzo istotna jest zawartość danego metalu w wodzie i stosunek procentowy poszczególnych pierwiastków do siebie. W celu określenia czy dana woda spełnia wymagania przeprowadza się badania prowadzące do określenia bilansu jonowego wody. Bilans jonowy wody określa zawartość jonów danych pierwiastków w wodzie.
Najistotniejsza w wodach mineralnych jest zwartość jonów magnezu i wapnia, ze względu na swoje właściwości odznaczają się one bowiem szczególnym oddziaływaniem na organizm człowieka.
Magnez należy do pierwiastków występujących we wszystkich tkankach i płynach ustrojowych (ponad połowa znajduje się w kościach). Poprawia wchłanianie potasu oraz chroni komórki mięśnia sercowego i komórki nerwowe przed niszczącym działaniem wolnych rodników, substancji toksycznych i w efekcie tego, zmian miażdżycowych w układzie krwionośnym.
Decyduje o prawidłowej czynności układu immunologicznego. Jest niezbędny w przemianach energetycznych, przy spalaniu tłuszczu, odbudowie białka i kwasów nukleinowych.
Zapobiega chorobom nowotworowym i zaburzeniom rozwojowym.
Do objawów niedoboru magnezu należą m.in niewydolność pracy serca, arytmia, zahamowanie wzrostu, skłonność do płaczu, pogorszenie koncentracji, depresja, wrażenie ociężałości, bóle głowy, zawroty głowy, utrata równowagi, drgania powiek, wrażliwość na zmiany pogody, skurcze mięśni.
Wapń jest natomiast pierwiastkiem koniecznym do prawidłowego działania wielu hormonów i mięśni. Wspomaga układ nerwowy, reguluje ciśnienie krwi i rytm serca, zapewnia odpowiednią krzepliwość krwi, wspomaga układ kostny i wiele innych.
Zapotrzebowanie dorosłego człowieka na magnez wynosi do 300 mg, natomiast na wapń od 800-1200mg. Istotne jest to, że stosunek magnezu do wapnia w wodach mineralnych powinien wynosić 1:3.
Cel ćwiczenia
Wykonywane ćwiczenie ma na celu wyznaczenie bilansu jonowego wody.
Oznaczane będą następujące jony:
a ) aniony: Cl-, SO42-
b )kationy: Ca2+, Mg2+
Wykonanie
a ) Oznaczenie zawartości jonów Ca2+ (metodą miareczkowania kompleksometrycznego)
Do 50 cm3 badanej wody dodano 3 cm3 roztworu alkalizującego 4M KOH, 1cm3 chlorowodorku hydroksylaminy, 2 krople siarczku sodu i szczyptę mureksydu. Następnie przeprowadzono proces miareczkowania 0,05M roztworem wersenianu sodu, aż do zmiany zabarwienia z różowego na fioletowe. Badanie przeprowadzono dla dwóch próbek.
b ) Oznaczenie zasadowości całkowitej
Do 50 cm3 badanej wody dodano 3-4 krople oranżu metylowego. Następnie przeprowadzono proces miarczkowania 0,1M HCl, aż do zmiany zabarwienia z żółtego na pomarańczowe.
Badanie przeprowadzono dla dwóch próbek.
c ) Oznaczenie zawartości jonów Mg2+ (metodą miareczkowania kompleksometrycznego)
Do 50 cm3 badanej wody dodano 4,8 ml HCl, 5cm3 buforu amonowego(pH=0), 1cm3 chlorowodorku hydroksylaminy i siarczku sodu oraz 0,1 mg czerni eriochromowej.
Następnie przeprowadzono proces miareczkowania 0,05 EDTA, aż do zmiany zabarwienia z różowej na niebieską.
Badanie przeprowadzono dla dwóch próbek.
d ) Oznaczenie zawartości jonów Cl- (metodą Mohra)
Do 200cm3 badanej wody dodano 2 cm3 pięcioprocentowego K2CrO4.Nastepnie przeprowadzono proces miareczkowania 0,1M roztworem AgNO3, aż do zmiany zabarwieni z żółto-zielonkawego na żółto-brunatne. Badanie przeprowadzono dla dwóch próbek.
Wykonano również tzn. ślepą próbę.
e ) Oznaczenie zawartości jonów SO42-
W pierwszej kolejności przeprowadzono tzw. ślepą próbę. Do 5 cm3 badanej wody dodano 3cm3 wody destylowanej, 1cm3 2M HCl, 0,8cm3 BaCl2 i 0,2 cm3 glikolu etylenowego.
Następnie do drugiej 5cm3 próbki badanej wody dodano 3cm3 wody destylowanej, 1cm3 2M HCl, 0,8cm3 BaCl2 i 0,2 cm3 glikolu etylenowego i przeprowadzono proces powolnego mieszania. Potem zmierzono absorbancję roztworów za pomocą spektrofotometru o długości fali 480nm.
f ) Oznaczenie stężenia jonów siarczanowych SO42-
Zawartość jonów oznaczono z wykorzystaniem krzywej kalibracyjnej (uwzględniono rozcięczenie próbki).
Wyniki i obserwacje
a ) Oznaczenie zawartości jonów Ca2+
$X = \frac{\text{a\ } \bullet \ 2,004\ \bullet \ 1000}{V_{1}}$ mg/dm3 Ca
gdzie:
a – objętość roztworu 0,05M wersenianu sodu użyta do miareczkowania próbki badanej [cm3]
V1 – objętość próbki wody użytej do badania [cm3]
2,004 – współczynnik przeliczeniowy określający ilość wapnia odpowiadającą 1 cm3 0,05M wersenianu sodu [mg]
W procesie miareczkowania zużyto kolejno: 4,5 i 4,2 cm3 0,05M wersenianu sodu
X1 = 180 mg/dm3 Ca
X2= 168,35 mg/dm3 Ca
Xsr= 174,35 mg/dm3 Ca
b ) Oznaczenie zasadowości całkowitej
$Z_{m} = \frac{b\ \bullet \ 100}{V}$ [mval/dm3]
gdzie:
b – objętość 0,1M HCl do miareczkowania próbki badanej [cm3]
V - objętość próbki wody użytej do oznaczania [cm3]
Po dodaniu oranżu metylowego roztwór przybrał zabarwienie żółte. Przeprowadzono więc proces miareczkowania, aż do uzyskania zabarwienia pomarańczowego. W obu procesach miareczkowania zużyto 4,8 cm3 0,1M HCl.
Zm= 9,6 [mval/dm3]
c )Oznaczenie zawartości jonów Mg2+ (metodą miareczkowania kompleksometrycznego)
$x = \frac{\left( b\ \ k\ \bullet \ a \right)\ \bullet \ 1,215\ \bullet 1000}{V_{2}}$ mg/dm3 Mg
gdzie:
b – objętość roztworu 0,05M wersenianu sodu użyta do miareczkowania próbki badanej [cm3]
a - objętość roztworu 0,05M wersenianu sodu użyta do zmiareczkowania wapnia [cm3]
k – stosunek objętości próbek użytych do oznaczania wapnia i magnezu k=V2/V1
V2 – objętość próbki wody użytej do badania [cm3]
1,215 - współczynnik przeliczeniowy określający ilość magnezu odpowiadającą 1 cm3 0,05M wersenianu sodu [mg]
W procesach miareczkowania zużyto kolejno: 9,7 i 9,9 cm3 0,05 EDTA
X1= 138,51 mg/dm3 Mg
X2= 126,36 mg/dm3 Mg
Xsr= 132,46 36 mg/dm3 Mg
d ) Oznaczenie zawartości jonów Cl- (metodą Mohra)
$x = \frac{f\ \bullet \left( a - b \right)\ \bullet \ 1000}{V}$ mg/dm3 Cl
gdzie:
f – miano roztworu AgNO3 równe 2,39 mg/dm3
V – objętość próbki wody użytej do badania [cm3]
W obu procesach miareczkowania zeszło 0,7 cm3 roztworu AgNO3.
X= 5,38 mg/dm3 Cl
f ) Oznaczenie stężenia jonów siarczanowych SO42-
Absorbancja wynosi 0,128.
Stężenie jonów siarczanowych SO42- z uwzględnieniem rozcieńczenia próbki wynosi 27,83 mg/dm3.
Przeliczenie jednostek
| Kationy [mval/dm3] | Aniony [mval/dm3] |
|---|---|
| Ca2+ | 8,7 |
| Mg2+ | 10,9 |
| Suma kationów (Ʃ K) | 19,6 |