1. OZNACZANIE ODCZYNU I TWARDOŚCI WODY:

Odczyn-określa jakich jonów w roztworze jest więcej.

O kwasowości roztworu decyduje stężenie kationów wodorowych. Odczyn obojętny ma roztwór, w którym stężenia jonów H+ i OH- są jednakowe. Odczyn taki ma woda, która jest w niewielkim stopniu zdysocjowana na jony H+ i OH-.

Na podstawie badań stwierdzono, że iloczyn stężeń molowych jonów H+ i OH-, tzw. Iloczyn jonowy wody K_w zarówno dla wody, jak i jej roztwór jest wielkością stałą:

K_w=[H+] * [OH-] = 1 * 10^-7 *1 * 10^-7=1 * 10^-14

Zwiększeniu stężenia jonów wodorowych przez dodanie do roztworu kwasu musi towarzyszyć zmniejszenie stężenia jonów wodorotlenowych w takim samym stopniu w jakim wzrosło stężenie jonów wodorowych. I odwrotnie.

Ponieważ posługiwanie się małymi wielkościami jest kłopotliwe, Duński uczony wprowadził pojęcia wykładnika wodorowego, tzw. Ph. Wartość pH zdefiniowano, jako ujemny logarytm dziesiętnego molowego stężenia jonów wodorowych w roztworze:

pH= - log₁₀ [H+]

Roztwory obojętne mają pH=7

Kwaśne pH<7

Zasadowe pH>7

Odczyn wód naturalnych najczęściej waha się w granicach pH 6,5-8,5. Odczyn wody jest silnie zależny od stężenia jonów HCO₃^- i CO₃^2-, powstających w wyniku dysocjacji kwasu węglowego

H₂CO₃ H⁺+ HCO₃ ^–

HCO₃^- H⁺+CO₃^2-

Ponad to wpływ na pH wód mają kwasy mineralne rozpuszczone oraz sole hydrolizujące. Obecność w wodzie H₂CO₃ I HCO₃^- prowadzi do układu buforowego mogącego zobojętniać wprowadzone do wody zarówno mocne zasady, jak i kwasy mineralne.

Odczyn odgrywa ważną rolę podczas wykorzystania jej do celów technicznych:

• Wody o pH<6 należą do silnie agresywnych względem betonu i żelaza

• Wody drenarskie mają odczyn 6-8

• Woda pitna(w Polsce) powinna mieć odczyn 6,5-8,5

Do określania pH wody służą dwie metody:

• Kolorymetryczna- polega na wykorzystaniu zmiany barwy dodanego do badanej próbki wody odpowiedniego wskaźnika

• Potencjometryczna- polega ba wykorzystaniu zależności potencjału elektrody pomiarowej od stężenia jonów wodorowych w badanym roztworze.

Twardość wody - zawartość wapnia i magnezu w wodzie. Twardość wody mogą powodować także jony innych metali, tj. żelazo, glin, cynk.

Twardość wody wody określa się w stopniach twardości lub milivalach tlenków wapnia i magnezu zawartych w 1 dm³ wody. W Polsce stosowane są tzw. Niemieckie stopnie twardości wody, gdzie 1 stopień odpowiada 10 mg CaO lub 7,19 mg MgO.

Rozróżnia się następujące twardości wody:

• Węglanową – odpowiada tej części wapnia i magnezu, która występuje w wodzie w postaci kwaśnych węglanów

• Niewęglanową – składają się na nią chlorki, siarczany, krzemiany oraz azotany wapnia i magnezu

• Ogólną – stanowi sumę twardości węglanowej i niewęglanowej

Zmiękczenie wody możemy uzyskać przez zagotowanie, dodanie mleka węglanowego lub fosforanu sodowego.

Twardość wody ma znaczenie gospodarcze-powoduje większe zużycie mydła, twardnienie jarzyn przy gotowaniu.

Metody oznaczania twardości wody:

*mydła potasowego

*palmitynianu potasowego

*miareczkowanie roztworem wersenianu sodowego – polega na tym, że czerń eriochromowa, stosowana jako wskaźnik przy pH=10 wchodzi w połączenie z jonami Ca²⁺i Mg ²⁺, powodując fioletowe zabarwienie roztworu. Jednak związki wapnia i magnezu z czernią są mniej trwałe niż z wersenianem, dlatego podczas miareczkowania, wchodzą w z nim w połączenia kompleksowe. W końcowym punkcie czerń zostaje zupełnie uwolniona, co objawia się zmianą zabarwienia roztworu z fioletowego na niebieski.

WYKONANIE OZNACZENIA

Zaczynamy od sprawdzenia pH roztworu na pehametrze:

• Ph ≤ 2,5 na 100 ml wody dodajemy 10 ml NaOH i 5 ml buforu amonowego i szczyptę czerni eriochromowej

• 2,5< Ph ≤ 5,5 na 100 ml wody dodajemy 5 ml NaOH (zasada sodowa), wlewamy 5 ml buforu amonowego oraz dodajemy szczyptę czerni eriochromowej

• Ph > 5,5 na 100 ml wody wlewamy 5 ml buforu amonowego oraz dodajemy sztyptę czerni eriochromowej.

Po tych czynnościach, miareczkujemy roztworem wersenianu dwusodowego do zmiany barwy roztworu z czerwono fioletowej na niebieską.

1. OZNACZANIE ILOŚCIOWE CHLORKÓW W WODZIE

Chlorki stanowią jeden z anionów najczęściej występujących w wodzie i ściekach, mogą pochodzić z gleby lub pokładów soli. W wodzie zawartość chlorków wacha się od zera do kilkuset mg/dm³. Wysokie stężenie chlorków w wodzie zwiększa jej korozyjność i wpływa ujemnie na rośliny. W wodzie pitnej ważne jest, by zawartość chlorków nie przekraczała 200 mg/dm³. Ponad to znajduje się w niej tzw. Chlor aktywny, wykorzystany do jej dezynfekcji.

ZASADA OZNACZENIA

Miareczkujemy chlorki azotanem srebra. Takie miareczkowanie nazywa się argentometrycznym. Jako wskaźnika używamy chromian potasu, którego dodajemy 1cm³. Ph roztworu musi się mieścić w zakresie (6,5 ; 10) aby uprzywilejować wiązanie srebra z chlorkiem. Przy pH z tego zakresu wiązanie chlorku ze srebrem jest mocniejsze niż chlorku z chromianem. Po wytrąceniu wszystkich chlorków jony srebrowe reagują z chromianem i zabarwienie zmienia się z żółto zielonkawego na żółtoczerwone, co świadczy o końcu reakcji.

Jeśli odczyn nie mieści się w zakresie pH (6,5 ; 10) należy do niego dodać parę kropli kwasu siarkowego lub ługu sodowego

• 2 AgNO₃ + K₂CrO₄ − →Ag₂CrO₄(czerwono brazowy)+ 2KNO₃

• 2 Ag₂CrO₄ +  2Cl⁻ − →2AgCl ↓ (bialy)  + CrO₄²⁻

1. OZNACZANIE ILOŚCIOWEGO ŻELAZA W WODZIE METODĄ KOLORYMETRYCZNĄ

Związki żelaza występujące w wodach naturalnych mogą pochodzić z gleby, korozji wodociągów, zanieczyszczeń ściekami przemysłowymi oraz wód kopalnianych. W zależności od zawartości tlenu żelazo może występować na drugim lub trzecim stopniu utlenienia.

• W wodach podziemnych żelazo występuje głównie w formie 2-wartościowej(głównie jako wodorowęglan żelaza (II) i siarczan żelaza (II). Związki te są w wodzie trwałe przy odpowiednim stężeniu CO₂ i braku tlenu. Przy pojawieniu się w wodzie tlenu, żelazo przechodzi w formę 3-wartościową i wytrąca się, jako wodorotlenek żelaza w postaci brunatnych kłaczków.

• W wodach powierzchniowych żelazo występuje najczęściej jako Fe ³⁺w postaci koloidalnej i jego zawartość waha się od 0,1-0,5 mg Fe/dm³.

W wodzie pitnej zawartość żelaza nie powinna przekraczać 0,5 mg.

Wyższa zawartość żelaza w wodzie jest niepożądana m.in. w przemyśle papierniczym, krochmalniczym praz produkującym filmy. W gospodarstwie domowym nadmiar żelaza może powodować powstawanie plam przy praniu.

Kolorymetria polega na otrzymaniu barwnego związku oznaczanego pierwiastka przez dodanie odpowiedniego odczynnika, a następnie pomiarze intensywności powstałego zabarwienia, które zależy od stężenia badanego pierwiastka. Ilościowe oznaczenie składników w roztworach najczęściej wykonuje się w zakresie światła widzialnego przy długości fali 380-780 nm. Wiązka światła padająca na przeźroczystą, barwną substancję ulega częściowo absorpcji i rozproszeniu, a tym samym tylko część promieniowania przechodzi przez barwny ośrodek. Metody kolorymetryczne opierają się na prawie Lamberta-Beera – wielkość absorpcji wiązki światła monochromatycznego przechodzącego przez roztwór barwny zależy od intensywności zabarwienia oraz grubości warstwy .

W praktyce zależność między wielkością absorpcji a stężeniem roztworu sprawdza się przez pomiar wielkości absorpcji dla serii roztworów wzorcowych, tj. o znanej koncentracji pierwiastka przy jednoczesnym wzrastającym stężeniu. Zależność tę przenosimy na układ współrzędnych , wykreślając tzw. Krzywą wzorcową. Na tej podstawie dokonując pomiaru na kolorymetrze wielkości absorpcji analizowanej próbki, możemy znaleźć na krzywej wzorcowej punkt, który będzie odpowiadał stężeniu badanego pierwiastka.

ZASADA OZNACZENIA

Jony żelaza trójwartościowego w środowisku kwaśnym dają z roztworami rodanków krwistoczerwone zabarwienie, którego intensywność jest proporcjonalna do stężenia w próbce. Należy pobrać 25 cm³ próbki wody , dodać 10 cm 6M kwasu solnego, 0,5 cm 3 % wody utlenionej i dokładnie wymieszać. Po upływie 5 min dodać 5 cm 5 % roztworu rodanku amonu, a następnie uzupełnić wodą destylowaną do kreski. Intensywność zabarwienia zmierzyć na kolorymetrze.

1. Oznaczanie ilościowe agresywnego dwutlenku węgla w wodzie

CO₂ – dwutlenek węgla należy do gazów charakteryzujących się największą rozpuszczalnością w wodzie, przy czym jej rozpuszczalność spada jednocześnie ze wzrostem temperatury oraz stopniem mineralizacji wody.

W powietrzu zawartość dwutlenek węgla wynosi 0,0360 %. Natomiast w wodzie charakteryzuje się największą rozpuszczalnością w porównaniu do innych gazów

W wodach :

• gruntowych 0 - 100 mg/dm³

• mineralnych przekracza 1000 mg/dm³

• powierzchniowych 0,59 mg/dm³

Występujący w wodzie dwutlenek węgla może znajdować się pod postacią wolną i związaną. Związany dwutlenek węgla występuje np. w minerałach. Wolny dwutlenek węgla może powodować korozję betonu i metali.

Dwutlenek węgla agresywny - część wolnego dwutlenku węgla, która jest niezbędna do zabezpieczenia rozpuszczonych w wodzie wodorowęglanów przed rozkładem. Jest bardzo aktywny i powoduje korozję metali, betonu . Ponadto powoduje on rozpuszczanie węglanu wapnia CaCO₃ w zaprawach lub betonie i dlatego powinien być usunięty z wody przeznaczonej do celów budowlanych.

ZASADA OZNACZANIA

Oznaczanie polega na określeniu wzrostu zasadowości wody z marmurem do wody pierwotnej czyli bez marmuru.

CaCO₃+ CO₂+ H₂O -> Ca(HCO₃)₂

Do kolby stożkowej odsączamy za pomocą lejka i sączka zawartość butelki z marmurem, następnie cylindrze odmierzam 100 cm³roztworu który odsączyłem i dalej przelewamy go do kolejnej kolby tym razem tej mniejszej. Kolejnym krokiem jest dodanie 3 kropel oranżu metylowego, po tej czynności można przystąpić do miareczkowania 0,1 M kwasem chlorowodorowym.

5. OZNACZENIE ILOŚCIOWEGO MAGNEZU PRZY POMOCY ŻÓŁCIENI TYTANOWEJ

Związki występują zasadniczo we wszystkich wodach naturalnych i w zależności od stopnia mineralizacji pod względem ilości ustępują zwykle jonom wapnia lub sodu.

Zawartość magnezu w wodach naturalnych nie przekracza 100 mg Mg²⁺/dm³. Najczęściej obecność magnezu w wodach jest wynikiem wymywania go z dolomitów i magnezytów. W wodach powierzchniowych pierwiastek ten może pochodzić z zanieczyszczeń zakładów przemysłowych.

Podobnie, jak związki wapnia związki magnezu występujące w wodzie wpływają na jej twardość.

Sole magnezu występujące w wodzie nie mają znaczenia zdrowotnego, dlatego też zawartość tego pierwiastka w wodzie do picia nie jest normowana. Jednak jej zawartość powyżej 125 mg powoduje powstawanie właściwości przeczyszczających.

Zawartość magnezu powyżej 100 mg/dm³ powoduje powstawanie agresywności magnezowej wobec betonu.

Zawartość magnezu w odciekach drenarskich najczęściej waha się w granicach 10-30 mg/dm³.

ZASADA OZNACZENIA

Żółcień tytanowa w środowisku zasadowym o Ph = 12, ze zdyspergowanym wodorotlenkiem magnezu tworzy związek o barwie pomarańczowej, ceglastoczerwonej, zależnej od zawartości magnezu. Koagulacji wodorotlenku magnezu w badanym roztworze zapobiega dodatek alkoholu poliwinylowego, który spełnia rolę koloidu ochronnego. W oznaczeniu przeszkadzają: żelazo, mangan oraz w wyższych stężeniach miedź, cynk, glin.

6.OZNACZANIE SIARCZKÓW I SIARKOWODORU MIARECZKOWANIEM REDOKS W WODZIE ZAROBOWEJ

Siarkowodór w wodzie może występować w 3 postaciach w zależności od jego odczynu.

• Gdy pH < 5 siarkowodór występuje jako gaz

• Gdy pH = 7 siarkowodór występuje jako jony wodorosiarczkowi HS^-

• Gdy pH > 10 w wodach znajdują się i dominują jony siarczkowe ( nietrwałe ponieważ mogą istnieć w warunkach beztlenowych )

Woda zawierająca siarkowodór ma nieprzyjemny zapach oraz silne właściwości korozyjne. Woda zawierająca siarkowodór jest niezdatna do picia.

Siarkowodór pochodzi w wodach przede wszystkim z rozkładu substancji organicznych oraz ze ścieków przemysłowych, w wodach podziemnych znajduję się dzięki rozkładowi siarczków metali.

ZASADA WYKONANIA

Do kolby z substancją dolewamy wody najpierw za pomocą kranika potem tryskawką do kreski czyli do V= 100ml . Następnie do kolby stożkowej pipetujemy 25 cm³ roztworu, który wcześniej przygotowaliśmy. Dodaje 5 cm³ roztworu H₂SO₄ (1:3) a następnie 5 cm³ 0,1 M roztworu jodku(kolor roztworu brązowy).Po dodaniu jodku konieczne jest odczekanie co najmniej 5 minut. Oraz to, że każda próba jaką robiliśmy musiała być przeprowadzana po takim okresie czasu. Następnie miareczkujemy próbkę 0,05 M roztworem triosiarczanu sodu do barwy jasnożółtej. Później dodajemy 4 krople skrobi i miareczkujemy do odbarwienia próbki.

7. OZNACZANIE SUBSTANCJI ORGANICZNEJ W WODZIE

Związki organiczne w wodach naturalnych i ściekach ulegają rozkładowi wskutek działalności bakterii i innych drobnoustrojów. Proces tlen może zachodzić w środowisku tlenowym i beztlenowym. Do określenia zanieczyszczenia wody lub ścieków związkami organicznymi przyjęto w pomiarach oznaczenie ilości tlenu zużytego w procesie rozkładu wszystkich związków organicznych przez bakterie tlenowe. Tę ilość nazywamy biochemicznym zapotrzebowaniem tlenu (BZT). Jest to termin umowny i określa ilość tlenu wyrażoną w miligramach na 1 dm³ wody(ścieków) potrzebną do utlenienia związków organicznych na drodze biochemicznej w warunkach aerobowych w temp. 20 st. C. Rozkład ten przebiega w dwóch fazach. W pierwszej utlenieniu ulegają związki łatwo rozkładające się, jak: tłuszcze, celuloza, ligniny i pektyny. W drugiej fazie następuje utlenianie amoniaku.

Chemiczne zapotrzebowanie tlenu(ChZT) jest pojęciem umownym i oznacza ilość tlenu(mg/dm³) pobranego z utleniacza na utlenienie zawartych w wodzie związków organicznych i niektórych nieorganicznych. Oznaczenie ChZT pozwala na określenie stopnia zanieczyszczenia ścieków lub wody związkami organicznymi.

ZASADA OZNACZENIA

Zasada oznaczenia polega na utlenieniu związków organicznych i niektórych łatwo utleniających się nieorganicznych za pomocą manganianu VII potasu. Nadmiar manganianu VII odmiareczkowuje się kwasem szczawiowym. W zależności od zawartości w wodzie chlorków utlenianie prowadzi się w środowisku kwaśnym lub zasadowym. Przy zawartości do 300 mg Cl/dm³ utlenianie przeprowadza się w środowisku zasadowym. Należy pamiętać, że utlenianie związków organicznych zachodzi tylko częściowo(70-80%)

8. OZNACZANIE WAPNIA, SODU I POTASU W WODZIE METODOĄ FOTOMETRII PŁOMIENIOWEJ

Udział jonów wapnia w wodach naturalnych słabo zmineralizowanych w stosunku do pozostałych pierwiastków jest największy. Jest to wynikiem występowania w przyrodzie znacznych ilości tego pierwiastka pod postacią wapienia CaCO₃, dolomitu CaMg(CO₃)₂ i gipsu CaSO₄ * 2H₂O, które po rozpuszczeniu przechodzą do wody w postaci wodorowęglanów i siarczanów. Związki wapnia w wodach powierzchniowych mogą również pochodzić z zanieczyszczeń przemysłowych. Stężenie w wodach pitnych nie ma większego znaczenia-nie jest normowane. Pierwiastek ten w zasadniczym stopniu wpływa na twardość wody. W wodach podziemnych wapń z reguły występuje w największych ilościach(w stosunku do pozostałych pierwiastków). Wapń należy do pierwiastków wymywanych z gleby w największych ilościach. W glebach wapń występuje główne pod postacią węglanu wapnia CaCO₃, który jest rozpuszczany przez kwas węglowy, powstający w wyniku reakcji CO₂ i H₂O( stężenie dwutlenku węgla jest w powietrzu glebowym 10-krotnie wyższe niż w atmosferze). Kwas węglowy reaguje z CaCO_3, dając rozpuszczalny w wodzie wodorowęglan wapniowy. Zmniejszenie zawartości wapnia w glebie zwiększa jej zakwaszenie. Obecność wapnia polepsza strukturę gleby, wpływa na powstawanie związków żelaza nierozpuszczalnych w wodzie, co powoduje hamowanie przemieszczanie się żelaza do drenów i rowów.

Zawartość sodu w wodach naturalnych słabo zmineralizowanych jest niewielka(do 30 mg/dm³). W wodach silnie zmineralizowanych stężenie sodu może dochodzić do kilku tysięcy mg/dm³. W wodzie morskiej jony Na⁺ stanowią ok 84 % wszystkich jonów. Obecność sodu w wodach powierzchniowych to najczęściej wynik zanieczyszczenia ściekami. W wodach naturalnych sód występuje w postaci chlorków NaCl, siarczanów Na₂SO₄, rzadziej jako węglany Na₂CO₃ lub azotany NaNO₃. Sód ze względu na właściwości peptyzujące działa niekorzystnie na strukturę gleby. Nadmiar jonów sodowych powoduje, że gleby w stanie wilgotnym stają się maziste, a w stanie suchym zbite i twarde.

Stężenie potasu w wodach powierzchniowych waha się od kilku do kilkunastu mg K/dm³. Źródła zanieczyszczeń potasem to głównie ścieki przemysłowe, spływy powierzchniowe z pól nawożonych solami potasowymi. Ilość wymywanego potasu z gleby zależy od składu mechanicznego, nawożenia tym pierwiastkiem oraz wielkości opadów naturalnych. Do roztworu glebowego potas przechodzi również w wyniku wietrzenia minerałów pierwotnych.

ZASADA OZNACZANIA

Badaną próbkę rozpyla się za pomocą sprężonego powietrza i wprowadza się do płomienia palnika acetylenowego-powietrznego. W płomieniu następuje wzbudzenie atomów badanych pierwiastków, w czasie którego elektrony z ostatnich powłok są w wyniku dostarczonej energii cieplnej przenoszone na wyższy poziom energetyczny. Na skutek działania sił kulombowskich elektrony jednak powracają na swoje pierwotne powłoki, zwracając dostarczoną energię w postaci energii świetlnej, emitującej charakterystyczne dla danego pierwiastka widmo. Natężenie powstałego promieniowania jest proporcjonalne do stężenia oznaczonych pierwiastków w próbce. Celem wyeliminowania wpływu promieniowania wzbudzonych równocześnie różnych pierwiastków stosuje się odpowiednie filtry przepuszczające promienie tylko badanego pierwiastka. Do rejestracji promieniowania służy detektor zmieniający energię fotonów na elektryczną.

9. MIARECZKOWANIE ALKACYMETRYCZNE

Wykonanie oznaczenia stężeń kwasu lub zasady w alkacymetrii, oparte jest na reakcjach zobojętniania. W zależności od stężenia jonów wodorowych roztwory mogą mieć odczyn kwaśny, obojętny lub zasadowy. W roztworze wodnym cząsteczki kwasów, zasad i soli ulegają tzw. Dysocjacji elektrolitycznej(rozpadowi na jony), zgodnie z równaniem:

H₂O ↔ H⁺ + OH^-

Roztwór kwaśny [H+] > 10^-7 ; pH > 7

Roztwór obojętny [H+] = 10^-7 ; pH = 7

Roztwór zasadowy [H+] < 10^-7 ; pH < 7

Wskaźniki stosowane w alkacymetrii są związkami organicznymi, które dzięki swojej zdolności zmiany barwy w zależności od odczynu roztworu sygnalizują koniec reakcji podczas miareczkowania.

MIARECZKOWANIE MOCNYCH KWASÓW I MOCNYCH ZASAD: mocny kwas miareczkuje się zawsze mocną zasadą i odwrotnie. Ten sposób postępowanie wynika z właściwości chemicznych soli. Sól powstała z mocnej zasady i mocnego kwasu, dysocjuje prawie całkowicie i nie ulega hydrolizie, w wyniku czego pH roztworu w momencie równoważnikowego nasycenia wynosi 7. Dlatego należy użyć wskaźnika, który zmienia barwę przy tym pH(błękit bromotymolowy, czerwień krezolowa)

MIARECZKOWANIE SŁABYCH KWASÓW: Słaby kwas miareczkuje się zawsze mocną zasadą. Powstała sól ulega pod działaniem wody hydrolizie, nadając wodzie odczyn zasadowy. Ph roztworu w momencie równoważnikowego nasycenia > 7, dlatego wskaźnik jakiego musimy użyć to, np. fenoloftaleina.

MIARECZKOWANIE SŁABYCH ZASAD: Słabe zasady miareczkujemy mocnym kwasem. Powstała sól hydrolizuje nadając roztworowi odczyn kwaśny(pH<7). Odpowiednim wskaźnikiem dla takiego miareczkowania jest np. czerwień metylowa.

Do precyzyjnego oznaczenia pH stosuje się przyrządy zwane pehametrami.

ZASADA OZNACZENIA:

Zadanie polega na oznaczeniu w gramach zawartości NaOH w badanym roztworze drogą miareczkowania go mianowanym roztworem HCl lub H₂SO₄, w obecności wskaźnika-błękitu bromotymolowego.