Doświadczenie laboratoryjne wykonane w dniu 20-01-2015 polegało na oznaczeniu barwy oraz zawartości agresywnego CO2 w próbach wody.

Barwa jest optyczną właściwością wody, polegającą na pochłanianiu części widma promieniowania widzialnego przez substancje rozpuszczone, koloidalne oraz cząstki zawiesin obecnych w wodzie lub ściekach. Barwę powodują między innymi takie czynniki jak roślinność i produkty jej rozkładu, związki humusowe, obecność planktonu oraz jony metalu (np. Fe i Mn).

BARWA – Próba „30”

Rozróżnia się barwę rzeczywistą oraz barwę pozorną.

Barwa pozorna spowodowana jest obecnością substancji rozpuszczonych oraz drobnych cząstek zawieszonych w wodzie. Aby otrzymać barwę rzeczywistą, czyli taką, jaką ma woda, gdy pozbawi się jej mętności, próbę wody poddano sączeniu. W tym celu wykorzystano lejek z bibułą, do którego wlano badaną wodę. Po pierwszym przesączeniu, próbkę wylano, ponieważ wyniki mogłyby być niejednoznaczne z powodu pyłu z bibuły. Pierwsze sączenie stanowiło więc rolę „przepłukania” bibuły. Następnie wykonano ponowne sączenie badanej wody V=75 ml=75 cm3.

W doświadczeniu wykorzystano metodę instrumentalną przy wykorzystaniu fotometru w zakresie widma widzialnego, w oparciu o krzywą wzorcową według skali di chromianowo-kobaltowej.

Przesączoną próbkę wody umieszczono w fotometrze i zmierzono osłabienie absorpcji światła przy długości fali lambda=390 nm w porównaniu z wodą destylowaną.

Barwę w badanej próbce obliczono z równania:

X=a * 1000/V

gdzie a-wartość odczytana z krzywej wzorcowej [mg Pt/100 cm3]

V-objętość próbki badanej użyta do oznaczenia [cm3].

Woda	Wartość odczytana z fotometru	Wartość odczytana z wykresu krzywej wzorcowej [mg Pt/100 cm3]	Barwa = a * 1000/V [mg Pt/ dm3]
Nieprzesączona	0,074	5	5 * 1000/75 = 66,67
Przesączona	0,061	4,15	4,15 * 1000/75 = 55,55

Jednostka barwy [mg Pt/dm3] to zabarwienie jakie nadaje 1 mg platyny rozpuszczonej w heksachloroplatyninie (IV) potasu – K2PtCl6 w 1 dm3 wody destylowanej z dodatkiem 0,5 mg kobaltu w postaci chlorku kobaltu (II) – CoCl2 x 6H2O.

W Polsce barwa wody do picia nie może przekraczać 15 mg Pt/dm3, co jest zgodne z zaleceniami WHO. Zatem na podstawie powyższego badania, można stwierdzić, że ani woda nieprzesączona, ani przesączona nie nadają się do picia.

AGRESYWNY CO2 – Próba „29”

W celu oznaczenia zawartości agresywnego CO2 w wodzie wykorzystano metodę pośrednią przy użyciu tablic według Lechmanna i Reussa. Tablice zostały ułożone na podstawie równowagi węglanowej, jaka istnieje między zasadowością i wolnym di tlenkiem węgla. Dlatego przed przystąpieniem do analizy tablic, oznaczono najpierw zasadowość ogólną oraz wolny di tlenek węgla.

ZASADOWOŚĆ OGÓLNA – Próba „29”

Zasadowość jest to zdolność wody do zobojętnienia mocnych kwasów mineralnych wobec umownych wskaźników. Spowodowane jest to obecnością w wodzie węglanów, wodorowęglanów oraz wodorotlenków (lecz także występujących w mniejszym stężeniu krzemiany, borany, fosforany, amoniak, zasadowe związki organiczne, sole hydrolizujące z odczynem zasadowym).

Rozróżniamy zasadowość mineralną i zasadowość ogólną.

Zasadowość ogólna to ilościowy wskaźnik zawartości jonów węglanowych, wodorowęglanowych, wodorotlenkowych i innych anionów pochodzących z dysocjacji soli słabych kwasów i mocnych zasad, oznaczany przy miareczkowaniu próbki mocnym kwasem do pH=4,5 wobec oranżu metylowego jako wskaźnika.

Do oznaczenia zasadowości ogólnej wykorzystano metodę miareczkową wobec wskaźnika. Do kolby stożkowej wprowadzono za pomocą pipety 100 cm3 próbki i dodano 5 kropki oranżu metylowego jako wskaźnika. Próbka zabarwiła się na żółto. Następnie rozpoczęto miareczkowanie roztworem 0,1 M HCl do zmiany zabarwienia na kolor pomarańczowy. Wykonano dwie próby oznaczenia zasadowości ogólnej. Objętość HCl w pierwszym oznaczeniu wynosiła V1=4,7cm3, natomiast w drugim wynosiła V2=4,6 cm3. W badaniu wykorzystano średnią wartość tych objętości V=4,65 cm3.

Zasadowość ogólną wyznaczono ze wzoru

Zog = (0,1 * a * 1000)/V

gdzie a – objętość 0,1 M HCl użytego do miareczkowania próbki wobec oranżu metylowego [cm3], V- objętość próbki badanej [cm3]

Zatem Zog=(0,1 * 4,65 *1000)/100 = 4,65 mval/dm3.

Korzystając z zależności: 1 mval/dm3 = 22 mg CO2/dm3, wyrażono zasadowość ogólną jako Zog=4,65 * 22 = 102,3 mg CO2/dm3

WOLNY DITLENEK WĘGLA – Próba „29”

Wolny ditlenek węgla jest obecny prawie w każdej wodzie naturalnej. Powstaje w wodzie w wyniku procesów geochemicznych(wody podziemne), procesów metabolicznych organizmów wodnych, powietrza atmosferyczne(wody powierzchniowe) czy procesów rozkładu związków organicznych. Ilość ditlenku węgla jest zależna od zawartości materii w wodzie oraz od tego jak intensywnie przebiegają procesy i w jakim kierunku. Jego formy w wodach naturalny: CO2 ogólny dzieli się na CO2 związany (ten dzieli się na CO2 węglanowy i CO2 wodorowęglanowy) oraz na CO2 wolny( ten dzieli się na CO2 równowagi i CO2 agresywny). W wodach naturalnych prawie cały wolny ditlenek stanowi rozpuszczony CO2 i mała ilość H2CO3. Jest o suma ditlenku węgla równowagi i agresywnego. W zależności od odczynu wody, ditlenek występuje pod różną postacią (gazowa, jon wodorowęglanowy lub węglanowy). Wody mają najczęściej pH między 6,5-8,5 co oznacza, że ditlenek jest głównie w postaci zespołu związków kwasu węglowego.

Ilość wolnego ditlenku węgla oznaczono metodą miareczkową wobec fenoloftaleiny. Próba nie zawierała żadnych czynników przeszkadzających wykonanie oznaczenia. Do cylindra Nesslera z korkiem delikatnie zlewarowano 100cm3 próbki. Potem dodano 3 krople fenoloftaleiny jako wskaźnika. Po zamknięciu cylindra, delikatnie wymieszano jego zawartość. Następnie zaczęto miareczkować próbkę 0,05M NaOH aby uzyskać lekkie różowe zabarwienie utrzymujące się nie krócej niż 3 min. Po każdej dodanej porcji zamykano cylinder i mieszano zawartość. Wykonano dwie próby, pierwsza po to by orientacyjnie wiedzieć ile dodać 0,05M NaOH do uzyskania pożądanej barwy(nie bierzemy jej pod uwagę do obliczeń), druga już została przeprowadzona dokładnie. W pierwszej objętość 0,05 NaOH wynosiła 3,75 ml, a w drugiej 3,6 ml.

Stężenie wolnego ditlenku węgla [mgCO2/dm3]

X=a*2,2*1000/V

Gdzie a –objętość roztworu 0,05NAOH użytego do badania [cm3], 2,2- współczynnik przeliczeniowy zużytego NaOh na liczbę mg CO2, V- objętość użytej próbki[cm3]

Zatem

X=3,6*2,2*1000/100=79,2[mgCO2/dm3]

Mając te dane można przejść do obliczenia agresywnego dwutlenku węgla w wodzie na podstawie danych zawartych w tabeli. Ułożona jest ona na podstawie równowagi węglanowej, między zasadowością i wolnym ditlenkiem węgla, gdzie S oznacza sumę wolnego i związanego CO2 w mg/dm3, a G sumę związanego i agresywnego CO2 pomnożoną przez współczynnik dysocjacji kwasu węglowego.

S wyznaczono ze wzoru

S=a+Za

Gdzie a-zawartość wolnego ditlenku węgla [mg Co2/dm3], Za –zasadowość próbki [mg Co2/dm3]

Zatem S=79,2+102,3=181,5 [CO2/dm3]

Z wykresu odczytano, że przy S=181,5 G=127,7[CO2/dm3].

Zawartość agresywnego ditlenku węgla oblicza się wg woru

Xa=G-Za=127,7-102,3=25,4[mg CO2/dm3]

Oznaczenie agresywnego ditlenku węgla jest ważne, ponieważ ditlenek węgla powoduje  korozję widoczną na betonie, rurociągach i w pojemnikach ciepłej wody wykonanych ze stali czarnej. Powinien zostać usunięty z wody stosowanej do celów budowlanych, ponieważ powoduje rozpuszczanie się węglanu wapnia w zaprawach i betonie.