Politechnika Warszawska WBMiP w Płocku	02.04.2009 r.
IS Grupa I	Patryk Krac Przemysław Drzewaszewski Robert Matusiak
Numer sprawozdania:	2
Temat: Wymiana jonowa	Ocena:

Zakres ćwiczenia

Zakres ćwiczenia obejmuje przeprowadzenie analizy wody w zakresie: twardość, zasadowość i odczyn pH przed i po zastosowaniu masy jonowymiennej.

Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest poznanie procesu wymiany jonowej oraz ocena jego skuteczności.

Zasada metody

Metoda opiera się na analizach wody wykonanych przed i po użyciu jednakowej dawki masy jonowymiennej dla wszystkich prób wody przy jej różnym rozcieńczeniu.

1. Przebieg ćwiczenia

• Do sześciu kolb odmierzaliśmy odpowiednią ilość wody. Próba nr 1 była bez rozcieńczeń (500 cm³) a następne odpowiednio rozcieńczone :

nr 2 - 400 cm³ próby + 100 cm³ wody destylowanej ;

nr 3 - 350 cm³ próby + 150 cm³ wody destylowanej ;

nr 4 - 250 cm³ próby + 250 cm³ wody destylowanej ;

nr 5 - 200 cm³ próby + 300 cm³ wody destylowanej ;

nr 6 - 150 cm³ próby + 350 cm³ wody destylowanej ;

• Do każdej z kolb dodaliśmy jednakową ilość masy jonowymiennej a następnie przez 15 minut było zastosowane mieszanie.

• W tym czasie wykonaliśmy oznaczenia pH, zasadowości i twardości badanej wody stosując rozcieńczenia:

nr 1 – 100 cm³ (próba surowa);

nr 2 - 80 cm³ próby + 20 cm³ wody destylowanej;

nr 3 - 70 cm³ próby + 30 cm³ wody destylowanej;

nr 4 - 50 cm³ próby + 50 cm³ wody destylowanej;

nr 5 - 40 cm³ próby + 60 cm³ wody destylowanej;

nr 6 - 30 cm³ próby + 70 cm³ wody destylowanej;

ZASADOWOŚĆ

$\mathbf{Z}_{\mathbf{m}}\mathbf{=}\frac{\mathbf{V}_{\mathbf{\text{HCl}}}\mathbf{\bullet}\mathbf{C}_{\mathbf{\text{HCl}}}\mathbf{\bullet 1000}}{\mathbf{V}_{\mathbf{proby}}}$ [mmol/dm³]

V_HCl – ilość 0,1 M HCl użyta do zmiareczkowania próby , cm³

V_próby - objętość próby wziętej do oznaczenia , cm³

C_HCl – stężenie HCl – 0,1 M

Próba nr 1

V_HCl – 4 cm³

V _próby – 100 cm³

C_HCl= 0,1 M

$$Z_{m} = \ \frac{4 \bullet 0,1 \bullet 1000}{100} = 4\frac{\text{mmol\ }}{\text{dm}^{3}}$$

Próba nr 2

V_HCl= 3,5 cm³

C_HCl= 0,1 M

V_próby= 100 cm³

$$Z_{m} = \ \frac{3,5 \bullet 0,1 \bullet 1000}{100} = 3,5\ \frac{\text{mmol\ }}{\text{dm}^{3}}$$

Próba nr 3

V_HCl= 3,2 cm³

C_HCl= 0,1 M

V_próby= 100 cm³

$$Z_{m} = \frac{3,2 \bullet 0,1 \bullet 1000}{100} = 3,2\ \frac{\text{mmol\ }}{\text{dm}^{3}}$$

Próba nr 4

V_HCl= 2,7 cm³

C_HCl= 0,1 M

V_próby= 100 cm³

$$Z_{m} = \frac{2,7 \bullet 0,1 \bullet 1000}{100} = 2,7\ \frac{\text{mmol\ }}{\text{dm}^{3}}$$

Próba nr 5

V_HCl= 2 cm³

C_HCl= 0,1 M

V_próby= 100 cm³

$$Z_{m} = \frac{2 \bullet 0,1 \bullet 1000}{100} = 2\ \frac{\text{mmol\ }}{\text{dm}^{3}}$$

Próba nr 6

V_HCl= 1,6 cm³

C_HCl= 0,1 M

V_próby= 100 cm³

$$Z_{m} = \frac{1,6 \bullet 0,1 \bullet 1000}{100} = 1,6\ \frac{\text{mmol\ }}{\text{dm}^{3}}$$

TWARDOŚĆ OGÓLNA

$T_{\text{og}} = \frac{a \bullet 0,01 \bullet 1000}{V}$ [mmol/dm³]

1. ilość 0,01 M roztworu wersenianu dwusodowego użyta do miareczkowania ,cm³

V- objętość próbki użyta do oznaczenia ,cm³

Próba nr 1

a= 19,8 cm³

V= 100 cm³

$$T_{\text{og}} = \frac{19,8 \bullet 0,01 \bullet 1000}{100} = 1,98\ \frac{\text{mmol}}{\text{dm}^{3}}$$

Próba nr 2

a= 17,1 cm³

V= 100 cm³

$$T_{\text{og}} = \frac{17,1 \bullet 0,01 \bullet 1000}{100} = 1,71\ \frac{\text{mmol}}{\text{dm}^{3}}$$

Próba nr 3

a= 15 cm³

V= 100 cm³

$$T_{\text{og}} = \frac{15 \bullet 0,01 \bullet 1000}{100} = 1,5\ \frac{\text{mmol}}{\text{dm}^{3}}$$

Próba nr 4

a = 12,2 cm³

V = 100 cm³

$T_{\text{og}} = \frac{12,2\ \bullet \ 0,01\ \bullet \ 1000}{100} = 1,21\frac{\text{mmol}}{\text{dm}^{3}}$

Próba nr 5

a = 9,1 cm³

V = 100 cm³

$$T_{\text{og}} = \frac{9,1 \bullet 0,01 \bullet 1000}{100} = 0,91\ \frac{\text{mmol}}{\text{dm}^{3}}$$

Próba nr 6

a = 7,1 cm³

V = 100 cm³

$$T_{\text{og}} = \frac{7,1 \bullet 0,01 \bullet 1000}{100} = 0,71\ \frac{\text{mmol}}{\text{dm}^{3}}$$

ODCZYN pH

Próba nr 1 - 7,54

Próba nr 2 - 7,50

Próba nr 3 - 7,46

Próba nr 4 - 7,43

Próba nr 5 - 7,41

Próba nr 6 - 7,38

• Próby z masą jonowymienną po mieszaniu były pozostawione do odstania. Następnie wykonaliśmy oznaczenia zasadowości, twardości i pH stosując rozcieńczenia identyczne jak w próbach przed dodaniem kationitu.

ZASADOWOŚĆ

$\mathbf{Z}_{\mathbf{m}}\mathbf{=}\frac{\mathbf{V}_{\mathbf{\text{HCl}}}\mathbf{\bullet}\mathbf{C}_{\mathbf{\text{HCl}}}\mathbf{\bullet 1000}}{\mathbf{V}_{\mathbf{proby}}}$ [mmol/dm³]

V_HCl – ilość 0,1 M HCl użyta do zmiareczkowania próby , cm³

V_próby - objętość próby wziętej do oznaczenia , cm³

C_HCl – stężenie HCl – 0,1 M

Próba nr 1

V_HCl – 4,2 cm³

V _próby – 100 cm³

C_HCl= 0,1 M

$$Z_{m} = \ \frac{4,2 \bullet 0,1 \bullet 1000}{100} = 4,2\ \frac{\text{mmol\ }}{\text{dm}^{3}}$$

Próba nr 2

V_HCl= 4 cm³

C_HCl= 0,1 M

V_próby= 100 cm³

$$Z_{m} = \ \frac{4 \bullet 0,1 \bullet 1000}{100} = 4\ \frac{\text{mmol\ }}{\text{dm}^{3}}$$

Próba nr 3

V_HCl= 3,5 cm³

C_HCl= 0,1 M

V_próby= 100 cm³

$$Z_{m} = \frac{3,5 \bullet 0,1 \bullet 1000}{100} = 3,5\ \frac{\text{mmol\ }}{\text{dm}^{3}}$$

Próba nr 4

V_HCl= 2,8 cm³

C_HCl= 0,1 M

V_próby= 100 cm³

$$Z_{m} = \frac{2,8 \bullet 0,1 \bullet 1000}{100} = 2,8\ \frac{\text{mmol\ }}{\text{dm}^{3}}$$

Próba nr 5

V_HCl= 2,4 cm³

C_HCl= 0,1 M

V_próby= 100 cm³

$$Z_{m} = \frac{2,4 \bullet 0,1 \bullet 1000}{100} = 2,4\ \frac{\text{mmol\ }}{\text{dm}^{3}}$$

Próba nr 6

V_HCl= 1,6 cm³

C_HCl= 0,1 M

V_próby= 100 cm³

$$Z_{m} = \frac{1,6 \bullet 0,1 \bullet 1000}{100} = 1,6\ \frac{\text{mmol\ }}{\text{dm}^{3}}$$

TWARDOŚĆ OGÓLNA

$T_{\text{og}} = \frac{a \bullet 0,01 \bullet 1000}{V}$ [mmol/dm³]

1. ilość 0,01 M roztworu wersenianu dwusodowego użyta do miareczkowania ,cm³

V- objętość próbki użyta do oznaczenia ,cm³

Próba nr 1

a= 0 cm³

V= 100 cm³

$$T_{\text{og}} = \frac{0 \bullet 0,01 \bullet 1000}{100} = 0$$

Próby nr1, 2, 3, 4, 5, 6 twardość ogólną miały równą 0.

ODCZYN pH

Próba nr 1 - 7,13

Próba nr 2 - 7,0

Próba nr 3 - 6,96

Próba nr 4 - 6,94

Próba nr 5 - 6,91

Próba nr 6 - 6,88

1. Wnioski

W wyniku przeprowadzonych analiz (pH, twardość, zasadowość) zaobserwowaliśmy,

że przy jednakowej ilości masy jonowymiennej dla wszystkich prób, najlepsze efekty były przy rozcieńczeniu próby nr 4 (1 : 1 ). Zasadowość próby po wymianie jonowej

w stosunku do tej przed wymianą nieznacznie wzrosła przy malejącym pH. Jednak największe efekty zaobserwowaliśmy przy twardości. Dzięki procesowi wymiany uzyskaliśmy całkowicie miękką wodę nie zawierającą twardości ogólnej (T_og. = 0)

Biorąc pod uwagę wysoki koszt mas jonowymiennych proces nie jest powszechny w gospodarstwach domowych a stosowany jest głównie tam, gdzie woda powinna odpowiadać szczególnym wymaganiom np w przemyśle ciepłowniczym ,energetycznym

czy farmaceutycznym.

Zestawienie tabelaryczne wyników dla próbki wody

Lp.	Odczyn pH	Wartość zasadowości	Wartość twardości ogólnej
	przed użyciem kationitu	po użyciu kationity	przed użyciem kationitu
			$$\frac{\text{mmol}}{\text{dm}^{3}}$$
1.	7,34	7,13	4,4
2.	7,3	7,0	3,7
3.	7,28	6,96	3,3
4.	7,25	6,94	2,4
5.	7,2	6,91	1,9
6.	7,18	6,88	1,5