Wrocław, 27.02.2012 r.
Politechnika Wrocławska
Studium Kształcenia Podstawowego
pt.: „Woda”
Paweł Gibała
Grupa: środa godzina 11:15-13:00
Rok I studiów stacjonarnych
Woda jest jedną z najbardziej rozpowszechnionych związków chemicznych w przyrodzie o wzorze H2O. W warunkach standardowych występuje w stanie ciekłym. W stanie gazowym wodę określa się mianem pary wodnej, natomiast w stałym stanie skupienia – lodem. Woda jest bezbarwną cieczą, bez smaku i zapachu, posiada również ciekawe właściwości biologiczne. Największą gęstość woda wykazuje w temperaturze 4°C, dzięki temu w zbiornikach wodnych woda zamarza tylko na powierzchni, co umożliwia życie organizmów w głębi wody. Dzieje się tak dzięki asocjacji cząsteczek wody na większe cząsteczki o wzorze (H2O)x , które mają mniejszą gęstość. Zjawisko asocjacji jest możliwe dzięki biegunowej budowie cząsteczki wody(woda,2012)
Woda jest substancją chemicznie aktywną, niektóre metale takie jak Na, K Ca reagują z nią już w temperaturze pokojowej wydzielając z niej wodór. Związki chemiczne takie jak np. wodorowęglany i chlorki wywołują tzw. twardość wody, która utrudnia pienienie się środków piorących. Definiujemy twardość całkowitą, która dzieli się na:
- twardość węglanową – wywołaną przez wodorowęglany wapnia Ca(HCO3)2 i magnezu MG(HCO3)2
-twardość niewęglowa – spowodowana zawartością w wodzie innych soli wapnia i magnezu np. CaSO4, MgSO4, CaCl2, Mgcl2.
Twardą wodę można zmiękczyć, proces ten polega na usuwaniu jonów wapnia i magnezu. Proces całkowitego usuwania soli z wody przyjęto nazywać demineralizacją wody (Masełko, 2011).
W tym doświadczeniu, na początku należało odparować 50 cm3 wody wodociągowej w parowniczce. Do pozostałości w parowniczce dodaliśmy kilka kropel stężonego kwasy solnego.
Roztwór zaczyna się burzyć i wydziela się gaz
Po dodaniu stężonego kwasu solnego roztwór zaobserwowaliśmy burzenie się roztworu i wydzielanie się gazu CO2 , nastąpiła reakcja:
CaCO3 + 2 HCl = CaCl2 + CO2↑ + H2O.
Reakcja zaszła poprawnie, co wskazuję na występowanie wodorowęglanu wapnia i magnezu w wodzie wodociągowej.
Do roztworu pozostałego z doświadczenia A dodaliśmy kolejno: amoniak, chlorek amonu i na końcu szczawian amonu (NH4)2C2O4
Po dodaniu amoniaku zachodzi szybka reakcja i wydzielają się białe opary, następnie dodaliśmy chlorek amonu jednak żadna reakcja nie zaszła. Dopiero po dodaniu szczawianu amonu zauważyliśmy wytrącenie białego osadu.
Wytrącenie się białego osadu świadczy o obecności soli wapnia, po dodaniu wszystkich składników nastąpiła reakcja:
CaCl2 + (NH4)2C2O4 = CaC2O4↓ + 2NH4Cl.
W doświadczeniu B reakcja zachodzi poprawnie i widać wydzielenie się osadu co świadczy o obecności jonów wapniowych Ca2+ w wodzie wodociągowej.
Do roztworu pozostałego z doświadczenia A dodaliśmy kilka kropel HNO3. Całość zagotowaliśmy i poczekaliśmy aż ostygnie. Następnie dodaliśmy kilka kropel roztworu rodanku potasu KCNS.
Gdy dodaliśmy do roztworu HNO3 i podgrzaliśmy roztwór nie zaobserwowaliśmy żadnej. Dopiero po dodaniu rodanku potasu roztwór zabarwił się na jasno czerwono.
Zmiana koloru roztworu na czerwony wykazuje, że zaszła reakcja:
Fe(NO3)3 + 3 KCNS = Fe(CNS)3 + 3 KNO3
Zajście tej reakcji świadczy o obecności soli żelazowych w roztworze.
Po dodaniu rodanku potasu roztwór zabarwił się na czerwono co świadczy o obecności jonów żelazowych (Fe3+)
Do trzech próbówek nalaliśmy kolejno wodę rzeczna, wodociągową i destylowaną. Następnie do każdej próbówki dodaliśmy kilka kropel roztworu azotanu srebra.
Po dodaniu roztworu azotanu srebra do próbówek woda rzeczna zmętniała i po dłuższej chwili wydzielił się osad chlorku srebra, woda wodociągowa lekko zmętniała, natomiast w probówce z wodą destylowaną nie zaobserwowana żadnych zmian.
Zmętnienie wody lub wytrącenie białego osadu chlorku srebra świadczy o obecności jonów chlorkowych, zachodzi reakcja:
NaCl + AgNO3 = AgCl↓ + NaNO3.
Woda zmętniała tylko w dwóch pierwszych probówkach (z wodą rzeczną i wodociągową), natomiast woda destylowana pozostała klarowna.
Osad wytrącił się tylko w probówce z wodą rzeczną, oznacza to, że znajdowało się tam najwięcej jonów chlorkowych. Woda wodociągowa zmętniała lecz osadu nie zaobserwowaliśmy, oznacza to, że w probówce znajdowały się niewielkie ilości jonów chlorkowych, natomiast klarowność wody destylowanej pozostała bez zmian co świadczy o braku jonów chlorkowych.
Do trzech próbówek nalaliśmy kolejno wodę rzeczna, wodociągową i destylowaną. Następnie do każdej próbówki dodaliśmy kilka cm3 wodnego roztworu chlorku baru.
Po dodaniu wodnego roztworu chlorku baru do próbówek woda rzeczna zmętniała, woda wodociągowa zmętniała w górnej części, natomiast w probówce z wodą destylowaną nie zaobserwowana żadnych zmian.
Zmętnienie wody świadczy o obecności jonów siarczanowych, zachodzi reakcja:
CaSO4 + BaCl2 = BaSO4↓ + CaCl2
Woda zmętniała tylko w dwóch pierwszych probówkach (z wodą rzeczną i wodociągową), natomiast woda destylowana pozostała klarowna.
Jony siarczanowe występują tylko w wodzie rzecznej i wodociągowej z tym, że w wodzie rzecznej jest ich więcej ponieważ zmętnienie wody było wyraźniejsze.
Do trzech próbówek nalaliśmy kolejno wodę rzeczna, wodociągową i destylowaną. Następnie do każdej próbówki dodaliśmy 1 cm3 odczynnika Neslera.
Po dodaniu odczynnika Neslera do próbówek, w żadnej z nich nie zaszła reakcja i nie zaobserwowaliśmy zmiany barwy.
Jeśli któraś z próbówek zawierała by amoniak albo sole amonowe, wtedy badany roztwór zmienił by kolor i zaszła by reakcja:
2K2HgI4 + KOH + NH4OH = 7KI + 3H2O + Hg2ONH2I.
W żadnej z trzech badanych próbówek nie nastąpiła zmiana koloru, czyli reakcja nie zaszła. Oznacza to, że żadna woda nie zawiera amoniaku ani soli amonowych.
W tym doświadczeniu zmierzyliśmy pH i przewodnictwo elektryczne wody rzecznej, wodociągowej i destylowanej, po czym porównaliśmy otrzymane wyniki.
Tabela 1. Wynik pomiaru pH i przewodnictwa elektrycznego
| Rodzaj wody | pH | Przewodnictwo [μS] |
|---|---|---|
| Rzeczna | 6,7 | 904 |
| Wodociągowa | 7,5 | 585 |
| Destylowana | 6,9 | 7,9 |
Zaobserwowano, że woda rzeczna wykazuje największe przewodnictwo elektryczne ze wszystkich badanych próbek. Woda wodociągowa również wykazuje się dużym przewodnictwem, natomiast woda destylowana znikomym. Doświadczenie to wykazało, że H2O bez żadnych dodatków nie jest dobrym przewodnikiem. Woda wodociągowa i rzeczna są dobrymi przewodnikami ponieważ występują w niej rozpuszczone przewodniki.
W tym doświadczeniu zmierzyliśmy również pH. Okazało się, że woda wodociągowa ma najwyższe pH i odczyn zasadowy. W pozostałych próbkach pH było mniejsze od 7.0, woda destylowana posiada mniejsze pH niż rzeczna. Podwyższony współczynnik pH w wodzie rzecznej i wodociągowej jest powodowany jonami występującymi w tych wodach.
Woda rzeczna i wodociągowa wykazują duże podobieństwo współczynnika pH i przewodnictwa prądu. Zawierają różnego rodzaju rozpuszczone związki chemiczne, które podwyższają ich przewodnictwo elektryczne i pH. Woda destylowana ma niski współczynnik pH i znikome przewodnictwo elektryczne, przyczyną tego jest brak jakichkolwiek rozpuszczonych związków chemicznych. Wynika z tego ze czysta chemicznie woda nie przewodzi prądu, przewodnikami są rozpuszczone w wodzie związki chemiczne.
- woda, 2012, http://pl.wikipedia.org/wiki/Woda
- Jerzy Masełko, 2011, instrukcja do ćwiczenia pt. „woda”