Andżelika Suchecka Wrocław, 08.05.2008

Uniwersytet Przyrodniczy

Wydział Nauk o Żywności

Technologia Żywności i Żywienie Człowieka

Rok III, gr.6

Sprawozdanie 1

Temat 1: Fizyczne i chemiczne właściwości wody.

Temat 2: Woda w przemyśle spożywczym.

1. Fizyczne i chemiczne właściwości wody

1. Oznaczenie odczynu wody za pomocą pH-metru.

• Zasada oznaczenia:
  Oznaczenie odczynu wody za pomocą pH-metru polega na pomiarze siły elektromotorycznej ogniwa składającego się z elektrody roboczej, pomocniczej i roztworu badanego.
  

• Wykonanie oznaczenia:
  Oznaczenie wykonuje się za pomocą pH-metru. Przed pomiarem elektrodę należy umieścić w buforze, wyskalować pH-metr, a następnie zmierzyć pH badanej wody. Po zakończonym pomiarze należy przepłukać elektrodę wodą destylowaną.
  

• Wynik oznaczenia:
  pH badanej wody wynosi 7.89

1. Oznaczenie kwasowości ogólnej:

• Wykonanie oznaczenia:
  Do cylindra odmierzamy 100 cm³ badanej wody i 10 kropel roztworu fenoloftaleiny, po czym natychmiast miareczkować wodorotlenkiem sodu do lekko różowego zabarwienia utrzymującego się przez 3 minuty.
  

• Obliczenie kwasowości ogólnej za pomocą wzoru:
  K_og= (a*0.1*1000)/v [val/m³]
  a- objętość roztworu wodorotlenku sodu o stężeniu 0.1 mol/dm³ zużyta do miareczkowania wobec fenoloftaleiny [cm³]
  v- objętość próby użytej do oznaczenia [cm³]
  a = 0.2 cm³
  v = 100 cm³
  K_og= (0.2*0.1*1000)/100
  K_og= 0.2 val/m³
  

• Wynik oznaczenia:

Kwasowość ogólna badanej wody wynosi 0.25 val/m³

1. Oznaczenie zasadowości F i M:

• Zasada oznaczenia:
  Metoda ta polega na określeniu zawartości związków reagujących w wodzie zasadowo wobec odpowiedniego wskaźnika. Zasadowość oznacza się przez miareczkowanie wody badanej mianowanym roztworem mocnego kwasu, najpierw wobec fenoloftaleiny, a następnie wobec oranżu metylowego. Podczas oznaczania zasadowości zachodzą reakcje:
  OH- + H+ = H 2O
  CO32- +H+ =HCO3- (wobec fenoloftaleiny)
  HCO3- +H+ = CO2 + H2O (wobec oranżu metylowego)
  

• Wykonanie oznaczenia:
  ∼ Zasadowość F: Do kolby stożkowej odmierzyć 20 cm3 badanej wody, dodać 4 krople fenoloftaleiny i miareczkować kwasem solnym 0.1 mol/dm3 do zaniku różowego zabarwienia. Ilość zużytego kwasu oznaczyć literą a.
  ∼ Zasadowość M: Do tej samej próby dodać 3 krople oranży metylowego i miareczkować tym samym kwasem solnym do wyraźnej zmiany zabarwienia z żółtej na pomarańczową. Ilość zużytego kwasu oznaczyć literą b.
  

• Obliczenie zasadowości F i M wody wapiennej za pomocą wzorów:
  F= (a*0.1*1000)/v [val/m3]
  M= [(a+b)*0.1*1000]/v [al/m3]
  gdzie:
  a- objętość kwasu solnego zużytego wobec fenoloftaleiny [cm3]
  b- objętość kwasu solnego zużytego wobec oranżu metylowego [cm3]
  przelicznik
  v- objętość próbki wody użytej do oznaczenia [cm3]
  a= 3.45 cm3
  b= 0.275 cm3
  v= 20 cm3
  F= (3.45*0.1*1000)/20 val/m3
  F= 17.25 val/m3
  M= [(3.45+0.275)*0/1*1000]/20 val/m3
  M= 18.625 val/m3
  Zasadowość M dla wody badanej:
  a= 0 cm3
  b= 3.25 cm3
  v= 100 cm3
  M= [(0+3.25)*0.1*1000]/100
  M= 3.25 val/m3
  

1. Wynik oznaczenia:
   Zasadowość wody wapiennej wobec fenoloftaleiny, czyli zasadowość F wynosi 17.25 val/m3. Natomiast zasadowość M wody wapiennej, czyli zasadowość wobec oranżu metylowego wynosi 18.625 val/m3. Zasadowość badanej wody wynosi 3.25 val/m3

1. Oznaczenie twardości ogólnej:

• Zasada oznaczenia:
  Polega na tworzeniu się związków kompleksowych soli dwusodowej kwasu etylenodwuaminowego, zwanego kwasem wersenowym, z jonami wapnia i magnezu. Jako wskaźnika należy użyć czerni eriochromowej ET, która przy pH około 10 tworzy z jonami magnezu związek kompleksowy o barwie czerwonej. Koniec miareczkowania następuje gdy czerwone zabarwienie w obecności nadmiaru wersenianu sodowego zmienia się na niebieskie.
  

• Wykonanie oznaczenia:
  Oznaczenie twardości wody wykonujemy przy użyciu próby z oznaczenia zadowości F i M. Do tej próby dodajemy 1 cm³ buforu amonowego oraz szczyptę czerni ET, następnie miareczkujemy wersenianem sodu. Z chwilą pojawienia się brązowofioletowego zabarwienia dodać bardzo wolno wersenian, energicznie mieszając, aż do zmiany zabarwienia na zielone. Zmiana barwy z czerwonej na zieloną świadczy o końcu reakcji.
  

• Obliczenie twardości ogólnej za pomocą wzoru:
  T_wo= (a*0.1*1000)/v [^otw]
  gdzie:
  a-objętość zużytego wersenianu sodu [cm³]
  v- objętość próbki wody użytej do oznaczenia [cm³]
  0.1-przelicznik
  1^otw= 2.8 val/m³
  
  a= 19.9 cm³
  v= 100 cm³
  
  T_wo= (19.9*0.1*1000)/100 ^otw
  T_wo= 19.9 ^otw

• Wynik oznaczenia:
  Twardość ogólna badanej wody wynosi 19.9 ^otw

2. Oznaczenie miana wody wapiennej X (zawartość CaO w wodzie wapiennej)

1. Oznaczenie miana wody wapiennej X:

• Zasada oznaczenia:
  Dekarbonizację wody za pomocą wapna stosuje się dla wody przeznaczonej dla chłodzenia, oraz w celu częściowego zmiękczenia wody do zasilania kotłów parowych. W przypadku uzdatniania wody przeznaczonej do chłodzenia, proces ten ma na celu obniżenie w wodzie twardości węglanowej. Do wody dodajemy wodorotlenek wapnia, w postaci wody wapiennej lub mleka wapiennego, który powoduje wytrącenie osadu węglanu wapnia. Bardzo ważne jest, aby dawka wapnia była właściwa, gdyż wolny wodorotlenek wapniowy w wodzie chłodniczej wiąże dwutlenek węgla z atmosfery, co powoduje zwiększenie zawartości niepożądanego węglanu wapnia. Dekarbonizacja wody przebiega według poniższej reakcji:
  
  CO₂ +Ca(OH)₂ = CaCO₃+H₂O
  Ca(HCO₃)₂+ Ca(OH)₂=2 CaCO₃+ H₂O

• Wykonanie oznaczenia:
  W metodzie wapiennej należy oznaczyć zasadowość F i M. Na podstawie wyznaczonych wartości F i M wody wapiennej można obliczyć stężenie wodorotlenku wapnia w wodzie wapiennej w gCaO/m³

• Obliczenie miana wody wapiennej za pomocą wzoru:
  X= 28(2F- M)
  gdzie:
  
  X- stężenie wody wapiennej [gCaO/m³]
  28- równoważnik chemiczny CaO
  
  F- zasadowość F [val/m³]
  M- zasadowość M [val/m³]
  
  F= 17.25 val/m³
  M=18.625 val/m³
  
  X= 28(2*17.25-18.625)
  X= 444.5 gCaO/m³

• Wynik oznaczenia:
  Stężenie wody wapiennej wynosi 444.5 gCaO/m³

1. Obliczenie teoretycznej dawki tlenku wapnia na 1dm³ badanej wody:

• Wykonanie oznaczenia:
  Należy oznaczyć w badanej wodzie zasadowość ogólną M i kwasowość ogólną. Oba parametry zostały oznaczone w poprzedniej części ćwiczenia. Dawkę tlenku potrzebnego do zdekarbonizowania badanej wody określa się według poniższego wzoru:
  D= 28(M+K_og) [gCaO/m³]
  gdzie:
  D- teoretyczna dawka tlenku wapnia [gCaO/m³]
  28- równoważnik chemiczny CaO
  K_og= kwasowość ogólna [val/m³]
  M= zasadowość M [val/m³]
  M= 3.25 val/m³
  K_og= 0.2 val/m³
  
  D= 28(3.25+0.2)= 96.6 gCaO/m³
  
  Ponieważ 1cm³ wody wapiennej zawiera 0,00X mgCaO, zatem cm³ wody wapiennej przypadających na 1dm³ badanej wody oblicza się według wzoru:
  V= (D*1000)/X [cm³]
  V= (96.6*1000)/44.5 [cm³]
  V= 217.32 cm³ ≈218 cm³

• Wynik oznaczenia:
  Teoretyczna dawka tlenku wapnia wynosi 96.6 gCaO/m³, natomiast ilość wody wapiennej potrzebna do wykonania doświadczenia wynosi 218 cm³.
  
  Przeprowadzenie procesu dekarbonizacji wody. Dalszy przebieg ćwiczenia przeprowadzony jest dla V_t= 200 cm³. Do zlewki o pojemności 1-2dm³ odmierzamy 500cm³ wody badanej oraz obliczoną ilość wody wapiennej. Zawartość zlewki poddać szybkiemu mieszaniu przez trzy minuty, a następnie wolnemu w ciągu 1h. Po tym czasie pozostawić na 0.5h w celu sedymentacji zawiesin powstałych w czasie dekarbonizacji. Tak zdekarbonizowaną i sklarowaną wodę należy przesączyć przez sączek z bibuły. W przesączu tym oznaczamy pH, zasadowość F i M oraz twardość ogólną. Każdy z 4 zespołów dodał następujące zawartości procentowe wody wapiennej i wykonał powyższe oznaczenia:
  a) 25%
  b) 50%
  c) 75%
  d) 100%
  
  Mój zespół wykonywał obliczenia dla 75% wody wapiennej:

75%

200cm^3 - 100% x - 75% x = 150cm^3 x = 150cm^3: 2 x = 75cm^3


Pod względem klarowności przygotowanych roztworów, wyodrębniliśmy 4 dla których przeprowadziliśmy dalsze obliczenia. Są to 25% , 50% ,75% ,100% .

1. Oznaczenie odczynu wody za pomocą pH-metru.

• Zasada oznaczenia:
  Oznaczenie odczynu wody za pomocą pH-metru polega na pomiarze siły elektromotorycznej ogniwa składającego się z elektrody roboczej, pomocniczej i roztworu badanego.
  

• Wykonanie oznaczenia:
  Oznaczenie wykonuje się za pomocą pH-metru. Przed pomiarem elektrodę należy umieścić w buforze, wyskalować pH-metr, a następnie zmierzyć pH badanej wody. Po zakończonym pomiarze należy przepłukać elektrodę wodą destylowaną.

• Wynik oznaczenia:
  Dla 75% pH wody wynosi 10.03

1. Oznaczenie zasadowości F i M:

• Zasada oznaczenia:
  Metoda ta polega na określeniu zawartości związków reagujących w wodzie zasadowo wobec odpowiedniego wskaźnika. Zasadowość oznacza się przez miareczkowanie wody badanej mianowanym roztworem mocnego kwasu, najpierw wobec fenoloftaleiny, a następnie wobec oranżu metylowego. Podczas oznaczania zasadowości zachodzą reakcje:
  OH^- + H⁺ = H ₂O
  CO₃^2- +H⁺ =HCO₃^- (wobec fenoloftaleiny)
  HCO₃^- +H⁺ = CO₂ + H₂O (wobec oranżu metylowego)
  

• Wykonanie oznaczenia:
  ∼ Zasadowość F: Do kolby stożkowej odmierzyć 100 cm³ badanej wody, dodać 4 krople fenoloftaleiny i miareczkować kwasem solnym 0.1 mol/dm³ do zaniku różowego zabarwienia. Ilość zużytego kwasu oznaczyć literą a.
  ∼ Zasadowość M: Do tej samej próby dodać 3 krople oranży metylowego i miareczkować tym samym kwasem solnym do wyraźnej zmiany zabarwienia z żółtej na pomarańczową. Ilość zużytego kwasu oznaczyć literą b.
  

• Obliczenie zasadowości F i M wody wapiennej za pomocą wzorów:
  F= (a*0.1*1000)/v [val/m³]
  M= [(a+b)*0.1*1000]/v [al/m³]
  gdzie:
  a- objętość kwasu solnego zużytego wobec fenoloftaleiny [cm³]
  b- objętość kwasu solnego zużytego wobec oranżu metylowego [cm³]
  0.1 - przelicznik
  v- objętość próbki wody użytej do oznaczenia [cm³]
  
  a= 0.45 cm³
  b= 0.65 cm³
  v= 100 cm³
  
  F= (0.45*0.1*1000)/100 val/m³
  F= 0.45 val/m³
  
  M= [(0.35+0.65)*0/1*1000]/100 val/m³
  M= 1 val/m³
  

• Wynik oznaczenia:
  Zasadowość wody wapiennej wobec fenoloftaleiny, czyli zasadowość F wynosi 0.45 val/m³. Natomiast zasadowość M wody wapiennej, czyli zasadowość wobec oranżu metylowego wynosi 1 val/m³.
  

1. Oznaczenie twardości ogólnej:

• Zasada oznaczenia:
  Polega na tworzeniu się związków kompleksowych soli dwusodowej kwasu etylenodwuaminowego, zwanego kwasem wersenowym, z jonami wapnia i magnezu. Jako wskaźnika należy użyć czerni eriochromowej ET, która przy pH około 10 tworzy z jonami magnezu związek kompleksowy o barwie czerwonej. Koniec miareczkowania następuje gdy czerwone zabarwienie w obecności nadmiaru wersenianu sodowego zmienia się na niebieskie.
  

• Wykonanie oznaczenia:
  Oznaczenie twardości wody wykonujemy przy użyciu próby z oznaczenia zadowości F i M. Do tej próby dodajemy 1 cm³ buforu amonowego oraz szczyptę czerni ET, następnie miareczkujemy wersenianem sodu. Z chwilą pojawienia się brązowofioletowego zabarwienia dodać bardzo wolno wersenian, energicznie mieszając, aż do zmiany zabarwienia na zielone. Zmiana barwy z czerwonej na zieloną świadczy o końcu reakcji.
  

• Obliczenie twardości ogólnej za pomocą wzoru:
  T_wo= (a*0.1*1000)/v [^otw]
  gdzie:
  a-objętość zużytego wersenianu sodu [cm³]
  v- objętość próbki wody użytej do oznaczenia [cm³]
  0.1-przelicznik
  1^otw= 2.8 val/m³
  
  a= 7.4cm³
  v= 100 cm³
  
  T_wo= (7.4*0.1*1000)/100 ^otw
  T_wo= 7.4 ^otw
  

• Wynik oznaczenia:
  Twardość ogólna wody wynosi 7.8^otw
  
  Zestawienie wyników w tabeli:

Oznaczenie	25%	50%	75%	100%
pH	8.44	8.72	10.03	10.69
Zasadowość F	0.05 val/m^3	0.1 val/m^3	0.45 val/m^3	0.7 val/m^3
Zasadowość M	2.45 val/m^3	1.6 val/m^3	0.55 val/m^3	1.5 val/m^3
Twardość wody	12.1 ^otw	10^otw	7.4^otw	8.5^otw

Wnioski:

W doświadczeniu wyznaczono teoretyczny dodatek wody wapiennej, a następnie zastosowano jej rożny procentowy dodatek, w celu wybrania opcji najkorzystniejszej. Należy przy tym zaznaczyć, że czas przeprowadzenia dekarbonizacji nie był odpowiednio długi.

Z powyższego zestawienia wynika, iż najlepsze efekty otrzymaliśmy dla trzeciego oznaczenia, czyli dla 75% zawartości wody wapiennej. Dalsze przeprowadzanie
procesu dekarbonizacji wody nie jest konieczne, gdyż oczekiwany efekt procesu uzdatniania wody osiągamy już na wyżej wymienionym poziomie, czyli dla 75% zawartości wody wapiennej.

1

---