Wydział Gdańsk dn. 25.04.2001

Budownictwa Wodnego

i Inżynierii Środowiska

Laboratorium Chemii

Twardość

węglanowa i niewęglanowa

Grzegorz Robionek

Gr.IV. rok II

Środa godz: 14-16

Ćwiczenie wykonano: 18.04.2001

1. Wstęp teoretyczny

Żelazo, ferrum, Fe, pierwiastek chemiczny należący do grupy VIII B (żelazowce) w układzie okresowym, liczba atomowa 26, masa atomowa 55,85. Znanych jest jego 15 izotopów, w tym 4 trwałe.

Należy do pospolitszych pierwiastków w skorupie ziemskiej, występuje w licznych rudach, najczęściej w postaci tlenków (np. magnetyt, hematyt, limonit), oraz w niewielkich ilościach w stanie rodzimym.

Znane są związki chemiczne żelaza na wszystkich stopniach utlenienia od +2 do +6.

Do najważniejszych należą związki żelaza(II) i żelaza(III). Jest aktywne chemicznie, z rozcieńczonym kwasem solnym i fluorowodorem reaguje po zmieszaniu reagentów w temperaturze pokojowej.

Na gorąco wchodzi w reakcje z tlenem (Fe₂O₃), chlorem (FeCl₃), kwasem azotowym(V) (Fe(NO₃)₃), siarką (FeS).

Silnie ogrzane ulega działaniu fluoru (FeF₃), pary wodnej (Fe₃O₄), stężonego kwasu siarkowego (Fe₂(SO₄)₃). Nie reaguje z wodorem.

Do najważniejszych związków żelaza należą oprócz wymienionych: FeO, Fe(OH)₂, Fe(OH)₃, FeSO4*7H2O, Fe₃C, Fe(CO)₅ oraz żelazicyjanki i żelazocyjanki. W hutnictwie metaliczne żelazo otrzymuje się przez redukcję jego tlenków węglem.

Światowa roczna produkcja żelaza sięga 750 mln t.

Stosowane do wyrobu rdzeni elektromagnesów, produkcji stopów (stal, żeliwo), farb, materiałów ściernych.

Izotopy ⁵⁹Fe i ⁵⁵Fe wykorzystywane są w badaniach biochemicznych.

Niedobór żelaza powoduje wiele niekorzystnych skutków zdrowotnych jak; spadek sprawności fizycznej, obniżenie możliwości koncentracji i sprawności umysłowej, niesprawność pamięci i zły nastrój, zmniejszenie odporności na przeziębienia i infekcje lub zaburzenia rytmu pracy serca.

Charakterystycznym objawem niedoboru żelaza jest, łaknienie spaczone, czyli apetyt na produkty nie zaliczane do pokarmów, jak krochmal, lód, tynk i inne.

Ostatnim stadium niedoboru żelaza jest anemia, podczas której skutki niedoboru żelaza przyjmują stan ostry.

Anemia powstaje w wyniku długotrwałego niedożywienia, lub wyniszczających chorób, które obniżają ilość czerwonych ciałek i hemoglobiny.

Najlepszym źródłem żelaza są naturalne, mało przetworzone produkty spożywcze jak, podroby, chude czerwone mięso, ryby, zielone warzywa (chlorofil ma budowę chemiczną do hemoglobiny), groch, owoce, ostrygi, zioła. Istotny wpływ na zawartość żelaza w pokarmach ma sposób ich przyrządzania. Podczas długotrwałego gotowania żelazo przedostaje się do wylewanej wody. Potrawy kwaśne przyrządzane w naczyniach żeliwnych mogą o kilkaset procent zwiększyć zawartość żelaza.

Przeważnie ilość żelaza w organizmie przy dużej jego podaży w pokarmach nie przekracza optymalnego poziomu z powodu istnienia naturalnej bariery jego wchłaniania.

Kwas solny, kwas chlorowodorowy HCl⋅aq, HCl_aq, HCl, roztwór gazowego chlorowodoru, HCl, w wodzie, o stężeniu do ok. 40% wagi, bezbarwna ciecz dymiąca na powietrzu (ulatnia się chlorowodór), w reakcjach z zasadami daje chlorki (chlorki kwasowe).

Otrzymywanie, w przemyśle, poprzez wypieranie chlorowodoru z soli kamiennej za pomocą kwasu siarkowego i pochłanianie HCl w wodzie.

Techniczny HCl bywa zabarwiony na żółto z powodu zanieczyszczenia związkami żelaza. Zastosowania: w syntezach organicznych, do oczyszczania powierzchni metali oraz do ekstrakcji rud metali.

Nadmanganian potasu, obecnie: manganian(VII) potasu (KMnO₄), fioletowe, metalicznie połyskujące, rozpuszczalne w wodzie kryształy.

Często wchodzi w skład podręcznych apteczek.

Roztwór o barwie bladomalinowej stosuje się do zewnętrznej dezynfekcji ran podobnie jak wodę utlenioną.

Rodanek amonowy, NH₄NCS, izotiocyjanian amonu, siarkocyjanek amonu, bezbarwne kryształy, rozpuszczalne w wodzie, alkoholu, acetonie.

Temperatura topnienia 159°C.

W podwyższonej temperaturze przechodzi w tiomocznik.

Rodanek amonowy można otrzymać przez syntezę z amoniaku i dwusiarczku węgla.

Ma różnorodne zastosowania: w przemyśle włókienniczym, w fotografii, jako herbicyd, odczynnik chemiczny do oznaczania jonów Fe³⁺, paliwo rakietowe, do sporządzania mieszanin oziębiających.

Woda destylowana, aqua destillata, woda oczyszczona ze składników mineralnych i gazów na skutek destylacji.

Do specjalnych celów (np. w analizie śladowej) stosowana jest woda podwójnie destylowana (aqua bidestillata albo aqua redestillata) lub destylowana wielokrotnie.

Wody destylowanej używa się powszechnie w laboratoriach analitycznych, w niektórych gałęziach przemysłu, do sporządzania wody do iniekcji.

Cylindry miarowe, menzurka, cylindryczne naczynia laboratoryjne wykonane ze szkła lub tworzywa sztucznego, odpowiednio skalibrowane. Służą do odmierzania objętości cieczy.

2. Przebieg ćwiczenia.

Wykonanie oznaczenia:

Do cylindra Nesslera wlewamy 100 cm³ badanej próbki wody.

Dolewamy 10 cm3 kwasu solnego HCl (1+1).

Dodajemy kilka kropel KMnO4 (lub 0,5 cm3 3% roztworu H2O2).

Po wymieszaniu badana próbka powinna mieć niezanikający kolor.

Czekamy 5 mniut.

Dodajemy 5 cm3 roztworu rodanku amonowego (50g na 1 dm3 roztworu).

Mieszamy i porównujemy ze skalą wzorcową.

Wybieramy do obliczeń wartość odpowiadającą jednemu z kolorów skali wzorcowej lub wartość pośrednią pomiędzy dwoma najbliższymi odcieniami koloru.

Jeżeli nasza

3. Obliczenia

Próbka nr 15

	Zasadowość		Twardość
		Próba nr 1	Próba nr 2	Próba nr 1	Próba nr 2	Próba nr 3
Odczyt przed pomiarami	0,3 ml	4,25 ml	0,3 ml	10,1 ml	7,1 ml
Po zmiarczkowaniu	4,7 ml	8,65 ml	8,3 ml	18,2 ml	15,1 ml
Objętości	4,4	4,4	8,0	8,1	8,0
Wartości średnie (użyte do obliczeń)	4,4		8,03

Tw_og = 6,183 mval/dm³

V - objętość próbki użytej do oznaczenia

a - objętość roztworu użytego do zmiareczkowania

Z_og = 4,4 mval/dm³

Z_f = 0

Z_f - Zasadowość mineralna

V - objętość próbki użytej do oznaczenia

Vog - objętość kwasu użytego do zmiareczkowania

Wynika z tego, że Zf =0, a Zog>0 a dalej:

• badana próbka zawiera Zog czyli 4,4 mval/dm³ wodorowęglanów, a nie zawiera wodorotlenków i węglanów.

• 4,4 mval/dm³ = 268,4 mg HCO₃^- /dm³

Z obliczeń wynika że Tw_og > Z_og , czyli:

Tw_w = Z_og = 4,4 mval/dm³

Tw_nw = Tw_og - Tw_w = 1.783 mval/dm³

4. Diagram

6,183 mval/dm³

Twardość	Ca^2+ + Mg^2+		Na^+ + K^+
Zasadowośc	HCO3^-	SO4^2- + Cl^-

4,4 mval/dm³

5. Uwagi.

Wyniki obliczeń:

Twardość węglanowa	4,4 mval/dm^3
Twardość niewęglanowa	1.783 mval/dm^3

Twardość i zasadowość wody posiada istotne znaczenie przy ocenie wody do celów gospodarczych i technicznych.

Ścieki o wysokiej twardości mogą wywoływać zakłócenia w pracy oczyszczalni biologicznych oraz wpływać ujemnie na wody odbiornika, a nawet zupełnie uniemożliwić procesy w zakładach produkcyjnych.

Woda przeznaczona do picia powinna zawierać się w ściśle określonych kryteriach twardości (zbyt miękka woda, także jest niezdrowa).

Zasadowość ma znaczenie drugorzędne dla higieny.

W oznaczeniu twardości bardzo przeszkadzają substancje organiczne.

Należy się ich pozbyć, gdyż mogą one wpłynąć na nasz wynik miareczkowania.

Niepożądane przy badaniach są także wodorowęglany i węglany powyżej 6 mval/dm³.

Oznaczenia zasadowości i twardości metodą maireczkową nie należy wykonywać gdy:

• barwa próbki jest większa niż 50 mg Pt/dm³.

• są w próbce składniki utleniające

• jest dużo soli łatwo hydrolizujących żelaza i glinu

• gdy od czasu pobrania próbki wody mineło ponad 4 godz

4

---