1.Oznaczenie wskaźników fizycznych w wodzie i ściekach - przewodność właściwa, pH

Przewodnictwo roztworów elektrolitów

Roztwory elektrolitów w wyniku migracji jonów przewodzą prąd elektryczny. Zatem określenie wielkości charakteryzujących przewodnictwo może dostarczyć informacji o liczbie jonów obecnych w roztworze a zatem w efekcie do ilościowego oznaczenia (w przypadku mocnych elektrolitów) bądź wyznaczenia stałej dysocjacji (dla słabych elektrolitów).

Podstawowym pomiarem stosowanym w badaniach ruchu jonów jest pomiar przewodnóści L roztworu będącej odwrotnością jego oporu R (L = 1/R). Opór wyrażamy w omach , zatem jednostką przewodności próbki jest ^-1. Jednostka ta nosi obecnie nazwę simensa, 1 S = 1 ^-1. Oporność R przewodnika o oporności właściwej ρ, długości l i polu przekroju A dana jest wzorem:
. Analogicznie przewodność L dla roztworu elektrolitu

                                                          
                                                       

gdzie  jest przewodnością właściwą, k zaś stałą naczynka konduktometrycznego. Jeżeli przewodnictwo wyrazimy w S, wymiary zaś podamy w m to w układzie SI jednostką  jest S·m^-1.

Przewodnictwo właściwe roztworu zależy od liczby obecnych w nim jonów, dlatego zazwyczaj wprowadza się przewodnictwo molowe _m zdefiniowane jako:

                                                                
                                                              

gdzie c jest molowym stężeniem wprowadzonego elektrolitu. W układzie SI przewodnictwo molowe wyrażamy w S·m²·mol^-1. Typowe wartości przewodnictwa molowego wynoszą około 10 mS·m²·mol^-1 (gdzie 1 mS = 10^-3 S).

Gdyby przewodnictwo właściwe  było proporcjonalne do stężenia elektrolitu, to jego przewodnictwo molowe byłoby od stężenia niezależne. Jednakże, w praktyce stwierdzono, że przewodnictwo molowe zmienia się ze stężeniem. Jednym z powodów takiej zależności jest fakt, że liczba jonów w roztworze nie musi być wcale proporcjonalna do stężenia elektrolitu.

stężenia.

ELEKTRODA-jest to układ składający się z przewodnika lub półprzewodnika i graniczącego z nim ciekłego przewodnika jonowego (roztwór elektrolitu lub elektrolit stopiony). Zasadniczy układ do oznaczeń potencjometrycznych składa się z dwóch elektrod:

a)elektroda wskaźnikowa o potencjale zależnym od stężenia oznaczanego jonu

b)elektroda porównawcza o stałym potencjale w warunkach prowadzenia pomiaru

RODZAJE ELEKTROD

a) elektrody wskaźnikowe

-wodorowa

-antymonowa

-chinhydrynowa

-nebrowa

-rtęciowa

-chlorosrebrowa

-wyprowadzające

b) elektrody jonoselektywne (membranowe)

-szklana do oznaczania ph

-szklana do oznaczania innych jonów

-membranowe krystaliczne

-membranowe heterogenne

-membranowe z ciekłym wymieniaczem

-membranowe enzymatyczne

c) elektrody porównawcze

POTENCJAŁ NORMALNY-jest to potencjał występujący na granicy faz metal-roztwór, w którym aktywność jonów wynosi 1 ,a temp.298 K. Przyjęto , że potencjał normalny elektrody wodorowej jest równy 0, a przy tym założeniu można określić potencjał każdego układu w stosunku do elektrody wodorowej. Uporządkowane wg wartości liczbowej normalne potencjały elektrodowe różnych metali tworzą szereg napięciowy metali.

OGNIWO- źródło stałego prądu elektronowego przetwarzającego energię reakcji chemicznych na energię elektryczną.

OGNIWO GALWANICZNE- jest układem, który może wykonać pracę elektryczną kosztem przemian chemicznych lub zmian stężeń. Jest to układ złożony z dwóch różnych elektrod połączonych mostkiem elektrolitycznym. Zadaniem mostka jest zapewnienie przewodnictwa pomiędzy obiema elektrodami.

Ogniwa galwaniczne dzielimy na:

- ogniwo chemiczne- źródłem energii elektronowej w tym typie ogniw jest reakcja chemiczna, która przebiega po zamknięciu obwodu

- ogniwo stężeniowe- źródłem energii są procesy dążące do wyrównania stężeń.

SEM - jest to siła elektromotoryczna, która jest równa różnicy między potencjałami przewodnika przyłączonego do elektrody prawej a potencjałem przewodnika, wykonanego z tego samego metalu dołączonego do elektrody lewej.

Oznaczamy ją dużą literą E i wyraża się wzorem:

Wzór Nernsta

lub często podaje się go w postaci:

R - stała gazowa

T- temp. w K

n - liczba e biorących udział w reakcji

F - stała Faradaja

Równanie to przedstawia potencjał dowolnej elektrody. Jednak wielkości tej e nie można ani zmierzyć ani obliczyć.

POMIAR SEM -ogniwa stosowane w potencjometrii dają SEM do 1500mV. Mają jednak bardzo mała pojemność dlatego stosuje się do pomiaru SEM przyrządy kompensacyjne lub pehametry elektroniczne. Metoda kompensacyjna znajduje zastosowanie w przypadku dokładnego oznaczania ph lub szczególnie dokładnego wyznaczania krzywych miareczkowania. Wyróżniamy dwa rodzaje potencjometrów:

- wychyleniowe

- kompensacyjne

Definicja pH

pH jest jedną z najczęściej mierzonych właściwości roztworów i substancji. Precyzyjna kontrola pH jest wpływa na dobry wynik wielu procesów przemysłowych. pH określa ilość kationów wodorowych H+ w roztworze. Zawartość tych jonów może się zmieniać w szerokich granicach - zwykle od 1 mol do 10-14 mol.

pH definiujemy jako ujemny logarytm dziesiętny z wartości liczbowej stężenia jonów

hydroniowych: pH = -log₁₀[H₃O⁺]

Oryginalnie pH zostało zdefiniowane jako minus logarytm stężenia jonów wodorowych (H+). Współczesne badania wykazały jednak, że wolne jony wodorowe (wolny proton) nigdy nie występują w roztworach wodnych (H+ + H2O --> H3O+)

2.Oznaczanie parametrów chemicznych w wodzie i ściekach -oznaczanie fosforanów metodą spektrofotometryczną

Spektrofotometria, dział fotometrii obejmujący:
a) pomiary natężenia linii widmowych widm różnych substancji,
b) wyznaczanie krzywych absorpcji lub transmisji (przepuszczania) charakterystycznych dla substancji (jakościowa, i ilościowa analiza związków org., por. prawo Lamberta i Beera) oraz krzywych absorpcji filtrów świetlnych.
Jako metoda analityczna s. obiektywna (z komórką fotoelektryczną lub termoogniwem jako detektorem promieniowania) w zakresie podczerwień - promieniowanie widzialne (por. kolorymetria) - nadfiolet ma duże znaczenie. Krzywa zależności współczynnika ekstynkcji molarnej od długości fali charakteryzuje substancje, a wielkość absorpcji dla danej długości fali - jej stężenie.

Spektrofotometria UV - Vis
Spektrofotometria w zakresie nadfioletu (ang. ultra-violet - UV) i promieniowania widzialnego (ang. visible - Vis), czyli spektrofotometria UV - Vis jest jedną z najstarszych metod instrumentalnych w analizie chemicznej. Przedmiotem badań są widma elektronowe. Prawdopodobieństwo przejść elektronowych między poszczególnymi stanami energetycznymi cząsteczki określają tzw. reguły wyboru. Reguł tych jest kilka, a za podstawowe można uzyskać następujące:
a) Aby nastąpiła absorpcja promieniowania, muszą istnieć takie dwa stany kwantowe cząsteczki Ψm i Ψn' których różnica energii odpowiada energii hv
promieniowania padającego:
En - Em = hn,m = ΔE
b) Absorpcja promieniowania musi być związane ze zmianą momentu dipolowego cząsteczki μ. W sposób ilościowy warunek ten opisuje tzw. moment przejścia między stanami elektronowymi, określający prawdopodobieństwo absorpcji dopasowanego, zgodnie z poprzednim warunkiem, fotonu:
Rn,m = ∫Ψn μ Ψm dτ
gdzie: Rn,m - moment przejścia,
Ψn' Ψm - elektronowe funkcje stanów, między którymi zachodzi
przejście elektronów,
μ - moment dipolowy cząsteczki,
dτ - element objętości.
Przejście elektronowe dozwolone jest wtedy, gdy Rn,m ≠ 0
Przejścia spełniające reguły wyboru noszą nazwę przejść dozwolonych,
a niespełniające reguł wyboru - przejść wzbronionych. Miarą intensywności pasma absorpcji jest wartość molowego współczynnika absorpcji εmax przy długości fali w maksimum absorpcji λmax. Wartość εmax jest miarą prawdopodobieństwa przejścia i dla przejść wzbronionych ε przyjmuje małe wartości (rzędu kilku dm3 ∙ mol-1 ∙ cm-1), a dla przejść dozwolonych wartości duże do 1,5 ∙ 105 dm3 ∙ mol-1 ∙ cm-1.

Rodzaje przejść elektronowych
a) w związkach organicznych
b) w kompleksach metali d-elektronowych

Prawa absorpcji.
I Prawo absorpcji (prawo Lamberta)
Wiązka promieniowania monochromatycznego po przejściu przez jednorodny ośrodek absorbujący o grubości b ulega osłabieniu wg równania:
I = I0 ∙ e -kb
w którym I0 oznacza natężenie wiązki promieniowania monochromatycznego padającego na jednorodny ośrodek absorbujący, I - natężenie promieniowania po przejściu przez ośrodek absorbujący, b - grubość warstwy absorbującej, k - współczynnik absorpcji, e - podstawę logarytmów naturalnych.
I prawo absorpcji można zatem sformułować w sposób następujący:
Absorpcja jest proporcjonalna do grubości warstwy absorpcyjnej, jeśli wiązka promieniowania monochromatycznego przechodzi przez jednorodny ośrodek absorbujący.

II Prawo absorpcji (prawo Lamberta - Beera)
Prawo to dotyczy absorpcji promieniowania przez roztwór i można je sformułować w następujący sposób: jeśli współczynnik absorpcji rozpuszczalnika jest równy zeru, to wiązka promieniowania monochromatycznego, po przejściu przez jednorodny roztwór substancji absorbującej o stężeniu c, ulega osłabieniu według równania:
I - I0 ∙ e kbc
Prawo to można sformułować w sposób następujący: Jeżeli współczynnik absorpcji rozpuszczalnika jest równy zeru, to absorbancja wiązki promieniowania monochromatycznego przechodzącej przez jednorodny roztwór jest wprost proporcjonalny do stężenia roztworu c i do grubości warstwy absorbującej b.

III Prawo absorpcji (prawo addytywności absorpcji)
Absorpcja roztworu wieloskładnikowego równa się sumie absorbancji poszczególnych składników:
A = A1 + A2 + … An
Gdzie: A1, A2, …, An są to absorbancje poszczególnych składników. W równaniu:
A = a c b
wielkość a jest właściwym współczynnikiem absorpcji, gdy stężenie wyrażamy w kg ∙ dm -3 lub g ∙ cm -3. Natomiast, gdy stężenie c wyrażamy w mol ∙ dm -3, równanie to przybiera postać:
A = ε c b
Gdzie ε jest to molowy współczynnik absorpcji, a jego wymiar podawany jest dwojako:
[dm3 ∙ mol -1].

3.Tabele norm

4.Wyniki

Nr.	Nazwa próby	Wyniki [µS/cm]	pH	Norma	Interpretacja
1	kran Łochowo	709	7,28	Dla wody pitnej max 2500 µS/cm, pH 6,5-9,5	Woda spełnia wymogi normy i nadaje się do picia
2	kran śródmieście	785	7,84	Dla wody pitnej max 2500 µS/cm, pH 6,5-9,5	Woda spełnia wymogi normy i nadaje się do picia
3	studia Kruszyn-Krajeński	275	6,60	Dla wody podziemnej : Przewodność µS/cm klasy I-700,II-2500,III-2500, IV-3000, V>3000 pH: klasa I-III=6,5-9,5 IV-V=<6,5lub >9,5	Woda spełnia wymogi norm klasy I
4	kran Fordon	981	7,88	Dla wody pitnej max 2500 µS/cm, pH 6,5-9,5	Woda spełnia wymogi normy i nadaje się do picia
5	Rzeka Brda	473	8,60	Dla rzek: przewodność µS/cm klasa I-≤1000 II-1500 pH: I=6-8,5 II=6-9	Rzeka znajduje się w II klasie czystości
6	studnia Strzelce Dolne	351	7,81	Dla wody podziemnej : Przewodność µS/cm klasy I-700,II-2500,III-2500, IV-3000, V>3000 pH: klasa I-III=6,5-9,5 IV-V=<6,5lub >9,5	Woda spełnia wymogi norm klasy I
7	kran Osowa Góra	397	7,93	Dla wody pitnej max 2500 µS/cm, pH 6,5-9,5	Woda spełnia wymogi normy i nadaje się do picia
8	staw Strzelce Dolne	512	7,64	Dla wód powierzchniowych jeziora i inne zbiorniki naturalne: Przewodność µS/cm : klasa I-II = ≤600 pH: I=7-8,5 II=7-9	Staw znajduje się w I klasie czystości

Nr.	Nazwa próby	Absorbancja [PO4]	Stężenie [mgPO4/l]	Norma	Interpretacja
1	kran Łochowo	0,087	0,21
2	studia Kruszyn-Krajeński	0,074	0,20	Dla wody podziemnej : I i II klasa 0,5 III klasa 1 IV klasa 5 V klasa >5
3	kran Fordon	0,032	0,07
4	Rzeka Brda	0,051	0,11	Dla rzeki: I klas ≤0,2 II klas 0,4
5	studnia Strzelce Dolne	0,075	0,21	Dla wody podziemnej : I i II klasa 0,5 III klasa 1 IV klasa 5 V klasa >5	Parametry badanej wody mieszczą się w klasie I
6	kran Osowa Góra	0,013	0,02
7	staw Strzelce Dolne	0,023	0,53	Dla wód powierzchniowych jeziora i inne zbiorniki naturalne: Klasa I i II - 0,120

---