Περιβαλλοντική Χημεία

Transcript

1 ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα Περιβαλλοντική Χημεία Εργαστηριακό Μέρος Ενότητα 5: Σκληρότητα Νερού Ευάγγελος Φουντουκίδης Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών Τ.Ε.

2 Άδειες Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άλλου τύπου άδειας χρήσης, η άδεια χρήσης αναφέρεται ρητώς. 2

3 Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα» έχει χρηματοδοτήσει μόνο τη αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους. 3

4 Σκοποί Ενότητας Στην 5η Εργαστηριακή Άσκηση θα πραγματοποιηθεί το παρακάτω πείραμα: βάζουμε στο δοκιμαστικό ποτήρι περίπου 100 ml νερού από τη βρύση, μετράμε την αγωγιμότητα και τη θερμοκρασία του και στην συνέχεια επεξεργαζόμαστε τις μετρήσεις που έχουμε πάρει. 4

5 Περιεχόμενα Ενότητας Πειραματικό Μέρος Κατανομή του Νερού στη Γη Κατανάλωση Νερού ανά Ήπειρο, Κατανάλωση Νερού ανά Χρήση Προσδιορισμός Παροδικής Σκληρότητας / Υπολογισμοί Δείκτης Eriochrome Black T Προσδιορισμός Ολικής Σκληρότητας Προσδιορισμός Χλωριόντων Προσδιορισμός Ενεργού Χλωρίου 5

6 Πειραματικό Μέρος - 1 Όργανα και Σκεύη Αγωγιμόμετρο Θερμόμετρο Ποτήρι βρασμού των 250 ml Πειραματική Διαδικασία Βάζουμε στο ποτήρι περίπου 100 ml νερού από τη βρύση και μετράμε την αγωγιμότητα και τη θερμοκρασία του. 6

7 Πειραματικό Μέρος - 2 Επεξεργασία Μετρήσεων Εφαρμόζουμε τις σχέσεις (1) ή (2). Συγκρίνουμε τις τιμές που προκύπτουν με τα διεθνή πρότυπα. Υπολογίζουμε την ολική σκληρότητα του νερού σε F. Συγκρίνουμε τις τιμές που προκύπτουν με τις τιμές της ολικής σκληρότητας, όπως υπολογίστηκε προηγουμένως και διατυπώνουμε το % σχετικό σφάλμα. 7

8 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ 8

9 Κατανομή του Νερού στη Γη 9

10 Κατανάλωση Νερού ανά Ήπειρο, Ασία Αφρική Ευρώπη Λατινική Αμερική Βόρεια Αμερική 10

11 Κατανάλωση Νερού ανά Χρήση Γεωργία Βιομηχανία Κοινοτική χρήση Αποθέματα 11

12 Α Τρόπος Προσδιορισμός Παροδικής Σκληρότητας / Υπολογισμοί - 1 H μοριακότητα ή μοριακή συγκέντρωση (C M ) ενός διαλύματος, εκφράζει τα mol της διαλυμένης ουσίας ανά λίτρο διαλύματος. Το υδρογονανθρακικό ασβέστιο, Ca(HCO 3 ) 2, είναι άλας όπως και το CaCO 3, που αποτελούνται από τα κατιόντα Ca ++, τα οποία στις οξεοβασικές αντιδράσεις συμπεριφέρονται σαν ιόντα θεατές, ενώ το HCO - 3 και CO -2 3 συμπεριφέρονται σαν βάση. Στο διάλυμα θα έχουμε: Ca(HCO 3 ) 2 Ca HCO HCl+H 2 O H 3 O + + Cl - 2 HCO H 3 O + 2 H 2 O + CO

13 Προσδιορισμός Παροδικής Σκληρότητας / Υπολογισμοί - 2 Έστω V π ml ο όγκος του (HCl) προτύπου διαλύματος 0.1Μ που καταναλώθηκε στην ογκομέτρηση, τότε : Τα mol του HCl θα είναι : n HCl = C M V π 10-3 = 0.1 V π 10-3 To 10-3 μετατρέπει τα V π ml σε λίτρα Aπό την αντίδραση 2 n HCl = n H3O+ και από την αντίδραση 3 n HCl = n HCO3- = 10-4 V π Από την αντίδραση 1 προκύπτει ότι : n Ca+2 = ½ n HCO3- = ½ 10-4 V π = V π Αυτά τα mol n Ca++ είναι στα 100 ml δείγματος άρα στο λίτρο θα είναι: Από την αντίδραση: V π mol προκύπτει ότι τα n CaCO3 = V π mol. CaCO 3 Ca ++ + CO

14 Προσδιορισμός Παροδικής Σκληρότητας / Υπολογισμοί - 3 Επειδή το Μ.Β. CaCO3 = 100 τότε τα mg του CaCO 3 στο λίτρο θα είναι : V π = 50 V π ppm (mg/l) Στα 100 ml θα είναι 5 V π mg CaCO 3 που είναι οι γαλλικοί βαθμοί ( o F). Επειδή το Μ.Β. CaO = 56, στα 1000 ml νερού θα υπάρχουν 28 V π mg CaO ή 2,8 V π mg CaO/100 ml νερού, που είναι οι γερμανικοί βαθμοί ( ο D). Τελικά για τον προσδιορισμό της παροδικής σκληρότητας, όταν ο όγκος του πρότυπου διαλύματος HCl 0,1M, που καταναλώθηκε στην ογκομέτρηση είναι V π ml, χρησιμοποιούνται οι τύποι : Γερμανικοί βαθμοί ( ο D) = 2,8.V π (mg CaO/100 ml νερού) Γαλλικοί βαθμοί ( ο F) = 5 V π (mg CaCO 3 / 100 ml νερού) Αμερικάνικοι βαθμοί (ppm) = 50 V π (mg CaCO 3 /1000 ml νερού) 14

15 Δείκτης Eriochrome Black T Το Eriochrome Black T είναι ένας συμπλοκομετρικός δείκτης. Ο χημικός του τύπος μπορεί να γραφεί HOC 10 H 6 N= NC 10 H 4 (OH)(NO 2 )SO 3 Na. 15

16 Παρατηρήσεις Προσδιορισμός Ολικής Σκληρότητας - 1 Εάν η χρωματική μεταβολή δεν είναι απότομη αυτό σημαίνει απουσία ιόντων Mg ++. Πράγματι όταν στο νερό υπάρχουν μόνο ιόντα Ca ++ η μεταβολή του χρώματος δε είναι ικανοποιητικά απότομη. Στην περίπτωση αυτή πρέπει να προστεθούν πριν την ογκομέτρηση 1 2 ml προτύπου διαλύματος Mg E.D.T.A. 0,1 Μ. Κατά την προσθήκη αυτή δεσμεύεται ποσότητα των ιόντων Ca ++ αλλά στη θέση τους ελευθερώνονται ισοδύναμη ποσότητα ιόντων Mg ++. Ca ++ + MgY -2 CaY -2 + Mg ++ 16

17 Παρατηρήσεις Προσδιορισμός Ολικής Σκληρότητας - 2 H ποσότητα αυτή των ιόντων Mg ++ συμπλέκεται με τον δείκτη. Στο ισοδύναμο σημείο το E.D.T.A. αντιδρά με τη ποσότητα MgΔ - δίνοντας μία απότομη μεταβολή από κόκκινο σε μπλε, γιατί το Ε.Β.Τ. είναι άριστος δείκτης για τα ιόντα Mg ++. Η ογκομέτρηση του δείγματος γίνεται σε ph = 10, διότι σε διαλύματα περισσότερο βασικά, το Mg ++ καθιζάνει σαν Mg(OH) 2 και σε διαλύματα με μικρότερα ph από το 10, δεν παρατηρείται σαφής αλλαγή χρώματος στο ισοδύναμο σημείο. 17

18 Παρατηρήσεις Προσδιορισμός Ολικής Σκληρότητας - 3 Το διάλυμα του δείκτη πρέπει να είναι πρόσφατο, όχι παλαιότερο των έξι (6) εβδομάδων. Αντί του δείκτη Ε.Β.Τ., είναι ευκολότερη η χρήση δισκίου Merk Art Η αλλαγή του χρώματος σε αυτή την περίπτωση είναι από κόκκινο σε πράσινο. 18

19 Προσδιορισμός Χλωριόντων - 1 Με την μέθοδο Mohr τα χλωριούχα ιόντα Cl - ογκομετρούνται με πρότυπο διάλυμα νιτρικού αργύρου AgNO 3 με την παρουσία χρωμικών ιόντων CrO 4 - στο ρόλο του δείκτη. Αρχικά τα ιόντα Cl - που υπάρχουν στο διάλυμα δεσμεύονται από τα προστιθέμενα ιόντα Ag + και σχηματίζεται ίζημα AgCl. H αντίδραση που πραγματοποιείται είναι: Ag + + Cl - AgCl 19

20 Προσδιορισμός Χλωριόντων - 2 Όταν όλα τα χλωριόντα δεσμευθούν, η περίσσεια των ιόντων Ag + αντιδρά με τα χρωμικά ιόντα και σχηματίζεται καστανέρυθρο ίζημα χρωμικού αργύρου Ag 2 CrO 4. Η αντίδραση που πραγματοποιείται είναι: Ag + + CrO 4 - Ag 2 CrO 4 Η εμφάνιση του καστανέρυθρου ιζήματος του χρωμικού αργύρου Ag 2 CrO 4, δηλώνει το πέρας της ογκομέτρησης. 20

21 Προσδιορισμός Ενεργού Χλωρίου - 1 Ως λευκαντικές ουσίες ή μικροβιοκτόνα χρησιμοποιούνται διαλύματα που περιέχουν ως ενεργό συστατικό υποχλωριώδη άλατα. Ενεργό χλώριο είναι το χλώριο που ελευθερώνεται από τις λευκαντικές ουσίες με την επίδραση αραιών οξέων: OCl - + Cl - + 2H + Cl 2 + H 2 O 21

22 Προσδιορισμός Ενεργού Χλωρίου - 2 Στο εμπόριο διατίθενται διαλύματα υποχλωριώδους νατρίου ΝαOCl που αποτελούν τις διάφορες χλωρίνες. Τα διαλύματα αυτά έχουν ισχυρή οξειδωτική δράση και σε αραιές συγκεντρώσεις. Η δραστικότητά τους είναι ανάλογη της περιεκτικότητάς τους σε ενεργό χλώριο. Για την αποστείρωση σκευών βιομηχανιών και εργαστηρίων η περιεκτικότητα πρέπει να είναι περίπου 100 ppm. Για την αποστείρωση όμως τοίχων, δαπέδων κλπ., η περιεκτικότητα πρέπει να είναι περίπου 250 ppm. Ο προσδιορισμός του ενεργού χλωρίου σε ένα διάλυμα γίνεται ογκομετρώντας με πρότυπο διάλυμα 0,1 Ν Na 2 S 2 O 3, παρουσία δείκτη αμύλου. Προηγουμένως στο διάλυμα έχουν προστεθεί ΚI και CH 3 COOH. Οι αντιδράσεις που πραγματοποιούνται είναι: NaClO + 2H + Na / 2 Cl 2 + H 2 O Cl 2 + 2KI 2KCl + I 2 I 2 + 2Na 2 S 2 O 3 2NaI + Na 2 S 4 O 6 22

23 Τέλος Ενότητας 23