08.03.2012r.

Ćwiczenie nr 3

„Zawartość ilościowego

dwutlenku węgla”

1.Podstawowe pojęcia i definicje.

Dwutlenek węgla należy do gazów charakteryzującyh się największą rozpuszczalnością w wodzie (spada ona wraz ze wzrostem temperatury i stopniem mineralizacjii wody)

Dwutlenek węgla może występować w wodzie pod różnymi postaciami:

Ważny jest wolny CO₂, który może powodować korozję betonu oraz metali, ponieważ pewna jego część jest niezbędna do utrzymania w wodzie rozpuszczonego wodorowęglanu wapnia:

Ca(HCO₃)₂ → CaCO₃ + H₂O + CO­₂

Jest on nazwany dwutlenkiem węgla przynależnym, czyli równowagi węglanowo-wapniowej. W zależności od zawartości w wodzie wodorowęglanów, różna jest zawartość CO₂ przynależnego: przy zwiększeniu ilości wodorowęglanów, zwiększa się też udział wolnego CO₂ niezbędnego do zachowania równowagi węglanowo- wapniowej. Jeżeli jednak ilość wolnego CO­₂ zapewniającego równowagę pomiędzy wodą o stałym węglanem wapnia, zmniejszy się poniżej granicznej wielkości, która zapewnia równowagę, np. gotowanie, wówczas wodorotlenek wapnia przejdzie w węglan wapnia i wytrąci się w postaci osadu.

Z kolei nadmiar wolnego dwutlenku węgla w stosunku do jego ilości, która zapewnia równowagę stechiometryczną to agresywny dwutlenek węgla. Jest to część rozpuszczonego w wodzie wolnego CO₂, która jest niezbędna do zabezpieczenia rozpuszczonych w wodzie wodorowęglanów przed rozkładem, czyli taka ilość wolnego CO­₂, która umożliwia utrzymanie się wodorowęglanów w wodzie w stanie rozpuszczonym.

Przy ocenia agresywności CO₂ należy uwzględnić zarówno jego stężenie, jak również zawartość soli w wodzie.

Oznaczanie agresywnego dwutlenku węgla polega na określeniu o ile wzrosła zasadowość wody, do której dodano marmur, w stosunku do zasadowości pierwotnej (bez marmuru).

Ca(HCO₃)₂ ← CaCO₃ +  H₂O + CO₂

Wodorowęglan wapnia marmur

taka sama ilość

CO₂wolny =  CO₂ przyn. row. w.−w.

CO₂wolny =  CO₂ przyn. row. w.−w.  +  CO₂ agres.

CO₂ agres.

H₂O +  CaCO₃ →  Ca(HCO₃)₂

Hydroliza

Ca(HCO₃)₂ +  H₂O  →  H₂O +  CO₂ ↑   +  Ca²⁺ +  OH⁻

OH⁻ + HCl  →  H₂O +  Cl⁻

• Oznaczanie wolnego dwutlenku węgla

Wykonanie oznaczenia:

1. Próbkę (woda wraz z drobno sproszkowanym marmurem) przesączamy przez sączek.

2. Do kolby stożkowej o pojemności 250cm³ trzeba pobrać 100cm³ badanej wody.

3. Następnie dodajemy kilka kropli fenoloftaleiny.

4. Miareczkujemy 0.05 M roztworem zasady sodowej (NaOH) do lekko różowego zabarwienia, utrzymującego się przez 3 minuty.

5. W momencie zmiany barwy zapisujemy wynik końcowy ilości NaOH w biurecie.

6. Doświadczenie wykonujemy raz dla naszej próbki, a raz dla wody z wodociągów.

Obliczanie wyników:

$$x = \frac{a \bullet 2,2 \bullet 1000}{V}\ \lbrack mg\frac{\text{CO}_{2}}{\text{dm}^{3}}\rbrack$$

Gdzie:

a – ilość cm³ zużytego 0.05 M NaOH na miareczkowanie

V – ilość badanej wody/próbki (cm³)

2,2 – współczynnik przeliczeniowy ( 1cm³ 0.05 M NaOH odpowiada 2,2 mg CO₂)

	Początkowa ilość NaOH w biurecie	Końcowa ilość NaOH w biurecie	Ilość zużytego NaOH na miareczkowanie [a]
	cm^3	cm^3	cm^3
próbka	45,2	45,4	0,3
woda	45,6	45,8	0,2 (wynik grupy 0,24)

• Obliczanie (woda wodociągowa) :

$$x = \frac{a \bullet 2,2 \bullet 1000}{50} = \frac{0,23 \bullet 2,2 \bullet 1000}{50} = 5,06\ \lbrack mg\frac{\text{CO}_{2}}{\text{dm}^{3}}\rbrack$$

Odpowiedz: wynosi….

• Oznaczanie agresywnego dwutlenku węgla

Wykonanie oznaczenia:

1. Próbkę (woda wraz z drobno sproszkowanym marmurem) przesączamy przez sączek.

2. Do kolby stożkowej o pojemności 250cm³ trzeba pobrać 100cm³ badanej wody.

3. Następnie dodajemy kilka kropli oranżu metylowego.

4. Miareczkujemy 0.1 M kwasem solnym (HCl) do zamiany zabarwienia z żółtego na pomarańczowe.

5. W momencie zmiany barwy zapisujemy wynik końcowy ilości HCl w biurecie.

6. Doświadczenie wykonujemy trzy razy dla naszej próbki, a raz dla wody wodociągowej.

Obliczanie wyników:

$$x = \frac{(a - b) \bullet 2,2 \bullet 1000}{V}\ \lbrack mg\frac{\text{CO}_{2}}{\text{dm}^{3}}\rbrack$$

Gdzie:

a – ilość 0,1 M HCl zużyta na zmiareczkowanie 100cm³ wody z dodatkiem marmuru

b – ilość 0,1 M HCl zużyta na zmiareczkowanie 100cm³ wody bez marmuru (wody wodociągowej)

V – ilość badanej wody/próbki (cm³)

2,2 – współczynnik przeliczeniowy ( 1cm³ 0.1 M HCl odpowiada 2,2 mg CO₂)

	Początkowa ilość HCl w biurecie	Końcowa ilość HCl w biurecie	Ilość zużytego HCl na miareczkowanie
	cm^3	cm^3	cm^3
Próbka nr 1	44,0	45,7	1,7
Próbka nr 2	47,5	49,3	1,8
Próbka nr 3	35,3	37,1	1,8
woda	38,8	40,5	1,7 (wynik grupy 1,76)

Średnia wartość zużytego HCl dla próbki wynosi 1,77

$$x = \frac{(a - b) \bullet 2,2 \bullet 1000}{V}\ = \frac{(1,77 - 1,76) \bullet 2,2 \bullet 1000}{50} = 0,22\ \lbrack mg\frac{\text{CO}_{2}}{\text{dm}^{3}}\rbrack$$

Odpowiedz: Zawartość wynosiła 0.22 $\lbrack mg\frac{\text{CO}_{2}}{\text{dm}^{3}}\rbrack$.