1) MIARECZKOWANIE ALKACYMETRYCZNE

Miareczkowanie-reakcja chemiczna polegająca na wykonaniu reakcji zobojętniania do oznaczania stężonych kwasów i zasad. Miareczkowanie wykonuje się do pierwszej zmiany barwy.

2. Wskaźniki stosowane w alkacymetrii to związki organiczne, które dzięki swojej zdolności zmiany barwy w zależności od odczynu roztworu sygnalizują koniec reakcji podczas miareczkowania. Każdy wskaźnik ma charakterystyczny dla siebie zakres zmiany barwy najczytelniejszy dla ludzkiego oka przy określonej wartości pH.

3.

a) Miareczkowanie mocnych kwasów i mocnych zasad

Mocne kwasy miareczkujemy zawsze mocną zasadą. Mocne zasady miareczkujemy zawsze mocnym kwasem. Sól powstała z mocnej zasady i mocnego kwasu dysocjuje prawie całkowicie i nie ulega hydrolizie, w wyniku czego pH roztworu w momencie równoważnikowego nasycenia wynosi dokładnie 7. Używamy więc takiego wskaźnika, który zmieni barwę przy pH=7:

-błękit bromotymolowy

-czerwień krezolowa

-czerwień fenolowa

b) Miareczkowanie słabych kwasów

słaby kwas miareczkuje się zawsze mocną zasadą. Powstała w wyniku zobojętnienia sól jest solą słabego kwasu i mocnej zasady, a zatem ulega pod działaniem wody hydrolizie, nadając roztworowi odczyn zasadowy. Należy użyć wskaźnika, którego zakres zmiany barwy leży nieco powyżej 7:

-fenoloftaleina

c) Miareczkowanie słabych zasad

Słabe zasady miareczkuje się zawsze mocnym kwasem. Powstała sól hydrolizuje, nadając roztworowi odczyn kwaśny. Należy użyć, którego zakres zmiany barwy leży poniżej 7:

-oranż metylowy

-czerwień metylowa

Punkt równoważnikowy-moment zakończenia reakcji, kiedy nie ma już substratu, a zostały tylko produkty.

błąd miareczkowania- różnica między końcem miareczkowania a końcem reakcji.

2) OZNACZANIE ODCZYNU I TWARDOŚCI WODY

1. O kwasowości roztworu wodnego decyduje stężenie kationów wodorowych. Odczyn wód naturalnych najczęściej waha się w granicach pH 6,5-8,5. Stężenie jonów wodorowych H+ w wodach naturalnych zależy od:

-dysocjacji wody

-stężenia jonów wodorowych

-uwalniających się w procesie hydrolizy lub dysocjacji substancji rozpuszczonych w wodzie

-obecności rozpuszczonych kwasów mineralnych i soli hydrolizujących

-Wody o pH<6 są silnie agresywne względem betonu i żelaza.

-Odczyn wody do picia powinien kształtować się w granicach pH 6.5-8.5

- W środowisku zasadowym lub zbliżonym do obojętnego żelazo Fe²⁺ utleniane jest do Fe³⁺ tworząc związki nierozpuszczalne w wodzie

-Pomiar odczynu wody powinien być wykonywany w miejscu pobrania wody, ponieważ odczyn zależy od temperatury-stopień dysocjacji wzrasta ze wzrostem temperatury. W czasie transportu próbek może również następować utlenianie się z nich CO_2.

2. Zasada oznaczania pH metodą potencjometryczną

Oznaczanie polega na wykorzystanie zależności potencjału elektrody pomiarowej od stężenia jonów wodorowych w badanym roztworze. Wielkość tego potencjału można określić na drodze pomiarów siły elektromotorycznej (SEM) ogniwa składającego się z elektrody odniesienia o stałym potencjale i elektrody wskaźnikowej. Do oznaczania odczynu służą pehametry. W czasie pomiaru SEM powstałego ogniwa jest przenoszona na miliwoltomierz wyskalowany w jednostkach pH.

elektroda pomiarowa-obecnie najczęściej stosowana jest szklana elektroda, czyli szklana rurka wypełniona 0,1 N HCL z zanurzonym w nim drutem srebrnym pokrytym AgCl i połączonym z metalowym wtykiem.

elektroda odniesienia- elektroda kalomelowa, czyli szklana rurka, na dnie której znajduje się rtęć, pasta kalomelowa i kalomel zalane nasyconym roztworem chlorku potasu.

3. twardość wody- właściwość polegająca na niezdolności do wytworzenia piany mimo dodania do niej dużej ilości mydła. Twardość nadają wodzie jony wapna i magnezu. Twardość mogą powodować też jony żelaza, glinu, cynku. Twardość wody określa się w stopniach twardości lub miligramorównoważnikach- milivalach tlenku wapnia i magnezu zawartych w 1 dm³ wody.

W Polsce stosowane są niemieckie stopnie twardości wody, gdzie 1 stopień odpowiada zawartości 10 mg CaO wynoszącej 7,19 mg MgO w 1 dm³ wody.

Rozróżnia się twardości wody:

-twardość węglanowa- odpowiada tej części wapnia i magnezu, która występuje w wodzie w postaci kwaśnych węglanów.

-twardość niewęglanowa- składają się na nią chlorki, siarczany, krzemiany i azotany wapnia i magnezu.

-twardość ogólna- suma twardości węglanowej i niewęglanowej.

Woda do celów gospodarczych i do picia nie powinna przekraczać 20 stopni niemieckich. Twarda woda powoduje twardnienie jarzyn podczas gotowania. Twardość wód naturalnych z reguły nie przekracza 15-20 stopni niemieckich.

Skala twardości wody:

1) woda bardzo miękka- 0-5 stopni niemieckich

2)woda miękka- 5-10 stopni niemieckich

3)woda o średniej twardości 10-20 stopni niemieckich

4)woda twarda 20-30 stopni niemieckich

5)woda bardzo twarda >30 stopni niemieckich

Do oznaczania wody używamy metody wersenianowej. Polega ona na tym, że czerń eriochromowa stosowana jako wskaźnik przy pH=10 wchodzi w połączenia z jonami Mg²⁺ i Ca²⁺ , powodując fioletowe zabarwienie roztworu. W trakcie miareczkowania kationy wapnia i magnezu przechodzą w połączenie kompleksowe z wersenianem. Koniec miareczkowania następuje przy zmianie barwy roztworu z fioletowego na niebieskie, kiedy czerń zostaje uwolniona.

3) OZNACZANIE ŻELAZA W WODZIE

Związki żelaza występujące w wodach naturalnych mogą pochodzić z:

-gleby

-zanieczyszczeń ściekami przemysłowymi

-wód kopalnianych

-korozji wodociągów

W zależności od zawartości tlenu jony żelaza występują w wodzie w formach

- dwuwartościowych (w wodach podziemnych i glebach) w postaci wodorowęglanu żelaza (II) i siarczanu żelaza (II); związki dobrze rozpuszczalne.

-trójwartościowych (w wodach powierzchniowych i glebach), z wytrąceniem wodorotlenku żelazowego w postaci brunatnych kłaczków (trudno rozpuszczalny)

Żelazo w wodach powierzchniowych występuje w postaci koloidalnej, a jego zawartość waha się od 0,1 do 0,5 mg/dm³

W wodzie pitnej żelazo nie powinno przekraczaj 0,5 mg Fe/dm³

Żelazo może występować w formie ruchomej i związanej

Wyższa zawartość żelaza jest niepożądana w: przemyśle papierniczym, krochmalniczym, produkującym filmy, gospodarstwie domowym

Oznaczanie żelaza:

Żelazo oznacza się metodą kolorymetryczną. Kolorymetria polega na otrzymaniu barwnego związku pierwiastka przez dodanie odpowiedniego odczynnika, a następnie pomiarze intensywności powstałego zabarwienia. Ilościowe oznaczanie wykonuje się w zakresie światła widzialnego przy długości fali 380-780 nanometrów.

Wiązka światła ulega częściowej absorpcji i rozproszeniu, przez co tylko częściowo przechodzi przez barwny ośrodek. Wykonując ćwiczenie tworzymy serię wzorców, czyli sprawdza się pomiar wielkości absorpcji dla serii roztworów wzorcowych (o znanej koncentracji pierwiastka). Zależność tę przenosimy na układ współrzędnych. Tworzymy krzywą wzorcową, z której jesteśmy w stanie odczytać stężenie badanego pierwiastka dla innych próbek. Pomiaru dokonuje się przy długości fali, przy której występuje maksimum absorpcji.

absorpcja- pochłanianie; stosunek natężenia światła padającego na daną barwną substancje to natężenia światła przepuszczonego.

ekstynkcja-stosunek natężenia promieniowania padającego do promieniowania przepiszczonego

prawo Lamberta-Beera-prawo, które mówi o tym, że wielkość absorpcji wiązki światła monochromatycznego przechodzącego przez roztwór barwny zależy od intensywności zabarwienia oraz grubości warstwy.

kolorymetr-aparat wykorzystywany do pomiaru intensywności zabarwienia. Wiązka promieniowania monochromatycznego po przejściu przez badaną substancję pada na fotoelement, który zamienia energię świetlną na elektryczną. Powstały prąd mierzony jest za pomocą galwanometru.

4) OZNACZANIE MAGNEZU W WODZIE

Związki magnezu występują we wszystkich wodach naturalnych, a ich zawartość nie przekracza 100 mg/dm³. Magnez w wodzie znajduje się w wyniku wymywania go z dolomitów i magnezytów. W wodach powierzchniowych może pochodzić z zanieczyszczeń zakładów przemysłowych. Do wód drenarskich pierwiastek ten dostaje się w wyniku wymywania z gleby przez wody opadowe (większe ilości wymywane są z gleb kwaśnych).

Związki magnezu wpływają na twardość wody. Stężenie magnezu powyżej 125 mg Mg/dm³ może powodować właściwości przeczyszczające.

agresywność magnezowa względem betonu- zjawisko, które polega na wymianie jonów Ca⁺⁺ na Mg⁺⁺ i powstaniu miękkiej galaretowatej masy w postaci wodorotlenku magnezu Mg(OH)₂, powodującej obniżenie wytrzymałości betonu.

Oznaczanie magnezu za pomocą żółcieni tytanowej:

Żółcień tytanowa (C₂₈H₁₉O₆S₄Na₂) w środowisku zasadowym o pH=12 ze zdyspergowanym wodorotlenkiem magnezu tworzy związek o barwie pomarańczowej. Do próbki należy dodać niewielką ilość alkoholu poliwinylowego, który pełni rolę koloidu ochronnego i zapobiega reakcji koagulacji.

5) OZNACZANIE DWUTLENKU WĘGLA W WODZIE

Dwutlenek węgla wyróżnia się spośród gazów największą rozpuszczalnością w wodzie. Może się w niej znajdować w wyniku rozkładu związków organicznych lub przemian geochemicznych. W wodach powierzchniowych dwutlenek węgla może brać się również z atmosfery, jednak są to znikome ilości. W wodach mineralnych zawartość dwutlenku węgla przekracza 1000 mg/dm³. Ilość dwutlenku węgla w wodzie znajduje się pod postacią wolną, związaną i agresywną.

Równowaga węglanowo-wapniowa- sytuacja, kiedy wolny dwutlenek węgla nasyca wodorowęglan, by ten się nie rozłożył; dwutlenek węgla utrzymuje wodorowęglan w postaci rozpuszczonej

Dwutlenek węgla równowagi węglanowo-wapniowej- dwutlenek węgla w ilości, która potrzebna jest, by zaszła równowaga węglanowo-wapniowa.

agresywny dwutlenek węgla- dwutlenek węgla, który pozostaje w nadmiarze w stosunku do równowagi wapniowo-węglanowej, który powoduje w wodzie agresywność węglanowo-wapniową. Agresywność ta polega na przemieszczaniu z betonu związków wapnia. Dwutlenek węgla agresywny może powodować korozję betonu (przy zawartości powyżej 4 mg/dm³) i metali. Jest to spowodowane "szukaniem" przez dwutlenku węgla wapnia z innych substancji. Agresywny dwutlenek węgla jest niebezpieczny dla człowieka, gdyż wypłukuje wapń z organizmu.

dwutlenek węgla związany- dwutlenek węgla występujący w wodzie w postaci wodorowęglanu i węglanu

Oznaczanie wolnego dwutlenku to oznaczanie kwasowości ogólnej wody. Ćwiczenie polega na miareczkowaniu dwutlenku węgla wodorotlenkiem sodowym wobec fenoloftaleiny. Oznaczenie agresywnej formy dwutlenku węgla to oznaczanie wzrostu zasadowości wody, do której dodano marmur, w stosunku do zasadowości wody bez marmuru. To ćwiczenie również polega na miareczkowaniu próbki, tym razem kwasem chlorowodorowym.

6) OZNACZANIE CHLORKÓW W WODZIE

Chlorki są anionem najczęściej występującym w wodzie i ściekach. Mogą pochodzić z gleby, pokładów naturalnych soli oraz zanieczyszczeń ściekami lub różnymi odpadkami pochodzenia zwierzęcego. Wody naturalne zawierają chlorki od ilości śladowych do kilkuset mg/dm³. Wysokie stężenie chlorków w wodzie zwiększa jej korozyjność i wpływa ujemnie na rośliny. Zawartość chlorków w wodzie do picia nie powinna przekraczać 200 mg/dm³.

Oznaczanie:

zasada oznaczania polega za miareczkowaniu chlorków azotanem wobec chromianu potasowego (wskaźnik przy odczynie obojętnym lub lekko alkalicznym, pH 6,5-10). Chlorki wytrącają się w postaci nierozpuszczonego AgCl. Po wytrąceniu wszystkich chlorków jony srebrowe reagują z chromianem zmieniając zabarwienie na żółtoczerwone, co świadczy o końcu reakcji.

7) OZNACZANIE SIARCZKÓW W WODZIE

Siarkowodór w wodzie występuje w wodzie pod trzema postaciami: rozpuszczonego gazu, jonów kwasu siarkowodorowego i siarczków, czyli jego soli. To, w jakiej formie występuje, zależy od pH wody. Przy pH mniejszym od 5 występuje siarkowodór gazowy, przy pH równym 7 występuje pod postacią jonów wodorosiarczkowych, przy pH większym od 10 są to jony siarczkowe. Do wód powierzchniowych siarkowodór dostaje się ze ścieków poprzemysłowych. Często występuje również w wyniku rozkładu substancji organicznych. W wodach podziemnych pochodzi z rozkładu siarczków metali. Woda zawierająca siarkowodór ma właściwości korozyjne i jest niezdatna do spożycia. Siarkowodór w wodzie zarobowej utrudnia proces wiązania i twardnienia cementu. Ćwiczenie to wykonuje się za pomocą miareczkowania redox.

Oznaczanie:

Ćwiczenie polega na dodaniu nadmiaru odczynnika (w tym wypadku jodu) i po odczekaniu określonego czasu (minimum 10 minut) odmiareczkowaniu go innym odczynnikiem-triosiarczanem sodu. Siarkowodór i siarczki w reakcji ze związkami ołowiu dają koloidalny roztwór siarczku ołowiu o brunatno-czerwonym zabarwieniu. Jako koloidu ochronnego, zabezpieczającego przez wytrąceniem się siarczku ołowiu, stosuje się alkohol poliwinylowy.

8) OZNACZANIE ZAWARTOŚCI SUBSTANCJI ORGANICZNEJ W WODZIE I ŚCIEKACH

Biochemiczne zapotrzebowanie na tlen (BZT)-termin umowny, który określa ilość tlenu wyrażoną w miligramach na dm³ wody lub ścieków , potrzebną do utlenienia związków organicznych na drodze biochemicznej (przy użyciu bakterii nitryfikacyjnych) w temperaturze 20⁰C w warunkach aerobowych (tlenowych).

Chemiczne zapotrzebowanie na tlen (ChZT)-ilość tlenu w miligramach na dm³ pobranego z utleniacza na utlenienie zawartych w wodzie związków organicznych i niektórych nieorganicznych (żelazo, sole żelazowe, azotyny). Używane utleniacze to: manganian potasu, dwuchromian potasu i jodan potasu. Jest to miareczkowanie redox, miareczkowanie manganometryczne (ponieważ w dwóch przypadkach używa się manganianu potasu)

Związki organiczne w wodach naturalnych i ściekach ulegają rozkładowi wskutek działalności drobnoustrojów. Gwałtowny wzrost zawartości związków organicznych w wodzie powoduje całkowite zużycie tlenu prowadzące do wyginięcia organizmów oddychających tlenem. Ścieki zawierające substancję organiczną charakteryzują się przykrym zapachem, a w wyniku zachodzącej w nich fermentacji zakwaszają środowisko. Sapronina natomiast powoduje rozpadanie się skrzeli u ryb. Ponadto wywołuje pienienie, utrudniając natlenianie wody, a jej rozkład przebiega powoli.