Barwa pozorna – zabarwienie pochodzące od substancji zawieszonej, dające się łatwo usunąć przez filtracje.
Barwa rzeczywista – pochodzi od substancji rozpuszczonej.
15 mg Pt/dm3 – dopuszczalna barwa wody do picia.
Skala barw – jednostką barwy jest zabawienie jakie nadaje 1 mg Pt zawartej w chloroplatynianie potasowym K2PtCl6 rozpuszczonym w 1 dm3 wody destylowanej z dodatkiem 0,5 mg chlorku kobaltowego CoCl2x6H20.
Mętność – wskaźnik jakości wody, spowodowany obecnością zawiesin, koloidów powodujących rozpraszanie i absorbowanie światła. Wpływa na wygląd i apetyczność. Zawiesiny i koloidy mineralne: gliny, iły, piasek, wytrącone związki żelaza, manganu, glinu, wapnia; organiczne: rozdrobnione substancje organiczne, kwasy humusowe, plankton, wyższe mikroorganizmy. Organiczne mogą świadczyć o zanieczyszczeniu ściekami. Przyczyny zanieczyszczenia rzek: turbulencje w wodach, powodzie, wody burzowe, ścieki bytowe i przemysłowe, nadmierny rozwój planktonu. Woda o wysokiej mętności chroni mikroorganizmy przed dezynfekcją.
1 mg SiO2/dm3 – maksymalna mętność.
Jednostka mętności – mętność wody, która zawiera 1 mg/dm3 o wymiarze ok. 100 µm; wzorzec formazynowy otrzymywany przez zmieszanie:
1g (NH2)2 × H2SO4 w 100cm3 wody destylowanej
10g (CH2)6N4 (urotropina) w 100cm3 wody destylowanej
Pobiera się po 10cm3 takich roztworów do kolby poj. 200cm3, miesza, pozostawia na 24 godz. i uzupełnia wodą destylowaną. Wzorzec taki ma mętność 400mg/dm3.
Wykonanie ćwiczenia wizualną metodą turbidymetryczną: badaną próbkę dokładnie wymieszać i wlać do kolby miarowej poj. 200cm3, porównać ją z przygotowanymi wzorcami mętności. Porównanie przeprowadzić na tle okna, trzymając kolby na wysokości oczu. Jeśli mętność jest większa niż skala wzorców, próbkę rozcieńczyć wodą destylowaną , uwzględniając ten fakt przy obliczaniu wyników oznaczenia.
Wytrącanie węglanu wapnia i wodorotlenku żelazowego (III):
Ca(HCO3)2 → CaCO3 + CO2↑ + H2O
2 Fe(HCO3)2 + H2O + ½ O2 → 2 Fe(OH)3 + 4 CO2↑
Siarkowodór w wodach podziemnych:
FeS + 2CO2 + 2H2O → H2S + Fe(HCO3)2
MeSO4 + CH4 → MeCO3 + H2S + H2O
Stężenie siarkowodoru w atmosferze = 0, gdyż:
H2S + 1/2O2 → H2O + S
Zapach wody oznacza się na zimno w temp. pokojowej (20±1°C) i na gorąco (60±1°C). Zapach G i S dyskwalifikują wodę do picia.
Przewodność właściwa czystej wody – 0.038µS/cm w 18°C.
Z wielkości przewodnictwa właściwego można oznaczyć: zasolenie, suchą pozostałość, zawartość substancji rozpuszczonych.
Przewodność – odwrotność oporu elektrycznego słupa cieczy, zawartego między elektrodami o powierzchni 1 cm2 i odległości między nimi 1 m. ĸ=1/ρ (ĸ – konduktywność, ρ – rezystywność).
Zasolenie: mg NaCl/dm3= f·ĸ (ĸ – przewodność właściwa µS/cm; f – współczynnik przeliczeniowy: f1 = 0,52 dla stężeń 0-10 mg NaCl/dm3; f2 = 0,55 dla stężeń > 10 mg NaCl/dm3).
Sucha pozostałość: mg/dm3 = f·ĸ (f – współczynnik przeliczeniowy 0,55-0,9, wyznaczyć doświadczalnie dla danej wody).
Substancje rozpuszczone: mg/dm3 = f·ĸ (f – współczynnik przeliczeniowy 0,55-0,75, wyznaczyć doświadczalnie dla danej wody).
Przewodność właściwa: destylowana woda 0,5-2µS/cm; wód powierzchniowych 50-1000µS/cm; ścieki kilka tysięcy µS/cm.
Badania wykonuje się w temp. 293K (20°C), dla innych temp. ĸT=ĸ293[1+α(T-293)] (ĸT,ĸ293 – konduktywność w temp. T i 293K, T – temp. w skali bezwzględnej, α – współczynnik określany doświadczalnie).
Dopuszczalna wartość przewodności w temp 20°C – 2500 mS/cm.
Metody oznaczeń. Mierzona przewodność właściwa jest przewodnością słupa cieczy o grubości 1cm i przekroju 1cm2. Jednostką miary jest simens S. Jednostka - µS/cm. Pomiar polega na zanurzeniu do wody elektrod, przyłączeni odpowiedniego napięcia i pomiarze oporności roztworu. Do pomiaru stosuje się konduktometry.
Chlorki – w stanie wolnym jako gazy wulkaniczne. Zazwyczaj jako związki rozpuszczone w wodzie morskiej, składnik złóż. Zawartość w skorupie 0,19%. Głównymi minerałami zawierającymi chlor jest halit – sól kamienna (NaCl), karnalit, sylwinit. W wodach morskich ok. 1,89% w postaci NaCl, MgCl2. Ławo rozpuszczalne w wodzie (wyjątki; AgCl, Hg2Cl2, CuCl). Zawartość od kilkudziesięciu do kilkuset grama/m3. Wzrost zawartości może świadczyć o zanieczyszczeniu. Przy dużym stężeniu nieprzyjemny smak. Dopuszczalne stężenie w wodzie do picia – 250 mg/dm3. Powodują korozje metali, duże zasolenie szkodliwe dla roślin.
Metoda Mohra polega na miareczkowaniu chlorków azotanem srebrowym (AgNO3) wobec chromianu potasowego ( K2CrO4) jako wskaźnika. W roztworze obojętnym lub słabo alkalicznym (pH=6.5-10). Reakcja chlorków z jonami srebra prowadzi do powstania nierozpuszczalnego chlorku srebra (AgCl) wytrącającego się ilościowo.
Ag+ + Cl → AgCl↓
Po całkowitym strąceniu Cl, nadmiar jonów Ag+ reaguje z K2CrO4 powodując zmianę barwy roztworu na żółtobrunatną
2 Ag+ + CrO42 → Ag2CrO4↓
co świadczy o zmiareczkowaniu jonów chlorkowych. Metodę Mohra stosuje się przy zawartości chlorków > 5mg/dm3. W oznaczeniu przeszkadzają: barwa > 30mg Pt/dm3, mętność > 30mg/dm3, Fe >10mg/dm3, ortofosforany > 25mg PO43/dm3, bromki, jodki, cyjanki, siarczki, siarczyny, tiosiarczany (S2O32).
Oznaczanie tlenu w wodzie
Woda tworzy z gazami roztwory przesycone, termodynamicznie nietrwałe. Stan łatwo usuwamy przez zetknięcie z ciałem stałym. Zależność między rozpuszczalnością gazu a temperaturą opisuje równanie Clasiusa-Clapeyrona: ln (X1/X2) = (ΔH/R)[(1/T2-1/T1) (X1, X2 – rozpuszczalność gazu w temp. T1, T2 9w ułamkach molowych, ΔH – ciepło rozpuszczenia 1 mola gazu w jego nasyconym roztworze).
Rozpuszczalność gazów wyrażamy w: g/100g cieczy, w liczbie moli gazu/1000g cieczy, liczbie moli w 1 dm3, ułamkach molowych, współczynnikach pochłaniania.
Wyróżniamy 3 warstwy wody: naskokową (głębokość 2-3 m; stan ciągłej cyrkulacji i kontaktu z atmosferą, zawartość tlenu od stopnia czystości wody); skokową (grubość 1 m; niewielka zawartość tlenu); podskokową (sięga do dna; prawie nieruchoma, małe ilości tlenu lub brak).
Zawartość tlenu w wodach naturalnych – 0-14 mg O2/dm3.
Stopień nasycenia wody tlenem – stosunek zawartości tlenu rozpuszczonego w badanej wodzie do maksymalnej zawartości tlenu w wodzie destylowanej, w danej temp. przy ciśnieniu 760mm Hg. Procent obliczany ze wzoru: X = (α·760·100)/(c·B); α – zawartość tlenu rozpuszczonego w badanej wodzie [mg O2/dm3], c – maksymalna ilość tlenu (w mg) zawarta w 1dm3 wody destylowanej o temp. badanej wody, B – ciśnienie w czasie pobierania próbki [mm Hg].
Proces samooczyszczania - w wodach powierzchniowych na skutek biochemicznego rozkładu związków organicznych, przy współudziale organizmów wodnych, zużywa się tlen a powstaje CO2 (CO2+hγ = O2).
Przesycenie wody: intensywna fotosynteza, gwałtowny wzrost temp. wody, spadek ciśnienia.
Zawartość tlenu oznacza się w wodach powierzchniowych, oraz w wodach gdzie jest niepożądanym składnikiem (przyspiesza korozję):
2 H+ + Fe → 2 H + Fe2+
2 H + ½ O2 → H2O
Jony wodorowe pochodzące z dysocjacji H2CO3 atakują powierzchnię metalu. W wyniku tej reakcji do roztworu przechodzą jony Fe2+, a tworzący się wodór atomowy wydziela się i izoluje powierzchnię metalu od dalszej korozji. Jednak obecny w wodzie tlen utlenia wydzielający się wodór atomowy do H2O, powodując odkrycie powierzchni metalu i dalszy proces korozji.
Rodzaj organizmów występujących w zbiorniku zależy od: składu chemicznego wody, oświetlania, zawartość tlenu i możliwość natlenienia, temperatury, ruchu wody.
Zasada oznaczenia. Do próbki wprowadza się MnSO4 (siarczan manganawy) z dodatkiem alkalicznego roztworu KJ (jodku potasowego).
MnSO4 + 2 KOH → Mn(OH)2↓ + K2SO4 biały osad
Rozpuszczony tlen w próbce w roztworz alkalicznym utlenia jony manganu Mn2+ → Mn4+
2 Mn(OH)2 + O2 → 2 MnO(OH)2 ↓ (brązowy osad)
czemu towarzyszy zmiana barwy osadu na jasnobrązową. Po zakwaszeniu próbki
roztworem H2SO4, który powoduje rozpuszczenie osadu, wydziela się z jodu potasowego wolny jod w ilości równoważnej zawartości tlenu rozpuszczonego w badanej próbce:
MnO(OH)2 + 2 H2SO4 → Mn(SO4)2 + 3 H2O
Mn(SO4)2 + 2 KJ → J2 + MnSO4 + K2SO4
Wydzielony jod oznacza się roztworem Na2S2O3 wobec skrobi jako wskaźnika:
J2 + 2 Na2S2O3 → 2 NaJ + Na2S2O6
Z ilości zużytego Na2S2O3 oblicza się zawartość tlenu rozpuszczonego. W oznaczeniu przeszkadzają zawiesiny, chlor, chloraminy, ClO2, CrO42-, MnO4-, Fe3+ i inne.
Odczyn wód naturalnych wynosi 6,5-8,5, zależy od: odprowadzanych zanieczyszczeń, podłoża, układu węglanowego, rodzaju gleb w zlewni, skał magmowych i osadowych. Wody dołowe <4,5; Wody torfowisk 4,5-5,5; Wody podziemne 5-6,5; Rzeki, jeziora 6,5-8,5; Woda morska 7,5-8,5.
Kwaśne deszcze:
SO2 + H2O → H2SO3
H2SO3 + ½O2 → H2SO4
SO2 + O2 → 2SO3
SO3 + H2O → H2SO4
2NO + O2 → 2NO2
2NO2 + H2O → HNO2 + HNO3
Zmiana pH:
FeSO4 + 2H2O → Fe(OH)2 + H2SO4 zmniejsza pH wody
Al2(SO4)3 + 6H2O → 2Al.(OH)3 + 3H2SO4 zmniejsza pH
Na3PO4 + 2H2O → NaH2PO4 + 2NaOH zwiększa pH wody
pH<6.5 – właściwości korozyjne; pH>8,5 – wykazują zdolność do pienienia się.
Kwasowość wody – zdolność do zobojętnienia dodawanych do niej silnych zasad nieorganicznych lub węglanów wobec umownych wskaźników. Może wynikać z obecności w nich wolnego, rozpuszczonego CO2, humusów, produktów hydrolizy soli, żelaza lub glinu.
Kwasowość mineralna – spowodowana mocnymi kwasami nieorganicznymi; ph<4,5 oznacza się wobec oranżu metylowego (za pomocą mianowanego NaOH). Silnie korozyjny charakter, szkodliwa dla zdrowia.
Kwasowość ogólna – spowodowana CO2 i słabymi kwasami organicznymi; pH>8,3 oznacza się wobec fenoloftaleiny.
Reakcje zobojętnienia za pomocą zasad:
H+ + OH- = H2O
CO2 + OH- = HCO3-
Zasadowość wody – zdolność wody naturalnej do zobojętniania mocnych kwasów nieorganicznych do określonego pH wobec umownych wskaźników. Spowodowana obecnością wodorowęglanów, węglanów, rzadziej wodorotlenków, boranów, krzemianów i fosforanów. Przy pH<8,3 głównie wodorowęglany Ca(HCO3)2, Mg(HCO3)2, Fe(HCO3)2. W zanieczyszczonych wodach ściekami mogą występować obok anionów słabych kwasów HCO3, CO32, H2PO4, HPO42, SiO32 , również mocne zasady NaOH, KOH i Ca(OH)2. Miareczkowanie:
Zasadowość ogólna (M), oznaczana wobec oranżu metylowego przy pH>4.5. Powoduje powstanie kamienia kotłowego.
Zasadowość mineralna (F), oznaczana wobec fenoloftaleiny przy pH>8.3. Powoduje pienienie się wody.
Wolne jony wodorotlenowe OH- nie istnieją, ponieważ:
HCO3 + OH → CO32 + H2O
ZF = ½ [CO32]
ZM – ZF = [HCO3] + ZF
[HCO3] = ZM – 2ZF
Na podstawie wartości zasadowości wobec fenoloftaleiny ZF i zasadowości ogólnej ZM można obliczyć zawartość jonów, które powodują zasadowość wody.
Twardość wody – właściwość wody polegająca na zużywaniu pewnych ilości mydła bez wytwarzania piany. Wynika to z obecności jonów Ca, Mg, Mn, Al., Zn, które tworzą z mydłem nierozpuszczalne sole. Twardość: węglanowa (wywołana przez wodorowęglany, węglany i wodorotlenki wapnia i magnezu: Ca(HCO3)2, CaCO3, Ca(OH)2, Mg(HCO3)2, MgCO3Mg(OH)20; niewęglanowa (TwNCa, TwNMg) wywołana przez inne związki wapnia i magnezu CaSO4, CaCl2, Ca(NO3)2, MgSO4, MgCl2, Mg(NO3)2.
Twardość węglanowa w czasie gotowania wody ulega zmniejszeniu w wyniku rozkładu wodorowęglanów i hydrolizie powstających węglanów
Ca(HCO3)2 ⇔ CaCO3 ↓ + H2O + CO2 ↑
Mg(HCO3)2 ⇔ MgCO3 ↓ + H2O + CO2 ↑
MgCO3 + H2O ⇔ Mg(OH)2 ↓ + CO2 ↑
Twog. = Twnwęg. + Twwęg.
Twardość wód naturalnych 1-20 mval/dm3.
Maksymalna twardość 7,14 mval/dm3.
1 stopień niemiecki (1°n) = 10 mg CaO (lub 7,19 mg MgO) w 1 dm3 wody,
1 stopień francuski (1°F) = 10 mg CaCO3 w 1 dm3 wody,
1 mmol = 40,08 mg Ca2+ (lub 24,32 mg Mg2+) w 1 dm3 wody,
1ºn = 0,356 mval/dm3.
Przeliczenie jednostek:
1 mval/dm3 odpowiada 2,8 0 n (niemiecki stopień twardości)
1 mval/dm3 → 50 mg CaCO3/dm3
1 mval/dm3 → 0,5 mmol/dm3
1 mval/dm3 → 28 mg CaO/dm3
1 mmol/dm3 → 5,6 0 n
1 mmol/dm3 → 100 mg CaCO3/dm3
1 mmol/dm3 → 2 mval/dm3
1 mmol/dm3 → 56 mg CaO/dm3
10 n → 0,357 mval/dm3
10 n → 0,179 mmol/dm3
10 n → 10 mg CaO/dm3
10 n → 1,79 mg CaCO3/dm3
Twarda woda: pogarsza wartości odżywcze mięsa i jarzyn, powoduję duże zużycie mydła, może powodować podrażnienie skóry, nie nadaje się do produkcji piwa, nie można zasilać taką wodą kotłów.
Dopuszczalna twardość – 60-500 mg CaCO3/dm3.
Zasada oznaczenia twardości ogólnej metoda wersenianową.
Oznacza się ją kompleksometrycznie wobec czerni erichromowej T jako wskaźnika. Jony Ca i Mg w roztworze wodnym o pH około 10 zmieniają niebieskie zabarwienie czerni tworząc z nią związek kompleksowy o czerwonym zabarwieniu. Kompleks ten jest mniej trwały niż z wersanianem dwusodowym. Przy miareczkowaniu po związaniu wszystkich jonów Ca i Mg przez wersenian, wskaźnik zostaje uwolniony i barwa roztworu zmienia się z czerwonej na niebieską. Zmiana zabarwienia miareczkowanego roztworu jest wyraźna jedynie w obecności dostatecznej ilości jonów magnezowych.
Sucha pozostałość – substancje nierozpuszczone i rozpuszczone wydzielone z wody przez odparowanie lub wysuszenie w temperaturze 105°C do stałej masy
Zawiesiny ogólne - substancje nierozpuszczalne, pływające i zawieszone, wydzielone z wody lub ścieków przez przesączenie lub odwirowanie i wysuszenie w temperaturze 105°C do stałej masy. Dzielimy na łatwo-opadające (o średnicy cząstek >=0,1µm); trudno-opadające (o średnicy cząstek <0,1µm).
Jednostka | mmol/dm-3 | mg (CaCO3)/dm-3 | niemiecka (ºn) | francuska (ºF) |
---|---|---|---|---|
Mmol/ dm-3 | 1 | 100,08 | 5,61 | 10,00 |
mg (CaCO3)/ dm-3 | 0,01 | 1 | 0,056 | 0,10 |
niemiecka (ºn) | 0,178 | 17,84 | 1 | 1,784 |
francuska (ºF) | 0,10 | 10,00 | 0,560 | 1 |
Zasada oznaczania zawartości zawiesin ogólnych polega na przesączeniu określonej objętości próbki ścieków przez przygotowany i zważony ilościowy sączek bibułowy, a następnie jego wysuszeniu wraz z zawartością do stałej masy w 105°C i zważeniu.
Zasada oznaczania zawiesin mineralnych (nielotnych) polega na wyprażeniu zawiesin ogólnych w 550oC i zważeniu pozostałości po prażeniu.
Żelazo – występuje głównie w postaci ród. Źródłem w wodach mogą być: gleba i skały, zanieczyszczenia, korozja rur. Hydroliza żelaza:
2 Fe(HCO3) 2 + H2O + ½ O2 = 2 Fe(OH) 3 ↓ + 4CO2
Niskie spożycie: anemia, biegunki, zmiany zapalne, niedotlenienie tkanek, obniżenie zdolności psychofizycznych, zakłócenie snu, osłabienie odporności, poronienia u kobiet w ciąży.
Nadmierne spożycie: zmniejszenie wchłaniania innych składników, zwiększone ryzyko infekcji, choroby nowotworowe.
OZNACZANIE ŻELAZA METODĄ KOLORYMETRYCZNĄ Z TIOCYJANIANEM
Jony Fe3+ reagują w słabo kwaśnym środowisku z jonami SCN-, tworząc tiocyjanianowe kompleksy żelaza(III) o zabarwieniach krwistoczerwonych: [Fe(H2O)5(SCN)2+, [Fe(H2O)4(SCN)2]+, [Fe(H2O)3(SCN)3].
Metoda ta może być stosowana po wyeliminowaniu czynników przeszkadzających, takich jak:
- barwa,
- mętność,
- duża zawartość związków organicznych,
- aniony tworzące kompleksy z żelazem (np. F)
- metale wchodzące w kompleksy z tiocyjanianem).
Barwę, mętność i substancje organiczne usuwa się poprzez wyprażanie próbki z HCl (1:1), przy dużej ilości jonów przeszkadzających należy zastosować inną metodę.
Mangan – występuje łącznie z żelazem. W wodzie naturalnej 0,1 – 0,3 mg/l. Pochodzi z resztek roślinnych, gleby, zanieczyszczeń. Z tlenem tworzy nierozpuszczalne tlenki, powodują powstanie osadów, problemy z barwą.
Maksymalna zawartość w wodzie – 0,05 mg/l.
Oznaczanie manganu zmodyfikowaną metodą kolorymetryczną z katalizatorem srebrowym
Podstawą kolorymetrycznej metody oznaczania jest utlenianie jonów manganowych silnym utleniaczem, którym jest nadsiarczan amonowy w środowisku kwaśnym, do zabarwionych na fioletowo jonów nadmanganianowych. Intensywność zabarwienia jest proporcjonalna do zawartości manganu w roztworze. Przebieg reakcji przedstawia równanie:
Katalizatorem reakcji jest azotan srebrowy. Stosując nadsiarczan amonowy i jony srebra, przy obecności w roztworze nawet małych ilości chlorków, należy dodać azotanu rtęciowego, który zapobiega zmętnieniu roztworu, tworząc z jonami chlorkowymi kompleks, rozpuszczalny w środowisku kwaśnym. Utlenianie przeprowadza się w podwyższonej temperaturze w mieszaninie kwasów: siarkowego i azotowego. Czynnikiem przeszkadzającym w oznaczaniu oprócz chlorków są substancje organiczne zawarte w wodzie, których ujemny wpływ eliminuje się poprzez dodanie nadmiaru nadsiarczanu amonowego i dłuższe gotowanie roztworu.