Transcript Κεφάλαιο 5
ΤΕΙ ΠΕΙΡΑΙΑ ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΤΜΗΜΑ ΦΥΣΙΚΗΣ ΧΗΜΕΙΑΣ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΥΛΙΚΩΝ ΧΗΜΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ ΝΕΡΟΥ ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΣΚΛΗΡΟΤΗΤΑΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΕΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΧΗΜΙΚΗΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΚΑΙ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΗΣ ΧΗΜΕΙΑΣ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ ΕΥΑΓΓΕΛΟΣ Γ. ΦΟΥΝΤΟΥΚΙΔΗΣ ΔΡ. ΧΗΜΙΚΟΣ ΜΗΧΑΝΙΚΟΣ ΟΙΚΟΝΟΜΟΛΟΓΟΣ Σχεδιασμός: Μ. Ζιώγας – Π. Πανταζοπούλου Επιμέλεια: Δρ. Ευαγγελία Παντατοσάκη ΕΙΣΑΓΩΓΗ • Το νερό είναι ένα από τα πολυτιμότερα αγαθά του πλανήτη μας. • Παρόλο που το νερό καλύπτει το μεγαλύτερο μέρος της επιφάνειας της Γης, λιγότερο από το 3% αυτού είναι χαμηλής περιεκτικότητας σε άλατα και από αυτό το μεγαλύτερο μέρος του (75%) είναι σε στερεή κατάσταση (πάγος). Μόνο περίπου το 1% από την συνολική ποσότητα του νερού είναι τελικά πόσιμο. • Σήμερα η κατανάλωση του νερού γίνεται όλο και μεγαλύτερη, λόγω της αύξησης του μόνιμου πληθυσμού και του βιοτικού επιπέδου, της αύξησης του εποχιακού πληθυσμού, της επέκτασης των καλλιεργούμενων και αρδευόμενων εκτάσεων και της αύξησης του αριθμού των μεταποιητικών και βιομηχανικών μονάδων. • Οι ανάγκες σε καθαρό νερό καλύπτονται με την εντατικότερη εκμετάλλευση των αποθεμάτων νερού. Κατανάλωση όμως μεγαλύτερη της φυσικής αναπλήρωσης οδηγεί σε πτώση της στάθμης των υπόγειων υδάτων. Ειδικά σε παραθαλάσσιες περιοχές η υπεράντληση οδηγεί σε μετατροπή, άριστων άλλοτε πηγών νερού, σε υφάλμυρες. Κατανομή του νερού στη Γη καθαρό νερό 3% άλλο 1% υπόγεια νερά 23% αλμυρό (ωκεανοί 97%) το νερό στη Γη πάγος 75% καθαρό νερό ποτάμια 2% επιφανειακό νερό 1% έλη 11% λίμνες 87% καθαρό επιφανειακό νερό http://en.wikipedia.org/w/index.php?title=File:Earth%27s_water_distribution.svg&page=1 Κατανάλωση νερού ανά ήπειρο, 1900-2000 Ασία Αφρική Ευρώπη Λατινική Αμερική Βόρεια Αμερική http://www.fao.org/docrep/003/t0800e/t0800e0a.htm Κατανάλωση νερού ανά χρήση Γεωργία Βιομηχανία Κοινοτική χρήση Αποθέματα http://zebu.uoregon.edu/2004/hum399/lec19.html ΧΡΗΣΙΜΟΤΗΤΑ ΤΟΥ ΝΕΡΟΥ • Οικιακή χρήση. Περιλαμβάνει το πόσιμο νερό, το νερό καθαρισμού σπιτιών και καταστημάτων γενικά και το νερό μαγειρέματος. • Κοινοτική χρήση. Περιλαμβάνει το νερό ποτίσματος των δημόσιων χώρων, την τοπική διανομή νερού για σκοπούς πυρόσβεσης, τους υδάτινους δρόμους μεταφοράς κλπ. • Βιομηχανική χρήση. Αναφέρεται σε κάθε βιομηχανία χημική ή μη, η οποία χρησιμοποιεί νερό είτε σαν πρώτη ύλη στην παραγωγή (π.χ. φάρμακα, καλλυντικά, αναψυκτικά κλπ.) είτε σαν μέσο λειτουργίας βοηθητικού εξοπλισμού (θέρμανση, ψύξη κλπ.). Στη βιομηχανική χρήση ανήκουν και οι υδροηλεκτρικοί σταθμοί παραγωγής ρεύματος. • Γεωργική χρήση. Περιλαμβάνει την κτηνοτροφία, τη γεωργία και την αλιεία, τομείς όπου η ποιότητα του νερού παίζει σημαντικό ρόλο. ΠΡΟΔΙΑΓΡΑΦΕΣ ΚΑΤΑΛΛΗΛΟΤΗΤΑΣ ΝΕΡΟΥ Καθορίζεται από πρότυπα προδιαγραφών όπου αναφέρεται : • το είδος των αλάτων και • η περιεκτικότητά τους Αυτές οι προδιαγραφές έχουν καθιερωθεί παγκόσμια. Ο Παγκόσμιος Οργανισμός Υγείας (World Health Organization) εδρεύει στη Γενεύη και εκδίδει κατά καιρούς πρότυπα περιεκτικότητας του νερού σε διάφορα άλατα ή ουσίες μόλυνσης, που καθορίζουν την καταλληλότητά του ως πόσιμο. Οι τελευταίες οδηγίες εκδόθηκαν το 1998. Στην Ελλάδα ισχύει η Κ.Υ.Α Υ2/2600/2001 (ΦΕΚ 892/Β’/11.7.2001) Ποιότητα του νερού ανθρώπινης κατανάλωσης, σε συμμόρφωση προς την οδηγία 98/83/ΕΚ του Συμβουλίου της Ευρωπαϊκής Ένωσης της 3ης Νοεμβρίου 1998. Οι μέθοδοι καθαρισμού του νερού ποικίλουν ανάλογα με το βαθμό της μόλυνσης, τη συγκέντρωση και το είδος των συστατικών, καθώς και τον τομέα επαναχρησιμοποίησής του. Διακρίνονται στις κοινές ΧΗΜΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ ΝΕΡΟΥ • Το νερό, ανάλογα με τη χρήση για την οποία προορίζεται, απαιτείται να έχει χημική σύσταση που να ικανοποιεί κάποιες προδιαγραφές. • Η καταλληλότητα του νερού προσδιορίζεται με μία σειρά από χημικές αναλύσεις που συνήθως είναι : Το pH, η αγωγιμότητα, η σκληρότητα, τα χλωριόντα, τα θειικά ιόντα, τα ανθρακικά ιόντα, τα υδρογονοανθρακικά ιόντα, τα νιτρώδη, το αμμώνιο, τα κατιόντα νατρίου, τα κατιόντα καλίου, τα κατιόντα ασβεστίου, τα κατιόντα μαγνησίου και τα κατιόντα σιδήρου. • Οι χημικές μέθοδοι που χρησιμοποιούνται στις αναλύσεις του νερού είναι σταθμικές, ογκομετρικές, φασματομετρικές ή αερίου χρωματογραφίας. ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΣΚΛΗΡΟΤΗΤΑΣ ΝΕΡΟΥ • Ο όρος σκληρότητα αναφέρεται στο σύνολο των αλάτων του ασβεστίου και του μαγνησίου, με ιόντα χλωρίου, θειικά, ανθρακικά και υδρογονανθρακικά. • Ανάλογα με τη φύση των αλάτων αυτών η σκληρότητα διακρίνεται σε: παροδική σκληρότητα: οφείλεται κατά κύριο λόγο στην παρουσία των υδρογονανθρακικών αλάτων του ασβεστίου και του μαγνησίου (Ca(HCO3)2, Mg(HCO3)2). μόνιμη σκληρότητα: οφείλεται στην παρουσία ευδιάλυτων αλάτων του Ca και Mg, κυρίως θειικών αλάτων, αλλά και σε μικρότερο βαθμό χλωριούχων αλάτων, νιτρικών αλάτων κλπ. που δεν μπορούν να απομακρυνθούν με βρασμό. oλική σκληρότητα: ονομάζεται το άθροισμα της παροδικής και της μόνιμης σκληρότητας του νερού. ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΣΚΛΗΡΟΤΗΤΑΣ ΝΕΡΟΥ • Η σκληρότητα του νερού εκφράζεται σε βαθμούς σκληρότητας. • Μονάδες μέτρησης: Γερμανικοί βαθμοί (oD), 1 oD = 1 mg CaO / 100 ml νερού Γαλλικοί βαθμοί (οF), 1 oF = 1 mg CaCO3 / 100 ml νερού Αμερικάνικοι βαθμοί ppm, 1 mg CaCO3 / l νερού (ppm) 1oD = 10 ppm CaO = 17,9 ppm CaCO3 1oF = 10 ppm CaCO3 = 5,6 ppm CaO 1oD = 1,79 oF ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΣΚΛΗΡΟΤΗΤΑΣ ΝΕΡΟΥ Ο χαρακτηρισμός της ποιότητας του νερού εμπειρικά, μπορεί να γίνει με βάση την παρακάτω κλίμακα τιμών ολικής σκληρότητας: °F ppm 0-7 0 - 70 7 - 15 70 - 150 μαλακό (πόσιμο νερό) 15 - 32 150 - 320 μέτρια σκληρό νερό 32 - 55 320 - 550 σκληρό νερό > 55 > 550 πολύ μαλακό νερό πολύ σκληρό νερό Σύμφωνα με τα διεθνή πρότυπα: Καλή ποιότητα πόσιμου νερού: < 500 mg/l ολικά διαλυμένα στερεά (TDS) Ανώτατο επιτρεπτό όριο: 1500 mg/l ολικά διαλυμένα στερεά (TDS) Προσδιορισμός παροδικής σκληρότητας • Τα υδρογονανθρακικά άλατα προσδιορίζονται με ογκομέτρηση εξουδετέρωσης, με πρότυπο διάλυμα υδροχλωρικού οξέος (HCl) 0,1Μ παρουσία δείκτη πορτοκαλόχρουν του μεθυλίου (ηλιανθίνη). • Οι αντιδράσεις που λαμβάνουν χώρα είναι : Ca(HCO3)2 + 2HCl CaCl2 + 2H2O + 2CO2 Mg(HCO3)2 + 2HCl MgCl2 + 2H2O + 2CO2 Προσδιορισμός παροδικής σκληρότητας Αντιδραστήρια 1. Πρότυπο διάλυμα HCl 0,1 Μ 2. Δείκτης ηλιανθίνη 0,1g /100ml H2O (ή πράσινο της βρωμοκρεζόλης) 3. Πόσιμο νερό (δείγμα προς ανάλυση) Διεξαγωγή μετρήσεων • Μεταφέρουμε επακριβώς 100 ml πόσιμου νερού (με ογκομετρική φιάλη των 100 ml) σε κωνική φιάλη των 250 ml και προσθέτουμε λίγες σταγόνες πράσινο της βρωμοκρεζόλης. • Στην προχοΐδα μεταφέρεται το πρότυπο διάλυμα HCl 0.1 Μ και ογκομετρούμε μέχρι αλλαγής του χρώματος του διαλύματος από πρασινομπλέ σε κίτρινο. • Σημειώνεται ο όγκος του προτύπου διαλύματος HCl που καταναλώθηκε. Προσδιορισμός παροδικής σκληρότητας Υπολογισμοί α΄ τρόπος H μοριακότητα ή μοριακή συγκέντρωση (CM) ενός διαλύματος, εκφράζει τα mol της διαλυμένης ουσίας ανά λίτρο διαλύματος. Το υδρογονανθρακικό ασβέστιο, Ca(HCO3)2, είναι άλας όπως και το CaCO3, που αποτελούνται από τα κατιόντα Ca++, τα οποία στις οξεοβασικές αντιδράσεις συμπεριφέρονται σαν ιόντα θεατές, ενώ το HCO3- και CO3-2 συμπεριφέρονται σαν βάση. Στο διάλυμα θα έχουμε : Ca(HCO3)2 → Ca++ + 2HCO3-2 HCl + H2O → H3O+ + Cl- HCO3- + H3O+ → 2 H2O + CO-2 1 2 3 Προσδιορισμός παροδικής σκληρότητας Υπολογισμοί Έστω Vπ ml ο όγκος του (HCl) προτύπου διαλύματος 0.1Μ που καταναλώθηκε στην ογκομέτρηση, τότε : Τα mol του HCl θα είναι : nHCl = CMVπ·10-3 = 0.1 ·Vπ ·10-3 To 10-3 μετατρέπει τα Vπ ml σε λίτρα Aπό την αντίδραση 2 nHCl = nH3O+ και από την αντίδραση 3 nHCl = nHCO3- = 10-4 ·Vπ Από την αντίδραση 1 προκύπτει ότι : nCa+2 = ½ · nHCO3- = ½ ·10-4 ·Vπ = 0.5 ·10-4 ·Vπ Αυτά τα mol nCa++ είναι στα 100 ml δείγματος άρα στο λίτρο θα είναι: 5 ·10-4 ·Vπ mol Από την αντίδραση: CaCO3 → Ca++ + CO3-2 4 προκύπτει ότι τα nCaCO3 = 5 ·10-4 ·Vπ mol. Προσδιορισμός παροδικής σκληρότητας Υπολογισμοί Επειδή το Μ.Β.CaCO3 = 100 τότε τα mg του CaCO3 στο λίτρο θα είναι : 5 · 10-4 · Vπ · 100 · 1000 = 50 · Vπ ppm (mg/l) Στα 100 ml θα είναι 5 · Vπ mg CaCO3 που είναι οι γαλλικοί βαθμοί (oF). Επειδή το Μ.Β.CaO = 56, στα 1000 ml νερού θα υπάρχουν 28 ·Vπ mg CaO ή 2,8 Vπ mg CaO/100 ml νερού, που είναι οι γερμανικοί βαθμοί (οD). Τελικά για τον προσδιορισμό της παροδικής σκληρότητας, όταν ο όγκος του πρότυπου διαλύματος HCl 0,1M , που καταναλώθηκε στην ογκομέτρηση είναι Vπ ml, χρησιμοποιούνται οι τύποι : Γερμανικοί βαθμοί (οD) = 2,8 .Vπ (mg CaO/100 ml νερού) Γαλλικοί βαθμοί (οF) = 5· Vπ (mg CaCO3/ 100 ml νερού) Αμερικάνικοι βαθμοί (ppm) = 50 ·Vπ (mg CaCO3/1000 ml νερού) Προσδιορισμός παροδικής σκληρότητας Υπολογισμοί β’ τρόπος Γνωρίζουμε ότι στο ισοδύναμο σημείο : g-eq CaCO3 = g-eq HCl άρα : N1 · V1 = N2 · V2 και N 2V2 N1 = V 1 όπου: N1 : είναι η συγκέντρωση αλάτων του νερού, σε g-eq CaCO3 ανά 1000 ml νερού V1 : είναι ο όγκος του νερού, 100ml N2 : είναι η συγκέντρωση του πρότυπου διαλύματος HCl 0,1Μ (0,1M = 0,1 Ν) V2 : είναι ο όγκος του HCl σε ml, που καταναλώθηκε στην ογκομέτρηση Προσδιορισμός παροδικής σκληρότητας Υπολογισμοί Εάν (X.I.) το Χημικό Γραμμοϊσοδύναμο (g-eq) του CaCO3, από την παραπάνω εξίσωση έχουμε: N 2V 2 V1 N 2V 2 . . CaCO 3 = g-eq CaCO3/ l διαλύματος = V 1 = N 2V 2 CaCO 3 2V 2 100 V 1 g CaCO3/ l διαλύματος = V 1 2 g CaCO3/ l 2 N 2V 2 100 1000 V 1 2 mg CaCO3/ l διαλ. Αμερικάνικοι βαθμοί ή ppm N 2V 2 100 V 1 2 100 Γαλλικοί Βαθμοί (oF) 2V 2 56 οD) Γερμανικοί Βαθμοί ( 100 V 1 2 όπου 56 είναι το ΜΒ του CaO και 56/2 το g-eq του CaO. Προσδιορισμός Ολικής Σκληρότητας Η ολική σκληρότητα του νερού προσδιορίζεται με συμπλοκομετρική ογκομέτρηση, των ιόντων Ca++ και Mg++ με πρότυπο το διάλυμα του δινατρίου άλατος του αιθυλενοδιαμινοτετραοξικού οξέος (E.D.T.A.), παρουσία δείκτη μέλανος εριοχρώματος Τ (Ε.Β.Τ.). Το Ε.D.Τ.Α. ή Na2H2Y κατά την ένωσή του με ένα κατιόν μετάλλου παρουσιάζει μία αναδίπλωση των ομάδων του και το σχηματισμό κυκλικής ένωσης π.χ. Ο γενικός τρόπος δέσμευσης σε περιβάλλον με pH από 10 έως 8 είναι : M+2 + HY-3 MY-2 + H+ Το E.D.T.A. συμπλέκεται, ανεξάρτητα από το μέταλλο, με αναλογία 1:1. Δηλαδή 1 mole E.D.T.A. δεσμεύει 1 mol ιόντος μετάλλου. Σε pH = 10 η αντίδραση είναι μετατοπισμένη προς τα δεξιά, δηλαδή η ποσότητα του μετάλλου συμπλέκεται ποσοτικά από το E.D.T.A.. Δείκτης Eriochrome Black T Το Eriochrome Black T είναι ένας συμπλοκομετρικός δείκτης. Ο χημικός του τύπος μπορεί να γραφεί HOC10H6N=NC10H4(OH)(NO2)SO3Na. Προσδιορισμός Ολικής Σκληρότητας Ο δείκτης Ε.Β.Τ. (eriochrom black T) ονομάζεται μεταλλικός δείκτης και δίνει με ιόντα Ca++ ή Mg++ ευδιάλυτα σύμπλοκα κόκκινου χρώματος. Σε υδατικά διαλύματα του δείκτη αποκαθίσταται η ισορροπία : Η 2Δ - ΗΔ-2 κόκκινο μπλε + Η+ Στις συνθήκες του πειράματος pH = 10 υπερισχύει η μορφή ΗΔ-2 με μπλε χρώμα. Η μορφή αυτή του δείκτη μπορεί να συμπλέκεται με ιόντα μετάλλων σύμφωνα με την παρακάτω αντίδραση, δίνοντας σύμπλοκα κόκκινου χρώματος: Μ+2 + ΗΔ-2 μπλε ΜΔκόκκινο + Η+ Προσδιορισμός Ολικής Σκληρότητας Σε γενικές γραμμές μπορούμε να πούμε ότι σε διάλυμα δείκτη Ε.Β.Τ., εφόσον υπάρχουν ιόντα Ca++ και Mg++, τα ιόντα αυτά συμπλέκονται με το Ε.Β.Τ. δίνοντας κόκκινο χρώμα στο διάλυμα. Στο ισοδύναμο σημείο, όπου το σύνολο των ιόντων αυτών έχει δεσμευθεί από E.D.T.A., εμφανίζεται το χρώμα του ελεύθερου δείκτη (μπλε). Άρα η χρωματική μεταβολή είναι από κόκκινο σε μπλε. Στις διεργασίες που συμβαίνουν κατά την ογκομέτρηση με το E.D.T.A. η σχετική σειρά σταθερότητας των συμπλόκων είναι: Ca – E.B.T. < Mg – E.B.T. < Mg – E.D.T.A < Ca – E.D.T.A Προσδιορισμός Ολικής Σκληρότητας Αντιδραστήρια 1. Διάλυμα E.D.T.A. 0,01M. 2. Ρυθμιστικό διάλυμα pH=10. 3. Διάλυμα δείκτη Ε.Β.Τ. Διεξαγωγή των μετρήσεων Μεταφέρουμε επακριβώς 100 ml πόσιμου νερού (με ογκομετρική φιάλη των 100 ml) σε κωνική φιάλη των 250 ml, προσθέτουμε 2 ml ρυθμιστικού διαλύματος (ΝΗ3 / ΝΗ4Cl) και λίγες σταγόνες δείκτη Ε.Β.Τ.. Στην προχοΐδα μεταφέρεται το πρότυπο διάλυμα E.D.T.A. 0,02 Ν (0,01Μ) και ογκομετρούμε μέχρι αλλαγής του χρώματος του διαλύματος από κόκκινο σε μπλε. Σημειώνεται ο όγκος του διαλύματος E.D.T.A. που καταναλώθηκε. Οι αντιδράσεις που λαμβάνουν χώρα είναι : Ca+2 + Na2H2Y → [YCa]-2 + 2Na+ + 2H+ Mg+2 + Na2H2Y → [YMg]-2 + 2Na+ + 2H+ Προσδιορισμός Ολικής Σκληρότητας Υπολογισμοί Η ολική σκληρότητα του νερού βρίσκεται από τους τύπους: N 2V 2 100 1000 Αμερικάνικοι βαθμοί (ppm) = V 1 2 . Γαλλικοί βαθμοί (οF) = Γερμανικοί βαθμοί (οD) = N 2V 2 10000 V1 2 N 2V 2 5600 V1 2 (mg CaCO3/l H2O) (mg CaCO3/100ml H2O) (mg CaO/ 100ml H2O) Όπου: Ν2 είναι η συγκέντρωση του πρότυπου διαλύματος E.D.T.A. 0,02Ν V2 είναι ο όγκος του πρότυπου διαλύματος E.D.T.A. που καταναλώθηκε σε ml. V1 ο όγκος του πόσιμου νερού (δείγμα) 100 ml. Προσδιορισμός Ολικής Σκληρότητας Επειδή 1ml προτύπου διαλύματος E.D.T.A. 0,01 Μ είναι ισοδύναμο με 1 mg CaCO3, άρα οι πλέον εύχρηστοι τύποι για τον προσδιορισμό της ολικής σκληρότητας με το E.D.T.A. είναι : Αμερικάνικοι βαθμοί (ppm) = 10 · Vπ Γαλλικοί βαθμοί Γερμανικοί βαθμοί (οF) (οD) = Vπ = 0.56 · Vπ (mg CaCO3/1l H2O) (mg CaCO3/100ml H2O) (mg CaO/ 100ml H2O) Όπου Vπ είναι ο όγκος του καταναλωθέντος προτύπου διαλύματος E.D.T.A. 0,01 Μ, για ποσότητα δείγματος πόσιμου νερού 100 ml. Προσδιορισμός Ολικής Σκληρότητας Παρατηρήσεις α) 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++ 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++. Προσδιορισμός Ολικής Σκληρότητας Παρατηρήσεις β) 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. γ) Το διάλυμα του δείκτη πρέπει να είναι πρόσφατο, όχι παλαιότερο των έξι (6) εβδομάδων. δ) Αντί του δείκτη Ε.Β.Τ., είναι ευκολότερη η χρήση δισκίου Merk Art 8430. Η αλλαγή του χρώματος σε αυτή την περίπτωση είναι από κόκκινο σε πράσινο. Προσδιορισμός Μόνιμης Σκληρότητας Εάν μια ποσότητα νερού υποβληθεί σε παρατεταμένο βρασμό, λαμβάνει χώρα η απομάκρυνση της παροδικής σκληρότητας. Στο νερό αυτό απομένουν μόνο τα ευδιάλυτα άλατα του ασβεστίου και του μαγνησίου που δεν καταστρέφονται με το βρασμό, δηλαδή η μόνιμη σκληρότητα. Πορεία εργασίας Σε ποτήρι βρασμού των 400 ml φέρονται 250 ml νερού μετρημένα σε ογκομετρικό κύλινδρο. Στη συνέχεια το ποτήρι του βρασμού τίθεται σε θερμαντική πλάκα και βράζεται ήπια περίπου 20 – 30 λεπτά. Αφήνεται το νερό να κρυώσει και διηθείται απ’ ευθείας σε ογκομετρική φιάλη των 250 ml. Συμπληρώνεται ο όγκος μέχρι τη χαραγή με απιονισμένο νερό. Ογκομετρούνται 100 ml από το ομογενές διήθημα, με την ίδια πορεία όπως στην ολική σκληρότητα. Αλλιώς, υπολογίζεται με αφαίρεση της παροδικής από την ολική σκληρότητα: ή ή ό ό ό ό ΜΕΤΡΗΣΗ ΤΩΝ ΟΛΙΚΩΝ ΑΛΑΤΩΝ ΣΤΟ ΝΕΡΟ ΑΓΩΓΙΜΟΜΕΤΡΙΚΑ Η αγωγιμότητα των αραιών υδατικών διαλυμάτων είναι συνάρτηση της συγκέντρωση και του είδους των αλάτων που περιέχει. Επομένως είναι δυνατόν να έχουμε μια κατά προσέγγιση εκτίμηση των ολικών αλάτων του νερού, από την μέτρηση της αγωγιμότητάς του. Η εκτίμηση των ολικών αλάτων του νερού από την ειδική αγωγιμότητα κ δίνεται από εμπειρικές εξισώσεις: Άλατα (mg/l) = 0,45 · (1,01)θ-25 · κ (1) όπου : κ = ειδική αγωγιμότητα, μS/cm θ = θερμοκρασία του νερού, °C Η σχέση (1) ισχύει για το 20% των φυσικών νερών, για θερμοκρασίες θ από 10°C έως 40°C, pΗ από 5 έως 9 και συγκέντρωση αλάτων μέχρι 1000 mg/l. Για το πόσιμο νερό σε θερμοκρασία 25°C ισχύει η σχέση: Άλατα (mg/l) = 0,64 · κ (2) Διαιρώντας τα μετρηθέντα ppm των αλάτων του νερού δια του 10 έχουμε την τιμή της σκληρότητάς του σε γαλλικούς βαθμούς °F, με ένα σφάλμα 2-3 °F. ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ Όργανα και σκεύη α) Αγωγιμόμετρο β) Θερμόμετρο γ) 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. Επεξεργασία μετρήσεων α) Εφαρμόζουμε τις σχέσεις (1) και (2). Συγκρίνουμε τις τιμές που προκύπτουν με τα διεθνή πρότυπα. β) Υπολογίζουμε την ολική σκληρότητα του νερού σε °F. γ) Συγκρίνουμε τις τιμές που προκύπτουν με τις τιμές της ολικής σκληρότητας, όπως υπολογίστηκε προηγουμένως και διατυπώνουμε το % σχετικό σφάλμα. ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΧΛΩΡΙΟΝΤΩΝ Με την μέθοδο Mohr τα χλωριούχα ιόντα Cl- ογκομετρούνται με πρότυπο διάλυμα νιτρικού αργύρου AgNO3 με την παρουσία χρωμικών ιόντων CrO4- 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 Όταν όλα τα χλωριόντα δεσμευθούν, η περίσσεια των ιόντων Ag+ αντιδρά με τα χρωμικά ιόντα και σχηματίζεται καστανέρυθρο ίζημα χρωμικού αργύρου Ag2CrO4. Η αντίδραση που πραγματοποιείται είναι: Ag+ + CrO4- → Ag2CrO4 Η εμφάνιση του καστανέρυθρου ιζήματος του χρωμικού αργύρου Ag2CrO4, δηλώνει το πέρας της ογκομέτρησης. ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΕΝΕΡΓΟΥ ΧΛΩΡΙΟΥ 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+ ↔ Cl2 + H2O 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 Na2S2O3, παρουσία δείκτη αμύλου. Προηγουμένως στο διάλυμα έχουν προστεθεί ΚI και CH3COOH. Οι αντιδράσεις που πραγματοποιούνται είναι: NaClO + 2H+ → Na+ + 1/2Cl2 + H2O Cl2 + 2KI → 2KCl + I2 I2 + 2Na2S2O3 → 2NaI + Na2S4O8