Analiza kemijskoga sastava uzoraka vode

Analiza kemijskoga sastava uzoraka destilirane vode, vodovodne vode, otpadne vode iz domaćinstva i tekućice u blizini naselja

1. PROMATRAJMO

Voda je resurs bez kojega ne možemo živjeti, a istodobno u svijetu 663 milijuna ljudi u blizini svojega doma nema pristup vodi sigurnoj za korištenje, stoga se svake godine 22. ožujka obilježava Svjetski dan voda. Otpadne su vode tekući otpad koji odlazi iz domova, gradova, industrije ili poljoprivrede i zatim se vraća u prirodu. Te vode nisu pročišćene i ne mogu se ponovno iskoristiti, što rezultira onečišćenjem okoliša i bezrazložnim gubitkom obnovljivih tvari. Svatko od nas svakodnevno generira otpadnu vodu. U roku od 24 sata osoba u prosjeku potroši 100 litara vode za osobne potrebe, od toga približno 50 % – 60 % za higijenu.

2. PRISJETIMO SE ŠTO VEĆ ZNAMO O UOČENOJ POJAVI/PROCESU

  • metali
  • nemetali
  • kationi
  • anioni
  • titracija

3. POSTAVIMO ISTRAŽIVAČKO PITANJE

Razlikuje li se kemijski sastav uzoraka vodovodne vode, otpadne vode iz domaćinstva i tekućice u blizini naselja od kemijskoga sastava destilirane vode?

4. OBLIKUJMO PRETPOSTAVKU

Kemijski sastav uzoraka vodovodne vode, otpadne vode iz domaćinstva i tekućice u blizini naselja razlikuje se od kemijskoga sastava destilirane vode.

5. PLANIRAJMO I PROVEDIMO ISTRAŽIVANJE

Učenici su podijeljeni na skupine. Unutar skupine učenici se organiziraju i dijele zadatke svakomu članu.

a) Skupljanje uzorka otpadne vode iz domaćinstva

Skupite u staklenku otpadnu vodu nakon pranja prljavoga posuđa. Dobro zatvorite staklenku i donesite je u školski laboratorij. Prilikom skupljanja otpadne vode koristite se zaštitnim rukavicama.

b) Sakupljanje uzorka vode iz tekućice u blizini naselja

Staklenku u kojoj ćete skupiti uzorak treba prije uzimanja uzorka isprati tri puta vodom koja se uzorkuje. Uzmite uzorak vode držeći bocu za dno i uranjajući otvor oko 30 cm ispod površine. Čep staklenke ne smijete ispuštati iz ruke kako se ne bi njime unijelo vanjsko onečišćenje. Dobro začepite staklenku i donesite je u školski laboratorij. Prilikom skupljanja vode koristite se zaštitnim rukavicama.

c) Sakupljanje uzorka vodovodne vode

Pustite vodu iz slavine desetak sekunda i skupite uzorak u staklenku. Izbjegavajte mjehuriće u prikupljenim uzorcima.

d) Određivanje ukupne tvrdoće vode

Pribor i kemikalije: bireta, Erlenmeyerove tikvice, menzura, uzorci vodovodne vode, uzorci otpadne vode iz domaćinstva, uzorci vode tekućice u blizini naselja, destilirana voda, vodena otopina NaOH, pufer (pH = 10), indikator eriokrom crno T, vodena otopina etilendiamintetraoctene kiseline – EDTA, c(EDTA) = 0,01 mol dm–3.

Opis postupka: Ulijte u Erlenmayerovu tikvicu 50 mL otopine uzorka vodovodne vode i dodajte 50 mL destilirane vode. Ako je otopina uzorka jako kisela, potrebno ju je neutralizirati otopinom NaOH (kontrola pH-metrom ili pH-papirom). Dodajte u tikvicu 2,5 mL pufera pH = 10 i 1 tabletu indikatora eriokrom crno T. Titrirajte otopinu s EDTA-om do promjene boje otopine iz crvene u plavu. Utrošak EDTA-a odgovara zbroju množina kalcija i magnezija u uzorku. Nakon provedene titracije izračunajte ukupnu količinu kalcija i magnezija u uzorku. Odredite kategoriju uzorka vode koristeći se 1. tablicom.

Ponovite cijelu metodu s ostalim uzorcima voda i usporedite rezultate.

e) Dokazivanje i polukvantitativno dokazivanje klorida

Pribor i kemikalije: 4 epruvete, stalak za epruvete, koncentrirana dušična kiselina, HNO3, otopina srebrova nitrata, w(AgNO3) = 5 %, uzorci vode za analizu.

Oprez! Koncentrirana dušična kiselina na koži stvara rane!

Opis postupka: Označite epruvete brojevima od 1 do 4 te ih napunite do 1/3 redom vodovodnom vodom, otpadnom vodom iz domaćinstva, vodom iz potoka ili rijeke u blizini naselja i destiliranom vodom. Dodajte u svaku epruvetu nekoliko kapi konc. HNO3 i 1-2 kapi AgNO3(aq). Pratite promjene u epruvetama i zabilježite pojavu zamućenja ili bijeloga taloga, AgCl(s). Odredite količinu klorida u vodi promatrajući intenzitet zamućenja, odnosno količinu taloga služeći se 2. tablicom. Usporedite količine klorida u različitim uzorcima vode.

f) Dokazivanje željeza u vodi

Pribor i kemikalije: tri epruvete, stalak za epruvete, dvije kapaljke, vodena otopina amonijaka, NH3(aq), kalijev željezov hesacijanoferat(III), K3Fe(CN)6, u prahu, vodena otopina željezova(II) sulfata, vodena otopina željezova(III) klorida, uzorci vode za analizu.

Opis postupka: Redom stavite u tri epruvete na stalku po 2 mL prvo otopine željezovih(II) iona, zatim otopine željezovih(III) iona te destiliranu vodu. Dodajte 3 kapi vodene otopine amonijaka u svaku epruvetu i zabilježite opažanja. Dodajte nekoliko zrnaca kalijeva željezova hesacijanoferata(III) u svaku epruvetu i zabilježite opažanja. Fotografirajte rezultate. Ponovite postupak s ostalim uzorcima vode. Usporedite rezultate dobivene s destiliranom vodom i rezultate ostalih uzoraka vode.

g) Dokazivanje nitrata željezovim(II) sulfatom

Pribor i kemikalije: dvije epruvete, menzura od 10 mL, kapaljka, uzorci vode za analizu, željezov(II) sulfat heptahidrat (FeSO4 · 7H2O), razrijeđena dušična kiselina, HNO3 (1 : 5), koncentrirana sumporna kiselina, H2SO4, destilirana voda.

Oprez prilikom rada s kiselinama!

Opis postupka: Ulijte u prvu epruvetu 3 mL uzorka destilirane vode, a u drugu epruvetu ulijte 3 mL razrijeđene dušične kiseline. Zatim u dvjema novim epruvetama otopite u 3 mL destilirane vode kristal željezova(II) sulfata heptahidrata. Ulijte 3 mL pripremljene otopine željezova(II) sulfata heptahidrata u 3 mL uzorka vodovodne vode te u 3 mL razrijeđene HNO3. Promiješajte sadržaj u epruvetama. Nagnite epruvete i kapaljkom niz stijenku epruveta pažljivo kap po kap dodajte koncentriranu H2SO4. Ponovite postupak s ostalim uzorcima vode. Fotografirajte i usporedite rezultate dobivene za destiliranu vodu s rezultatima ostalih uzoraka vode za analizu.

h) Kvantitativno određivanje nitrita

Pribor i kemikalije: bireta, Erlenmeyerova tikvica od 150 mL, menzura od 100 mL, destilirana voda, vodena otopina kalijeva permanganata, c(KMnO4) = 0,02 mol/L, vodena otopina sumporne kiseline, c(H2SO4) = 2 mol/L, uzorci vode za analizu po 50 mL

Opis postupka: Stavite uzorak vodovodne vode u menzuru i dopunite do 100 mL destiliranom vodom. Prelijte otopinu u čistu biretu ispranu istom otopinom. Izmjerite pipetom 20 mL otopine kalijeva permanganata i ulijte u čistu Erlenmeyerovu tikvicu te dodajte 20 mL razrijeđene sumporne kiseline. Razrijedite otopinu sa 100 mL destilirane vode i zagrijte na temperaturu oko 40 ⁰C. Otopinu uzorka vodovodne vode dokapavajte iz birete kap po kap i brzo miješajte nakon dodatka svake kapi uzorka. Prva kap koja obezboji ružičastu otopinu označuje kraj titracije. Izračunajte iz volumena potrošenoga uzorka vode, tj. nitrita njihovu koncentraciju u uzorku. Ponovite postupak s ostalim uzorcima i usporedite rezultate.

i) Dokazivanje i polukvantitativno određivanje sulfata

Pribor i kemikalije: tri epruvete, klorovodična kiselina, w(HCl) = 0,05, otopina barijeva klorida, w(BaCl2) = 0,05, vodena otopina kalijeva sulfata, K2SO4, destilirana voda i uzorci vode za analizu.

Opis postupka: Redom ulijte u tri epruvete 2 – 3 mL destilirane vode, uzorak vodovodne vode i uzorak otopine sulfata. Dodajte u svaku epruvetu nekoliko kapi klorovodične kiseline i otopine barijeva klorida. Nastat će slabo zamućenje bijele boje. Zaključite prema stupnju zamućenja kolika je približna masena koncentracija sulfata u vodi služeći se 3. tablicom. Ponovite postupak s ostalim uzorcima vode za analizu.

 

j) Kvalitativno dokazivanje slobodnoga kisika u vodi

Pribor i kemikalije: Winklerova boca, dvije pipete od 1mL, stakleni lijevak, gumena cijev, uzorci vode za analizu, vodena otopina manganova(II) sulfata, w(MnSO4) = 30 %, natrijeva lužina, w(NaOH) = 32 %.

OPREZ! Natrijeva lužina nagrizajuće je sredstvo!

Opis postupka: Napunite Winklerovu bocu uzorkom destilirane vode. Punite bocu tako da vodu ulijevate u stakleni lijevak na koji je pričvršćena gumena cijev koja seže do dna boce. Prestanite ulijevati vodu kad iz boce izađe trostruki volumen vode tako da se istjera sav zrak. Zatim polagano izvlačite cijev iz boce da nakon vađenja cijevi boca ostane do vrha puna vodom. Zatim dodajte u bocu s pomoću pipete 1 mL otopine manganova(II) sulfata, a s pomoću druge pipete dodajte 1 mL natrijeve lužine. Ulijevajte otopine tako da pipetu uronite gotovo do dna boce i polagano otpuštate otopinu niz stijenku boce. Pri ispuštanju otopine pipetu lagano izvlačite prema grlu boce dok se višak vode prelijeva iz boce. Začepite polagano bocu čepom, zatim bocu okrenite s čepom prema dolje (ne smije se mućkati). Ponovite taj postupak dva do tri puta. Prilikom okretanja nastaje bijeli talog koji uskoro postaje žuto do smeđe obojen, ovisno o količini kisika u vodi. Ponovite postupak s ostalim uzorcima vode za analizu. Fotografirajte promjene i usporedite rezultat dobiven s uzorkom destilirane vode s rezultatima ostalih uzoraka vode za analizu.

k) Dokazivanje fosfata

Pribor i kemikalije: dvije epruvete, vodena otopina amonijeva molibdata, w((NH4)2MoO4) = 0,02, vodena otopina kositrova klorida, w(SnCl2) = 0,02, vodena otopina natrijeva fosfata dodekahidrata, c(Na3PO4 · 12H2O) = 10-5 mol/L, uzorci vode za analizu.

Opis postupka: Stavite u jednu epruvetu uzorak destilirane vode, a u drugu otopinu fosfata. Stavite u svaku epruvetu tri kapi otopine amonijeva molibdata i dobro promućkajte. Zatim dodajte kap otopine kositrova(II) klorida i dobro promućkajte.
Voda će promijeniti boju ako sadrži fosfatne ione. Fotografirajte promjenu boje. Ponovite postupak s ostalim uzorcima vode za analizu.

Zapišite rezultate svih analiza u 4. tablicu. Označite s +/– prisutnost pojedinih tvari.

6. ANALIZIRAJMO REZULTATE I DONESIMO ZAKLJUČKE

Analizirajte dobivene rezultate i donesite zaključak razlikuje li se kemijski sastav uzoraka vodovodne vode, otpadne vode iz domaćinstva i tekućice u blizini naselja od kemijskoga sastava destilirane vode.

7. NAŠA JE PRETPOSTAVKA POTVRĐENA / NAŠA JE PRETPOSTAVKA OPOVRGNUTA

Ako je vaša pretpostavka opovrgnuta, razmislite i pokušajte s novom pretpostavkom.

8. NAPRAVIMO IZVJEŠTAJ

Prikažite rezultate svoga rada prezentacijom ili plakatom izrađenim u PowerPointu, Preziju ili Canviju.

DODATAK ISTRAŽIVAČKOMU RADU

1. korelacija: Biologija, Matematika
2. međupredmetne teme: IKT, Zdravlje, Održivi razvoj

PITANJA ZA RASPRAVU

  1. Istražite koristan i štetan utjecaj željezovih iona u vodi.
  2. Savršen brak između paprati Azolla i alge Anabaena traje već 70 milijuna godina. Istražite što je razlog tomu.
  3. Što je zelena gnojidba? Objasnite kemijsku osnovu zelene gnojidbe.
  4. Istražite na mrežnim stranicama kako sulfati dospiju u vode tekućice te kako se može voda pročistiti od sulfata.
  5. Kako dospijevaju fosfati u vodu? Kako se može spriječiti onečišćenje vode fosfatima?
  6. Dana 15. veljače 2009. svečano je otvorena belgijska polarna stanica „Princeza Elizabeta“. To je prva istraživačko-znanstvena polarna baza na Antarktiku koja je konstruirana na principima održivoga razvoja. Istraži kako funkcionira ta polarna stanica te kako se rješavaju problemi s otpadnim vodama.