Kemija vode i vodnih sustava

Voda je, osim kisika, najbitnija tvar za život na Zemlji. Pojavljuje se u prirodi u svim trima agregacijskim stanjima. Vodom je prekriveno otprilike 3⁄4 Zemljine površine, a sva voda na Zemlji čini hidrosferu. Više o svojstvima i važnosti vode saznajte u videozapisima Čuda vode i Voda kao resurs.

Jedna od najjednostavnijih podjela voda jest na tvrde i meke. U videozapisu saznajte kakve su to tvrde, a kakve meke vode.

Voda u prirodi ne može nestati, ona neprestance kruži, a taj ciklus još se zove i hidrološki ciklus. Pozorno pogledajte videozapis Hidrološki ciklus.

Voda otapa različite tvari, stoga sastav voda ovisi o uvjetima i okolini u kojoj se nalazi. Prisutnost kalcijeva i magnezijeva hidrogenkarbonata u vodi uzrokuje prolaznu ili karbonatnu tvrdoću vode, a stalnu ili nekarbonatnu tvrdoću vode uzrokuju kalcijev i magnezijev sulfat te kalcijev i magnezijev klorid. Prolazna i stalna tvrdoća čine ukupnu tvrdoću vode. Prolazna tvrdoća vode može se ukloniti zagrijavanjem vode do vrenja, a stalna tvrdoća uklanja se kemijskim postupcima. Jedan od načina jest omekšavanje vode ionskim izmjenjivačima. To su sintetske smole na koje su vezani kationi ili anioni, a prema vrsti iona koje zamjenjuju, mogu biti kationski ili anionski.

Voda koja izlazi iz ionskoga izmjenjivača naziva se deionizirana voda.

Poznato vam je da se vapnenac ne otapa u čistoj vodi. Budući da prirodna voda sadržava otopljen ugljikov(IV) oksid, u takvoj se vodi vapnenac polagano otapa. Ta je reakcija egzotermna, stoga se povišenjem temperature iz vode koja sadržava hidrogenkarbonatne ione oslobađaju ugljikov(IV) oksid i vodena para, a taloži se kalcijev karbonat. 

Voda za piće uglavnom se crpi iz podzemnih ili površinskih voda. Mora biti bistra bez boje i mirisa, treba sadržavati otopljene soli, kisik i ugljikov(IV) oksid. Količina otopljenih tvari u pitkoj vodi treba biti između 0,5 i 1,5 grama. Ako je količina otopljenih tvari viša od 1 grama, za takve vode kažemo da su mineralne vode. Voda za piće ne smije sadržavati patogene bakterije, nitrate, nitrite, amonijak te organske tvari iznad dopuštenih koncentracija.

Pozorno pogledajte videozapis Voda u bocama: prava cijena te promislite koliko je opravdano kupovati vodu u bocama.

Mnoga naselja u svijetu nemaju prirodne izvore pitke vode, stoga se koriste vodom iz rijeka i jezera. Takva voda mora se prije uporabe pročistiti. Pročišćena voda prije uporabe mora proći stroge higijenske i kemijske analize koje u Hrvatskoj provodi Hrvatski zavod za javno zdravstvo.

Kakvoća vode određuje se s pomoću fizikalnih, kemijskih, bioloških i mikrobioloških pokazatelja. U njih ubrajamo boju, miris, okus, mutnoću, tvrdoću, hranjive tvari, otopljene plinove, sadržaj metala, mikrobiološke pokazatelje, stupanj otrovnosti i brojne druge.

Pozorno proučite podatke u tablici Analiza uzorka vode iz zdenca u Komletincima (2013. godine) i odgovorite na pitanja.

Procijenite točnost navedenih tvrdnji na temelju podataka iz tablice.

Izvori onečišćenja voda su industrija, poljoprivreda, vodni promet i kućanstva. Jednim dijelom voda ima sposobnost samočišćenja ili autopurifikacije, no zbog narušene prirodne ravnoteže vodni sustavi nemaju sposobnost pročišćavati sve veću količinu antropogenih onečišćenja. Razlikujemo fizikalno, kemijsko i biološko onečišćenje voda.

Onečišćenje voda, posebice mora i oceana, sintetskim polimernim materijalima (plastikom) veliki je ekološki, estetski i etički problem naše civilizacije. Točne podatke o količini ove vrste otpada nije jednostavno prikupiti, no neke činjenice su navedene u daljnjem tekstu:

• u svijetu se godišnje koristi oko 500 milijardi plastičnih vrećica, odnosno milijun vrećica po minuti
• prosječan građanin troši oko 1000 plastičnih vrećica godišnje
• kada bi samo svaki peti građanin Hrvatske prestao koristiti plastične vrećice, sljedeća bi generacija u prirodi zatekla 199,588.400.000 vrećica manje
• od ukupne količine plastike koja se proizvodi reciklira se tek 1/12
• plastična vrećica proizvodi se od polietena kojemu treba gotovo 1000 godina da se razgradi
• više od milijun ptica i 100 000 morskih sisavaca ugine svake godine nakon što pojedu ili se zaglave u plastične vrećice
• površinske vode središnjeg dijela Tihog oceana sadržavaju šest puta veću masu različitih sintetskih polimera od mase planktona
• pri spaljivanju 4 plastične vrećice potroši se onoliko kisika koliko je potrebno čovjeku za jedan dan
• toksični dim koji nastaje pri paljenju plastike ubija stotine ljudi svake godine
• plastika je “bogati izvor” štetnih kemikalija (bisfenol A, ftalati, heksanon, kloroform, formaldehid, benzen, toluen…)
• plastični otpad dimenzija između 0,3 i 5 mm veličine se klasificira kao mikroplastika
• kemijske tvari sadržane u česticama mikroplastike, kao i razna organska zagađivala (POPs - Persistent Organic Pollutants), apsorbirana na česticama mikroplastike, nakupljaju se u hranidbenom lancu, pa tako na kraju mogu i doći do ljudi
• najčešća vrsta plastičnih polimera su polietilen (oko 50%) i polipropilen (oko 40%) i upravo su oni glavni sastojak mikroplastike u morima.

Porastom broja stanovnika u svijetu i industrijalizacijom, potrošnja vode raste, ali, nažalost, i njezino onečišćenje. Pozorno pogledajte videozapis Onečišćenje voda te promislite na koje načine se može umanjiti i spriječiti onečišćenje voda.

Otpadne vode su vode koje se vraćaju u okoliš nakon uporabe. U njih ubrajamo gradske otpadne vode i industrijske otpadne vode. Pročišćavanje takvih voda podrazumijeva smanjenje koncentracije tvari koje onečišćuju vodu do onih vrijednosti koje ne štete ljudskomu zdravlju i okolišu. Voda se nakon uporabe kanalizacijskim sustavom odvodi u postrojenja za pročišćavanje te se nakon tretmana vraća u okoliš.

Analize koje prikazuju redukciju pročišćavanja otpadne vode su: BPK5, KPK, suspendirana tvar, ukupni dušik i ukupni fosfor. Razlika u koncentraciji ovih parametara na ulazu i izlazu iz uređaja govori koji je stupanj u pročišćavanju postignut te pomoću njih pratimo MDK, maksimalnu dopuštenu koncentraciju za izlaznu pročišćenu otpadnu vodu.

Za ovaj projektni zadatak potrebni su vam uzorci voda iz prirode (potoka, rijeke, bare, jezera, mora, kišnica...). Podijelite se na skupine. Svaka skupina neka analizira različitu vrstu uzorka vode prema uputama za šest predloženih analiza. Na kraju eksperimentalnoga rada načinite prezentaciju ili poster koristeći se nekim digitalnim alatom i prezentirajte rezultate analiza ostatku razreda. Usporedite međusobno kakvoću različitih uzoraka voda.

Za uspješno odrađivanje analiza tih voda potrebno je pravilno uzorkovati vodu. Prilikom skupljanja vode koristite se zaštitnim rukavicama. Staklenku u kojoj ćete skupiti uzorak treba prije uzimanja uzorka isprati triput 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 da se ne bi njime unijelo vanjsko onečišćenje. Dobro začepite staklenku i donesite ju u školski laboratorij.