Физико-химические свойства воды
Распространение воды на планете Земля, ее структура и состав. Определение физических показателей воды, количества грубодисперсных примесей в ее составе. Карбонатная жесткость воды, методы ее устранения. Проблема загрязнения вод в Тульской области.
| Рубрика | Химия |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 31.10.2017 |
| Размер файла | 510,0 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
31
Размещено на http://www.allbest.ru/
Содержание
- Введение
- Глава 1. Распространение воды на планете земля
- Глава 2. Строение и состав воды
- 2.1 Изотопный состав воды
- 2.2 Строение молекулы воды
- 2.3 Диаграмма состояния воды
- Глава 3. Физические свойства воды
- 3.1 Определение физических показателей воды. Определение количества грубодисперсных примесей
- 3.1.1 Теоретическая часть
- 3.2 Определение содержания грубодисперсных примесей воды
- 3.2.1 Практическая часть
- 3.3 Определение запаха воды
- 3.4 Определение прозрачности воды
- 3.5 Определение цветности воды
- 3.6 Определение плотности жидкостей
- 3.6.1 Теоретическая часть
- 3.7 Определение плотности жидкости при помощи пикнометра
- 3.7.1 Практическая часть
- 3.8 Определение кислотности воды
- 3.8.1 Теоретическая часть
- 3.8.2 Практическая часть
- Глава 4. Определение временной или карбонатной жесткости воды
- 4.1 Понятие и методы устранения жесткости воды
- 4.2 Проведение анализа
- 4.3 Определение сульфатов в воде
- 4.3.1 Теоретическая часть
- 4.3.2 Практическая часть
- Глава 5. Химические свойства воды
- Глава 6. Загрязнение вод в Тульской области
- Заключение
- Литература
Введение
Вода - вещество привычное и необычное. Известный советский ученый академик И.В. Петрянов свою научно - популярную книгу о воде назвал “Самое необыкновенное вещество в мире”. А доктор биологических наук Б.Ф. Сергеев начал свою книгу “Занимательная физиология” с главы о воде - “Вещество, которое создало нашу планету”.
Ученые правы: нет на Земле вещества более важного для нас, чем обыкновенная вода, и в то же время не существует другого такого же вещества, в свойствах которого было бы столько противоречий и аномалий, сколько в её свойствах.
Живые существа, населяющие Землю, обитают в атмосфере, литосфере и гидросфере: Гидросфера служит местом обитания для огромного количества водных организмов, или гидробионтов.
Вода как среда обитания имеет ряд специфических свойств, таких как большая плотность, сильные перепады давления, относительно малое содержание кислорода, сильное поглощение солнечных лучей и др. Поэтому наряду с адаптациями и общими свойствами водной среды должны быть приспособлены и к разнообразным частным условиям.
Цель курсовой работы - узнать, что представляет собой вода, изучить физико-химические свойства, ознакомить с понятием жесткости воды, изучить загрязнение вод в Тульской области.
Задачи:
изучить физико-химические свойства воды
изучить строение молекулы воды
изучить загрязнение вод в Тульской области
Глава 1. Распространение воды на планете земля
Почти ѕ поверхности нашей планеты занято океанами и морями. Твёрдой водой - снегом и льдом - покрыто 20% суши. Из общего количества воды на Земле, равного 1 млрд. 386 млн. кубических километров, 1 млрд. 338 млн. кубических километров приходится на долю солёных вод Мирового океана, и только 35 млн. кубических километров приходится на долю пресных вод. Всего количества океанической воды хватило бы на то, чтобы покрыть ею земной шар слоем более 2,5 километров. На каждого жителя Земли приблизительно приходится 0,33 кубических километров морской воды и 0,008 кубических километров пресной воды. Но трудность в том, что подавляющая часть пресной воды на Земле находится в таком состоянии, которое делает её труднодоступной для человека. Почти 70% пресных вод заключено в ледниковых покровах полярных стран и в горных ледниках, 30% - в водоносных слоях под землёй, а в руслах всех рек содержатся одновременно всего лишь 0,006% пресных вод.
Молекулы воды обнаружены в межзвёздном пространстве. Вода входит в состав комет, большинства планет солнечной системы и их спутников.
вода примесь жесткость загрязнение
Глава 2. Строение и состав воды
2.1 Изотопный состав воды
Атомы водорода и кислорода, образующие воду, или окись водорода, могут иметь различные массовые числа и отличаться друг от друга своими физико-химическими свойствами, но при этом они имеют одинаковый электрический заряд атомных ядер и поэтому занимают в периодической системе элементов одно и то же место. Такие разновидности атомов одного и того же химического элемента называются изотопами. Известны пять водородов и пять кислородов. Правда, по два из них (, , и ) радиоактивны и очень короткоживущи. Например, длительность существования водорода - 4-4*10-11 сек. Наиболее широко известны следующие изотопы водорода: протий (с относительной атомной массой 1), дейтерий , или D (c относительной атомной массой 2) и тритий , или T (c относительной атомной массой 3), наиболее тяжелый, но слаборадиоактивный водород (его период полураспада 12,3 года), и изотопы кислорода: , и . Эти шесть изотопов могут образовывать 18 изотопических разновидностей воды: ; D; ; T; DT; ; ; О; ; T; DT; ; ; D; ; T; DT; .
На Земле на 6800 атомов протия приходится один атом дейтерия, а в межзвездочном пространстве один атом дейтерия приходится уже на 200 атомов протия.
2.2 Строение молекулы воды
Молекула воды состоит из двух атомов водорода (Н) и одного атома кислорода (О). Все многообразие свойств воды и необычность их проявления в конечном счете определяются физической природой этих атомов и способом их объединения в молекулу. В отдельной молекуле воды ядра водорода и кислорода расположены так относительно друг друга, что образуют как бы равнобедренный треугольник со сравнительно крупным ядром кислорода на вершине и двумя мелкими ядрами водорода у основания. В молекуле воды имеются четыре полюса зарядов: два отрицательных за счет избытка электронной плотности у кислородных пар электронов и два положительных - вследствие недостатка электронной плотности у ядер водорода - протонов. Такая ассиметричность распределения электрических зарядов воды обладает ярко выраженными полярными свойствами; она является диполем с высоким дипольным моментом - 1,87 дебай.
Благодаря этому молекулы воды стремятся нейтрализовать электрическое поле. Под воздействием диполей воды на поверхности погруженных в нее веществ межатомные и межмолекулярные силы ослабевают в 80 раз. Столь высокая диэлектическая проницаемость из всех известных веществ присуща только воде. Этим объясняется ее способность быть универсальным растворителем.
Помогая контактирующим с ней молекулам разлагаться на ионы (например, солям кислот), сама вода проявляет большую устойчивость. Из 1 млрд. молекул воды диссоциированными при обычной температуре оказываются лишь две, при этом протон не сохраняется в свободном состоянии, а вероятнее всего входит в состав иона гидроксония. (Гидроксоний (О+) - это гидратированный ион водорода; существует в водных растворах кислот)
Вода химически не изменяется поддействиям большинства тех соединений, которые она растворяет, и не изменяет их. Это характеризует ее инертным растворителем, что важно для живых организмов на нашей планете, поскольку необходимые их тканям питательные вещества поступают в водных растворах в сравнительно устойчивом виде. Как растворитель вода многократно используется, неся в своей структуре память о ранее растворенных в ней веществах. Молекулы в объеме воды сближаются противоположными зарядами, возникают межмолекулярные водородные связи между ядрами водорода и неподеленными электронами кислорода, насыщая электронную недостаточность водорода одной молекулы воды и фиксируя его по отношению к кислороду другой молекулы. Тетраэдрическая направленность водородного облака позволяет образовать четыре водородные связи для каждой водной молекулы, которая благодаря этому может ассоциировать с четырьмя соседними. В такой модели углы между каждой парой линий, соединяющих центр (атом О) с вершинами, равны 109,5 С.
Рис. 1.
Водородные связи в несколько раз слабее ковалентных связей, объединяющих атомы кислорода и водорода. Микромолекулярная структура воды с большим количеством полостей позволяет ей, разрывая водородные связи, присоединять молекулы или части молекул других веществ, способствуя их растворению.
Сравнивая воду - гидрид кислорода с гидридами элементов, входящих в одну с кислородом подгруппу периодической системы Д.И. Менделеева, следовало бы ожидать, что вода должна кипеть при - 7С, а замерзать при - 9С. Но в обычных условиях вода замерзает при Такое резкое отклонение от установленной закономерности как раз и объясняется тем, что вода является ассоциированной жидкостью. Ассоциированность ее сказывается и на очень высокой теплоте парообразования. Так, для того чтобы испарить 1 г воды, нагретой до 10С, требуется в шестеро больше тепла, чем для нагрева такого же количества воды от 0 до 8С. Благодаря этому вода является мощнейшим энергоносителем на нашей планете. По сравнению с другими веществами, она способна воспринимать гораздо больше тепла, существенно не нагреваясь. Вода выступает как бы регулятором температуры, сглаживая благодаря своей большой теплоемкости резкие температурные колебания. В интервале от 0 до 3С теплоемкость ее падает и только после 37 оС начинает повышаться. Минимум теплоемкости воды соответствует температуре 36 - - нормальной температуре человеческого тела. Благодаря этому возможна жизнь теплокровных животных, в том числе и человека. С и закипаетпри 10С.
2.3 Диаграмма состояния воды
Диаграмма состояния (или фазовая диаграмма) представляет собой графическое изображение зависимости между величинами, характеризующими состояние системы, и фазовыми превращениями в системе (переход из твердого состояния в жидкое, из жидкого в газообразной и т.д.). Диаграммы состояния широко применяются в химии. Для однокомпонентных систем обычно используются диаграммы состояния, показывающие зависимость фазовых превращений от температуры и давления, они называются диаграммами состояния в координатах Р-Т.
Рис. 2.
На рисунке 2 приведена в схематической форме диаграмма состояния воды. Любой точке на диаграмме отвечают определенные значения температуры и давления.
Диаграмма показывает те состояния воды, которые термодинамически устойчивы при определенных значениях температуры и давления. Она состоит из трех кривых, разграничивающих все возможные температуры и давления на три области, отвечающие льду, жидкости и пару.
Рассмотрим каждую из кривых более подробно. Начнем с кривой ОА, отделяющей область пара от области жидкого состояния. Представим себе цилиндр, из которого удален воздух, после чего в него введено некоторое количество чистой, свободной от растворенных веществ, в том числе от газов, воды; цилиндр снабжен поршнем, который закреплен в некотором положении. Через некоторое время часть воды испарится, и над ее поверхностью будет находиться насыщенный пар. Можно измерить его давление и убедиться в том, что оно не изменяется с течением времени и не зависит от положения поршня. Если увеличить температуру всей системы и вновь измерить давление насыщенного пара, то окажется, что оно возросло. Повторяя такие измерения при различных температурах, найдем зависимость давления насыщенного водяного пара от температуры. Кривая ОА представляет собой график этой зависимости: точки кривой показывают те пары значений температуры и давления, при которых жидкая вода и водяной пар находятся в равновесии друг с другом - сосуществуют. Кривая ОА называется кривой равновесия жидкость-пар или кривой кипения. В таблице приведены значения давления насыщенного водяного пара при нескольких температурах.
Таблица 1.
Попытаемся осуществить в цилиндре давление, отличное от равновесного, например, меньшее, чем равновесное. Для этого освободим поршень и поднимем его. В первый момент давление в цилиндре, действительно, упадет, но вскоре равновесие восстановится: испарится добавочно некоторое количество воды и давление вновь достигнет равновесного значения. Только тогда, когда вся вода испарится, можно осуществить давление, меньшее, чем равновесное. Отсюда следует, что точкам, лежащим на диаграмме состояния ниже или правее кривой ОА, отвечает область пара. Если пытаться создать давление, превышающее равновесное, то этого можно достичь, лишь опустив поршень до поверхности воды. Иначе говоря, точкам диаграммы, лежащим выше или левее кривой ОА, отвечает область жидкого состояния.
До каких пор простираются влево области жидкого и парообразного состояния? Наметим по одной точке в обеих областях и будем двигаться от них горизонтально влево. Этому движению точек на диаграмме отвечает охлаждение жидкости или пара при постоянном давлении. Известно, что если охлаждать воду при нормальном атмосферном давлении, то при достижении 0°С вода начнет замерзать. Проводя аналогичные опыты при других давлениях, придем к кривой ОС, отделяющей область жидкой воды от области льда. Эта кривая - кривая равновесия твердое состояние - жидкость, или кривая плавления, - показывает те пары значений температуры и давления, при которых лед и жидкая вода находятся в равновесии.
Двигаясь по горизонтали влево в области пара (в нижнею части диаграммы), аналогичным образом придем к кривой 0В. Это-кривая равновесия твердое состояние-пар, или кривая сублимации. Ей отвечают те пары значений температуры кдавления, при которых в равновесии находятся лед и водяной пар.
Все три кривые пересекаются в точке О. Координаты этой точки-это единственная пара значений температуры и давления,. при которых в равновесии могут находиться все три фазы: лед, жидкая вода и пар. Она носит название тройной точки.
Кривая плавления исследована до весьма высоких давлений, В этой области обнаружено несколько модификаций льда (на диаграмме не показаны).
Справа кривая кипения оканчивается в критической точке. При температуре, отвечающей этой точке, - критической температуре - величины, характеризующие физические свойства жидкости и пара, становятся одинаковыми, так что различие между жидким и парообразным состоянием исчезает.
Существование критической температуры установил в 1860 г.Д.И. Менделеев, изучая свойства жидкостей. Он показал, что при температурах, лежащих выше критической, вещество не может находиться в жидком состоянии. В 1869 г. Эндрьюс, изучая свойства газов, пришел к аналогичному выводу.
Критические температура и давление для различных веществ различны. Так, для водорода
=7,71 МПа,
для воды
Одной из особенностей воды, отличающих ее от других веществ, является понижение температуры плавления льда с ростом давления. Это обстоятельство отражается на диаграмме. Кривая плавления ОС на диаграмме состояния воды идет вверх влево, тогда как почти для всех других веществ она идет вверх вправо.
Превращения, происходящие с водой при атмосферном давлении, отражаются на диаграмме точками или отрезками, расположенными на горизонтали, отвечающей 101,3 кПа (760 мм рт. ст.). Так, плавление льда или кристаллизация воды отвечает точке D, кипение воды-точке Е, нагревание или охлаждение воды - отрезку DE и т.п.
Диаграммы состояния изучены для ряда веществ, имеющих научное или практическое значение. В принципе они подобны рассмотренной диаграмме состояния воды. Однако на диаграммах состояния различных веществ могут быть особенности. Так, известны вещества, тройная точка которых лежит при давлении, превышающем атмосферное. В этом случае нагревание кристаллов при атмосферном давлении приводит не к плавлению этого вещества, а к его сублимации - превращению твердой фазы непосредственно в газообразную.
Глава 3. Физические свойства воды
Чистая вода представляет собой бесцветную без вкуса запаха прозрачную жидкость. Плотность воды при переходе ее из твердого состояния в жидкое не уменьшается, как почти у всех других веществ, а возрастает.
Как хорошо известно, вода принята за образец меры - эталон для всех других веществ. Казалось бы, за эталон для физических констант следовало бы выбрать такое вещество, которое ведет себя самым нормальным, обычным образом. А получилось как раз наоборот.
И первое, самое поразительное, свойство воды заключается в том, что вода принадлежит к единственному веществу на нашей планете, которое в обычных условиях температуры и давления может находиться в трех фазах, или трех агрегатных состояниях: в твердом (лед), жидком и газообразном (невидимый глазу пар).
3.1 Определение физических показателей воды. Определение количества грубодисперсных примесей
3.1.1 Теоретическая часть
Грубодисперсные примеси воды представляют собой нерастворимые в воде взвеси, которые образуют с водой кинетически неустойчивые системы. В состоянии покоя для таких систем характерна седиментация взвешенных частиц, т.е. выпадение частиц в осадок или всплывание в зависимости от их плотности. Данный физико-химический процесс определяет такие методы очистки вод от данных примесей, как отстаивание, фильтрование, центрифугирование.
Запах природных вод зависят от ряда причин: температуры воды, газов, насыщающих воду, химического состава примесей. Характер и интенсивность запаха воды определяют органолептически.
По характеру запахи делятся на две группы:
1. запахи естественного происхождения, причиной которых являются живущие и отмершие в воде организмы, загнивающие растительные остатки и т.д.;
2. запахи искусственного происхождения, вызываемые примесями некоторых промышленных сточных вод.
Таблица 2. Классификация запахов первой группы
|
Обозначение запаха |
Характер запаха |
Примерный род запаха |
|
|
А |
Ароматный |
Огуречный, цветочный |
|
|
Б |
Болотистый |
Илистый, тинистый |
|
|
Г |
Гнилостный |
Фекальный, сточный |
|
|
Д |
Древесный |
Запах мокрой щепы |
|
|
З |
Землистый |
Прелый |
|
|
П |
Плесневый |
Запах застойный |
|
|
Р |
Рыбий |
Рыбьего жиры, рыбы |
|
|
С |
Сероводородный |
Тухлых яиц |
|
|
Т |
Травянистый |
Скошенной травы |
|
|
Н |
Неопределенный |
Запах естественного происхождения, не подходящие под предыдущие определения |
Запахи второй группы называют по соответствующим веществам: фенольный, хлорфенольный, камфорный, бензинный, хлорный и др. Интенсивность запаха характеризуют по пятибальной системе (от 0 до 5).
Мутность природных вод обусловлена присутствием в них частиц глины, песка, ила и органических веществ. Источниками мутности речных и озерных вод могут быть составные части почв, горных пород, вымываемые реками из своего русла, а также так называемый "ливневый смыв", т.е. твердые осадки, смываемые в окрестностях рек дождями с почвы лесов, полей, лугов и улиц населенных пунктов. Ливневый смыв в период сильных дождей повышает мутность воды в несколько раз.
В реках в различные времена года мутность воды сильно изменяется, причем обычно она резко возрастает весной в период паводка.
В тех случаях, когда количество взвешенных веществ в воде невелико, определяют прозрачность.
3.2 Определение содержания грубодисперсных примесей воды
3.2.1 Практическая часть
Определенный объем исследуемой воды (200 мл) профильтровать через высушенный при температуре 105° С и предварительно взвешенный бумажный фильтр. Промыть осадок на фильтре небольшим количеством дистиллированной воды и перенести фильтр с осадком в предварительно прокаленный и взвешенный тигель. Высушить при температуре 105° С, охладить в эксикаторе и взвесить.
Общее содержание грубодисперсных примесей в исследуемой воде определить по формуле:
где - содержание грубодисперсных примесей в исследуемой воде, мг;
- исходный вес бумажного фильтра, мг;
- вес бумажного или стеклянного фильтра с отфильтрованным осадком, мг;
V - объем воды, взятой для определения, мл.
Результаты взвешивания:
= 1621 мг
= 1704 мг
Расчёт общего содержания грубодисперсных примесей:
= 415 (мг).
3.3 Определение запаха воды
\
Исследуемой водой наполнить 2/3 объема широкогорлой колбы емкостью 150?250 мл, закрыть и встряхивать вращательными движениями. Затем открыть колбу и определить запах.
Результат: запах относится к первой группе, землистый, интенсивностью 1 балл.
3.4 Определение прозрачности воды
Для определения прозрачности используем метод "по шрифту": исследуемую воду наливаем в цилиндр с прозрачным дном, цилиндр устанавливаем на высоте 4 см над шрифтом и через краник сливаем воду до тех пор, пока можно будет прочитать отдельные слова текста.
Результат: вода обладает прозрачностью, позволяющей видеть текст под цилиндром с высотой столба воды 30 см.
3.5 Определение цветности воды
Цветность воды определяем колориметрическим сравнением цвета исследуемой воды с эталонной дихромат-кобальтовой шкалой, имитирующей эту окраску. Дихромат-кобальтовая шкала состоит их двух растворов: 1 и 2. Раствор 1 содержит 0,0875 г. дихромата калия, 2г сульфата кобальта CoS и 1 мл (плотность 1,84), растворенных в дистиллированной воде.
Раствор 2 содержит 1 мл (плотность 1,84) и 1 л дистиллированной воды.
Смешивая в определенных соотношениях растворы 1 и 2, получаем шкалу цветности:
Таблица 3. Шкала цветности
Результат: Цветность равна 25 град., что соответствует №5 шкалы.
3.6 Определение плотности жидкостей
3.6.1 Теоретическая часть
Плотность, т.е. масса единицы объема вещества, является одной из наиболее важных его физических характеристик. В соответствии с Международной системой единиц (СИ) плотность измеряется в килограммах на 1 метр кубический (кг/мі), по Государственной фармакопее - в граммах на 1 смі (г/смі). В ряде случаев удобнее пользоваться относительной плотностью, которая представляет собой отношение плотности данного вещества к плотности дистиллированной воды при 40С. Относительная плотность является безразмерной величиной, ее принято обозначать буквой d, а плотность - буквой с. Поскольку плотность зависит от температуры, то необходимо указывать условия, при которых проводилось измерение.
Так, запись означает, что относительная плотность определялась для вещества при 1.50С по отношению к плотности воды при 40С.
Плотность жидкостей обычно определяют с помощью пикнометра или ареометра. Применение пикнометра позволяет определять относительную плотность с точностью до 0,001, расчет в этом случае производится по формуле:
,
где d - относительная плотность испытуемой жидкости; - масса пустого пикнометра, г; 1 - масса пикнометра с дистиллированной водой, г;
mІ - масса пикнометра с испытуемой жидкостью, г;
,99703 - значение относительной плотности воды при 20С с учетом плотности воздуха;
,0012 - плотность воздуха при 20С и давлении 760 мм рт. ст.
Плотность жидкости в граммах на 1 мл при температуре 200С рассчитываем, исходя из массы 1 мл анализируемого вещества, и прибавляем поправку на взвешивание в воздухе в соответствии со следующей таблицей:
Таблица 4.
Плотность жидкости может быть приближенно (с точностью до 0,01) определена с помощью ареометра, который представляет собой стеклянный тонкостенный цилиндрический сосуд, расширяющийся внизу и имеющий на конце стеклянный резервуар, заполненный дробью, реже ртутью. В верхней части ареометра имеется шкала с делениями, соответствующими относительной плотности жидкости, и указанием температуры, при которой следует производить определение. Имеются ареометры для жидкостей легче и тяжелее воды, для серной кислоты, едких щелочей, а также ряд специальных ареометров для измерения плотности спирта (спиртометр), молока (лактометр) и др. Для повышения точности измерения промышленность выпускает наборы ареометров, шкалы которых охватывают определенный диапазон плотностей.
3.7 Определение плотности жидкости при помощи пикнометра
3.7.1 Практическая часть
Чистый сухой пикнометр взвесить на аналитических весах с точностью до 0,0002 г. Затем заполнить его дистиллированной водой немного выше метки, закрыть пробкой и поместить в термостат. После 20-минутной выдержки в термостате при температуре (20±0,1С уровень воды в пикнометре быстро довести до метки, отбирая излишек воды пипеткой, капилляром или свернутой полоской чистой неволокнистой фильтровальной бумаги. Пикнометр снова закрыть пробкой, термостатировать еще 10 мин, проверить соответствие уровня жидкости метке, протереть снаружи досуха чистой мягкой тканью или фильтровальной бумагой и снова взвесить. После этого пикнометр освободить от воды, споласнуть последовательно спиртом и эфиром, удалить остатки эфира продуванием воздуха, заполнить пикнометр испытуемой жидкостью и провести те же операции, что и с дистиллированной водой.
3.8 Определение кислотности воды
3.8.1 Теоретическая часть
Кислотностью воды называется содержание в воде веществ, вступающих в реакцию с сильными щелочами (едким натром, едким кали). Объем 0,1 н. раствора щелочи, израсходованный на титрование таких веществ, соответствует общей кислотности воды.
В природных водах кислотность в большинстве случаев зависит только от содержания свободной растворенной углекислоты.
Часть кислотности, обусловленная присутствием гуминовых и других слабых органических кислот, растворенных в воде, называется естественной кислотностью воды; рН такой воды обычно не бывает ниже 4,5. Промышленные сточные воды могут содержать сильные кислоты или соли сильных кислот и слабых оснований (чаще всего железа и алюминия), подвергающиеся гидролизу в результате чего кислотность увеличивается. рН воды обычно в этих случаях снижается значительно ниже 4,5.
Та часть общей кислотности, при которой снижается рН воды до 4,5 и ниже, называется свободной кислотностью воды.
Кислотность воды определяют титрованием раствором сильного основания. Количество 0,1 н. раствора сильного основания, при израсходовании которого рН раствора достигает значения 4,5, соответствует свободной кислотности, а при израсходовании которого рН раствора достигает значения 8,3 - соответствует общей кислотности. Если рН исследуемой воды больше 8,3, то ее кислотность равна нулю.
3.8.2 Практическая часть
Предварительно определяют свободную кислоту, измеряя рН. Если предварительное определение показало наличие свободной кислоты, то проводят количественное определение свободной и общей кислотности.
Глава 4. Определение временной или карбонатной жесткости воды
4.1 Понятие и методы устранения жесткости воды
Жесткость подразделяют на постоянную и временную, она же карбонатная, она же устранимая жесткость связана с присутствием в воде наряду с и гидрокарбонатных или бикарбонатных анионов (HCO3). Временную жесткость можно устранить кипячением - отсюда и ее название. При кипячении воды гидрокарбонатные анионы вступают в реакцию с этими катионами и образуют с ними очень мало растворимые карбонатные соли, которые выпадают в осадок.
+ 2HC = CaC v+ O + C^ (1)
Метод определения карбонатной жесткости путем титрования пробы воды соляной кислотой измеряют вовсе не жесткость так таковую, то есть не концентрацию и , а щелочность - концентрацию в растворе гидрокарбонатных ионов.
Если строго следовать определению карбонатной жесткости, то ее корректное измерение должно быть основано на кипячении заданного объема воды с последующим взвешиванием образовавшегося осадка (накипи), но на практике это трудно выполнимо. Поэтому поступают иначе.
Определение карбонатной жесткости воды приводится путем ее титрования соляной кислоты. Титрование - добавление в исследуемую пробу раствора реагента, концентрация которого заранее известна. По расходу этого реагента - он взаимодействует с тем веществом, содержание которого хотят определить, рассчитывают концентрацию определяемого вещества. Для аквариумных нужд удобно пользоваться 0,05 M раствором соляной кислоты. А также необходим индикатор метиловый оранжевый, который нужен для того, чтобы установить момент окончания титрования.
4.2 Проведение анализа
Точно отмеряют 50 мл исследуемой воды и добавляют несколько капель раствора метилового оранжевого.
При титровании в растворе произойдут следующие реакции:
(1)
Сравним это и приведенное выше уравнение, которое показывало, что происходит с гидрокарбонатами кальция при кипячении. Как и при кипячении конечными продуктами этих реакций являются вода и углекислый газ. Только кальций здесь участия не принимает, так как ионы водорода, которые образуются в растворе при добавлении туда HCl вступают в реакцию не с ионами кальция, а именно с гидрокарбонатными ионами.
Кислоту удобно набрать в шприц до отмеченного заранее деления и из него дозировано добавлять в раствор. Сначала порции кислоты могут быть большими, но к концу титрования надо быть аккуратным и осторожным. Цвет может поменяться даже от одной капли. Способность раствора реагировать с ионами водорода по мере добавления кислоты будет постепенно уменьшаться и, наконец окажется почти совсем исчерпанной - кончатся гидрокарбонатные ионы и последняя капля кислоты резко сместит рН, так как связывать возникающие при ее диссоциации в воде ионы водорода уже будет "некому". При величине рН меньшей 4 гидрокарбонатных ионов в растворе уже нет. Индикатор при этом значении рН изменит цвет раствора с желтого на оранжевый. Тут титрование надо прекратить. Лучше проделать эту процедуру несколько раз, точно засекая какой объем кислоты был израсходован. Затем вычислить средний объем пошедший на титрование кислоты. Зная этот объем рассчитывают карбонатную жесткость по формуле:
Жесткость карбонатная (мг-экв/л.) = (1000* * ) /
- концентрация кислоты в молях,
- объем раствора кислоты, использованный при титровании (мл)
- объем пробы воды, взятой для титрования (мл.)
Если = 0,05 M, а = 50 мл, то жесткость карбонатная (мг-экв/л.) = (1000*0,05*) /50 =
То есть титрование 50 мл воды 0,05 M соляной кислоты, то в этом случае карбонатная жесткость в мг-экв. /л. Будет численно равна объему кислоты (в мл.), израсходованному для титрования. Например, если на титрование ушло 1,5 мл. раствора кислоты, то карбонатная жесткость воды 1,5 мг - экв. /л. Для перевода в градусы KH значение в мг-экв/л. Надо умножить на 2,804.
1,5*2,804 = 4,2 єKH
На самом деле этим методом мы определили щелочность воды, то есть ее способность связывать ионы водорода, которые образуются при диссоциации в воде соляной кислоты.
Гидрокарбонатный ион может поступать в воду не только при растворении карбонатов кальция и магния, но и при растворении иных солей. Всем известная питьевая сода являет собой пример такого соединения NaHC. Если внести питьевую соду в аквариум, то растворившись, она даст ионы натрия и гидрокарбоната. Гидрокарбонатные ионы присоединяют к себе ионы водорода, поэтому вода в аквариуме от внесения питьевой соды становится менее кислой или приобретает щелочную реакцию, но это зависит от дозы. Небольшие ее добавки застрахуют от неожиданных скачков рН. Решить достаточно соды внесено или нет можно измерив щелочность. Зная щелочность, вы можете оценить насколько вода в аквариуме способна противостоять закислению, то есть оценить буферность. Если щелочность пресной воды низкая (менее мг/экв/л), то ее буферность невелика. Такая вода может резко скиснуть, например при неожиданной остановке фильтра. Интервал значений щелочности 1,2-2 мг-экв/л пригоден для большинства рыб и растений. Буферность воды при этом будет вполне достаточной для поддержания стабильной активной реакции воды рН. Обычно щелочность аквариумной воды как раз и оказывается в указанном интервале или даже имеет еще большие значения 3 мг-экв/л и выше (в этом случае возможны проблемы с выращиванием многих растений и нашествия водорослей). В регионах с мягкой слабокислой водой она может быть очень низкой. Если вносили в аквариум соду, чтобы поднять и стабилизировать рН, то не нужно удивляться если "карбонатная жесткость" вдруг превысит общую. Если вносили в воду аквариума NaHC, то есть не связанные с кальцием и магнием гидрокарбонатные ионы, то естественно их будет больше, чем ионов и .
Вот в этом и состоит суть парадокса, когда формула:
Общая жесткость = Постоянная жесткость + Временная жесткость не выполняется из-за того, что временная больше общей. (2)
4.3 Определение сульфатов в воде
4.3.1 Теоретическая часть
Сульфаты встречаются во всех природных водах, чаще всего в виде кальциевых, магниевых и натриевых солей (CaS, MgS, NS). Содержание сульфатов в природных водах колеблется в широких пределах от единиц до десятков тысяч мг/л.
Существует несколько методов определения сульфатов в воде: весовой, комплексонометрический (трилонометрический), колориметрический.
Комплексонометрический метод дает наиболее надежные результаты. Сущность этого метода состоит в том, в исследуемую воду вводят ионы (раствор BaC), которые связывают ионы S - в трудно растворимые соединения, выпадающие в осадок:
+ = BaSv
Количество сульфат-ионов оценивают по разности расхода трилона Б на взаимодействие с ионами до осаждения ионов S - и после их осаждения.
4.3.2 Практическая часть
В коническую колбу на 250 мл внести 25 мл исследуемой воды. Добавить 2 капли индикатора метилового красного и подкислить среду децинормальным раствором соляной кислоты. Затем полученный раствор кипятить в течении 3-5 минут для удаления углекислоты. К кипящему раствору прибавить 1 мл раствора хлористого бария, содержащего ионы магния (10 г. BaC•2O и 4г MgC•6O в 1 л) и снова прокипятить в течении 10-15 секунд. Через 10-15 минут нейтрализовать децинормальным раствором едкого натра, прибавляя его по каплям до перехода красной окраски в желтую. Затем ввести 2,5 мл аммиачного буферного раствора, несколько крупинок индикатора эриохрома черного Т и титровать 0,1 н раствором трилона Б (V3). В отдельной пробе определить объем раствора трилона Б (V1), необходимый для титрования 1 мл раствора хлористого бария, содержащего ионы В другой отдельной колбе определить объем раствора трилона Б (V2), необходимый для титрования ионов С и M.
Расчет проводим по формуле:
X =мг/л,
Где - объем исследуемой воды (25 мл)
N - нормальность трилона Б
Э - миллиграмм-эквивалент иона SO42 - (48)
= 2,3 мл
= 0,5 мл
= 1,1 мл
Результат: X = 326,4 мг/л.
Глава 5. Химические свойства воды
- весьма активное в химическом отношении вещество.
1) Вода реагирует со многими металлами с выделением водорода:
2Na + 2H2O = H2 + 2NaOH (бурно)
2K + 2H2O = H2 + 2KOH (бурно)
3Fe + 4H2O = 4H2 + Fe3O4 (только при нагревании)
Не все, а только достаточно активные металлы могут участвовать в окислительно-восстановительных реакциях этого типа. Наиболее легко реагируют щелочные и щелочноземельные металлы I и II групп.
Из неметаллов с водой реагируют, например, углерод и его водородное соединение (метан). Эти вещества гораздо менее активны, чем металлы, но все же способны реагировать с водой при высокой температуре:
C + H2O = H2 + CO (при сильном нагревании)
CH4 + 2H2O = 4H2 + CO2 (при сильном нагревании)
2) Вода разлагается на водород и кислород при действии электрического тока. Это также окислительно-восстановительная реакция, где вода является одновременно и окислителем, и восстановителем:
3) Вода реагирует со многими оксидами неметаллов. В отличие от предыдущих, эти реакции не окислительно-восстановительные, а реакции соединения:
|
SO2 |
+ |
H2O |
= |
H2SO3 |
|
|
сернистая кислота |
|
SO3 |
+ |
H2O |
= |
H2SO4 |
|
|
серная кислота |
|
CO2 |
+ |
H2O |
= |
H2CO3 |
|
|
угольная кислота |
4) Некоторые оксиды металлов также могут вступать в реакции соединения с водой. Примеры таких реакций мы уже встречали:
|
CaO |
+ |
H2O |
= |
Ca (OH) 2 |
|
|
гидроксид кальция (гашеная известь) |
Не все оксиды металлов способны реагировать с водой. Часть из них практически не растворима в воде и поэтому с водой не реагирует. Мы уже встречались с такими оксидами. Это ZnO, TiO2, Cr2O3, из которых приготовляют, например, стойкие к воде краски. Оксиды железа также не растворимы в воде и не реагируют с ней.
http://school-collection.edu.ru/catalog/res/920a7d84-4901-c6ab-ccad-c4cb0bf329c3/view/5) Вода образует многочисленные соединения, в которых ее молекула полностью сохраняется. Это так называемые гидраты. Если гидрат кристаллический, то он называется кристаллогидратом. Например:
|
CuSO4 |
+ |
5 H2O |
= |
CuSO4.5H2O |
|
|
вещество белого цвета (безводный сульфат меди) |
кристаллогидрат (медный купорос), синие кристаллы |
Приведем другие примеры образования гидратов:
H2SO4 + H2O = H2SO4. H2O (гидрат серной кислоты)
NaOH + H2O = NaOH. H2O (гидрат едкого натра)
Соединения, связывающие воду в гидраты и кристаллогидраты, используют в качестве осушителей. С их помощью, например, удаляют водяные пары из влажного атмосферного воздуха.
6) Особая реакция воды - синтез растениями крахмала (C6H10O5) n и других подобных соединений (углеводов), происходящая с выделением кислорода:
6n CO2 + 5n H2O = (C6H10O5) n + 6n O2 (при действии света)
Глава 6. Загрязнение вод в Тульской области
Конечно, на данный момент экологическая ситуация в Туле и Тульской области, особенно в промышленном городе Новомосковске, оставляет желать лучшего. Плохая экология - это катализатор развития раковых, бронхиально-легочных, кишечных заболеваний. Нельзя сказать, что заболевания возникают только по вине экологии, но один из главных факторов, сопутствующих каждой болезни - это загрязнение воды.
Экологическая обстановка в области в связи с повышенной антропогенной нагрузкой на окружающую природную среду продолжает оставаться сложной.
Региональные экологические проблемы Тульской области обусловлены, прежде всего, тем, что на сравнительно небольшой ее территории сконцентрировано большое число предприятий машиностроения (в основном ВПК), применяющих специфические технологии, химической промышленности, крупные металлургические предприятия, большое число тепловых электростанций, в том числе одна из крупнейших в Европе Черепетская ГРЭС (валовой выброс вредных веществ которой составляет более 90 тыс. т/год).
Наиболее сложная экологическая обстановка в г. Туле (из суммарных выбросов и сбросов регистрируемых по области ее доля составляет: 23 % суммарных выбросов и 27 % суммарных сбросов загрязненных сточных вод) и г. Новомосковске (4 % суммарных выбросов, 23 % суммарных сбросов загрязненных сточных воды).
Доля Тульской области из общего объема сбросов загрязненных сточных вод в природные водные объекты Центрального района составляет 28,5 %. Характерными загрязняющими веществами, сбрасываемыми предприятиями области являются соединения азота, фосфора, железа (8,5 % общего сброса по РФ), ароматические углеводороды (26 % общего сброса по РФ). Ежегодно в водоемы сбрасывается до 300 млн. куб. м загрязненных сточных вод.
Большинство действующих очистных сооружений работают с перегрузкой, либо требуют модернизации. Часть городов, поселков городского типа, промышленных предприятий области вообще очистных сооружений не имеют, в результате чего поверхностные воды характеризуются сильным загрязнением.
Доля основных отраслей промышленности области в общем сбросе загрязненных сточных вод составляет: химическая и нефтехимическая промышленность - 28,3 %, топливная - 13,5 %, угольная - около 13 %, машиностроение и металлообработка - 4,3 %, черная металлургия - 2,6 %.
Крайне неудовлетворительная ситуация сложилась в области с обеспечением безопасного обращения с отходами производства и потребления. Основная ее причина - отсутствие достаточного финансирования мероприятий, направленных на обезвреживание отходов всех видов.
По одним данным Тульская область входит в десятку, по другим - ситуация хуже и мы уже в пятёрке самых загрязнённых регионов страны. Поэтому тулякам (как начальству производственных предприятий, так и простым жителям города) необходимо задуматься об экологии серьёзно. В силу изначального богатства природных ресурсов нашей страны, мы иногда даже не задумываемся о возможных последствиях экологической катастрофы.
Водоснабжение Тульской области осуществляется из подземных источников. В 2006 году эксплуатировалось 380 коммунальных и 1 156 ведомственных источников централизованного питьевого водоснабжения, из которых 1 248 расположено в сельской местности.
По результатам лабораторного контроля учреждениями Управления Роспотребнадзора по Тульской области, в 2006 году не соответствовало гигиеническим нормативам по санитарно-химическим показателям 22,5% проб воды коммунальных и 22,7% ведомственных водопроводов (по России этот показатель составляет 17,7%).
Отклонения по санитарно-химическим показателям связаны с природными свойствами воды, недостатком числа сооружений водоподготовки (станций обезжелезивания и умягчения). В 2006 году в поверхностные водные объекты сброшено 250,6 млн. куб. м сточных вод из них около 40% - предприятиями жилищно-коммунального хозяйства. Большинство очистных сооружений предприятий ЖКХ находятся в технически неисправном состоянии, работают с перегрузкой. Часть городов, поселков городского типа и большинство сельских населенных пунктов не имеют очистных сооружений.
В неудовлетворительном состоянии находятся и работают с перегрузкой очистные сооружения биологической очистки Суворова, Кимовска, Киреевска, Донского, пос. Сокольники Новомосковского района. С перегрузкой работают очистные сооружения города Тулы.
Заключение
Из моей курсовой работы можно сделать следующие выводы:
1. Основными физическими свойствами воды являются плотность и вязкость, которые определяют условия движения гидробионтов. Чем выше плотность воды, тем она становится средой более опорной, т.е. тем легче организмам удерживаться в ней. С повышением вязкости возрастает сопротивление активному движению организмов и условие их плавучести улучшаются.
2. Температура является основным абиотическим фактором, который влияет на функционирование всех систем организма. Температурный диапазон температур, в которых могут существовать живые организмы, колеблется от 0 до 430С. Гидробионты выработали различные адаптации к перенесению неблагоприятных температурных условий - выработка эвритемности, выбор мест обитания с устойчивым температурным режимом и адаптации, предупреждающие замерзание клеточного сока.
3. Жесткость воды бывает постоянная и временная (карбонатная), которая связана с присутствием в воде наряду с Са2+ и Mg2+ гидрокарбонатных и бикарбонатных ионов. Для устранения этой жесткости используют метод титрования.
Литература
1. Ахманов М.С. Вода, которую мы пьем. Качество питьевой воды и ее очистка с помощью бытовых фильтров. - М.: Издательский дом: ЭКСМО, 2002.
2. Ахметов Н.С., Неорганическая химия. Москва, 1992г.
3. Глинка Н.Л., Общая химия. Ленинград, 1984г.
4. Дерпгольц В.Ф. Вода во вселенной. - Л.: "Недра", 1971.
5. Крестов Г.А. От кристалла к раствору. - Л.: Химия, 1977.
6. Крицман В.А., Станцо В.В. Энциклопедический словарь юного химика.М., “ Педагогика“, 1982 год.
7. Петрянов И.В. Самое необыкновенное вещество в мире.М., “ Педагогика “, 197
8. СанПиН 2.1.4.1074-01 (с изменениями от 7 апреля 2009 г., 25 февраля 2010 г.).
9. Спенглер О.А. Слово о воде.Л., “ Гидрометеоиздат", 1980 год.
10. Хомченко Г.П. Химия для поступающих в ВУЗы. - М., 1995г.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Определение физических показателей воды, количества грубодисперсных примесей, плотности жидкостей. Вычисление кислотности и щелочности воды, ее жесткости и солености. Расчет количества сульфатов в воде. Определение химического потребления кислорода.
контрольная работа [308,7 K], добавлен 26.01.2013Строение молекулы воды. Водородные связи между молекулами воды. Физические свойства воды. Жесткость как одно из свойств воды. Процесс очистки воды. Использованием воды, способы ее восстановления. Значимость воды для человека на сегодняшний день.
презентация [672,3 K], добавлен 24.04.2012Распространение воды на планете Земля. Изотопный состав воды. Строение молекулы воды. Физические свойства воды, их аномальность. Аномалия плотности. Переохлажденная вода. Аномалия сжимаемости. Поверхностное натяжение. Аномалия теплоемкости.
курсовая работа [143,0 K], добавлен 16.05.2005Исследование основных загрязнителей оборотных вод и факторов, влияющих на качество воды. Характеристика методов удаления грубодисперсных примесей из воды, классификации очистных фильтров. Описания обессоливания воды в установках с неподвижным слоем.
реферат [676,7 K], добавлен 11.10.2011Химический состав воды. Общая жёсткость воды: характеристика, методы определения и влияние избыточной жёсткости. Определение количества фторид-ионов, железа и сухого остатка в образце воды. Влияние техногенного загрязнения на состав природных вод.
научная работа [134,7 K], добавлен 26.10.2011Условные показатели качества питьевой воды. Определение органических веществ в воде, ионов меди и свинца. Методы устранения жёсткости воды. Способы очистки воды. Приготовление рабочего раствора сернокислого калия. Очистка воды частичным замораживанием.
практическая работа [36,6 K], добавлен 03.12.2010Интенсификация процесса конвективной коагуляции примесей воды. Определение оптимальных доз реагентов. Подвижность примесей воды в процессе коагуляции. Предварительная обработка воды окислителями. Физические методы интенсификации процесса коагуляции.
реферат [36,1 K], добавлен 09.03.2011Подземные и поверхностные воды, атмосферные осадки - источник водообеспечения централизованных систем водоснабжения. Свойства подземных вод. Состав природных вод. Влияние примесей воды на ее качество. Процессы формирования качества воды и ее самоочищения.
реферат [71,2 K], добавлен 09.03.2011Распределение воды в природе, ее биологическая роль и строение молекулы. Химические и физические свойства воды. Исследования способности воды к структурированию и влияния информации на форму ее кристаллов. Перспективы использования структурированной воды.
реферат [641,8 K], добавлен 29.10.2013Изучение физико-химических свойств воды. Химическая природа воды и ее память (структура, свойства, состав). Схема образования связей в молекуле воды. Состояние водных объектов города Рязани. Антропогенное и техногенное воздействие на воду. Лечение водой.
реферат [439,9 K], добавлен 27.10.2010Количественный и качественный состав воды. Изучение физических, химических и бактериологических показателей. Содержание нерастворенных примесей, их влияние на прозрачность воды, запах, привкус и цветность. Содержание органических веществ и минерализация.
презентация [939,6 K], добавлен 14.07.2014Классификация методов умягчения воды. Термический метод умягчения воды. Технологические схемы, конструктивные элементы установок реагентного умягчения воды. Термохимический метод умягчения воды. Особенности умягчения воды диализом, ее магнитная обработка.
реферат [2,3 M], добавлен 09.03.2011Свойства воды как наиболее распространенного химического соединения. Структура молекулы воды и атома водорода. Анализ изменения свойств воды под воздействием различных факторов. Схема модели гидроксила, иона гидроксония и молекул перекиси водорода.
реферат [347,0 K], добавлен 06.10.2010Химическая формула молекулы воды и ее строение. Систематическое наименование – оксид водорода. Физические и химические свойства, агрегатные состояния. Требования к качеству воды, зависимость ее вкуса от минерального состава, температуры и наличия газов.
презентация [6,1 M], добавлен 26.10.2011Санитарно-гигиеническая оценка качества питьевой воды. Нормативное регулирование централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения. Мониторинг физико-химических показателей воды центрального водоснабжения. Оценка цветности, мутности и запаха воды.
дипломная работа [1,5 M], добавлен 16.02.2022Свойства воды и способы ее умягчения. Требования к жесткости потребляемой воде на теплоэнергетическом производстве. Теоретические основы и методика определения жесткости воды комплексонометрическим методом. Отбор проб, реактивы, выполнение определения.
курсовая работа [36,7 K], добавлен 07.10.2009Седиментация под действием сил тяжести - широко применяемый прием снижения содержания взвеси в воде. Технологический процесс коагуляции примесей. Гидролиз железного купороса в воде. Защита гидрофобных коллоидов, с точки зрения технологии очистки воды.
реферат [955,5 K], добавлен 09.03.2011Химический состав воды - натрий, магний, калий, кальций. Концентрация основных ионов. Процесс формирования кристаллов воды из-за различного воздействия. Причины изменения структуры воды – изменения физического, химического и микробиологического состава.
презентация [1,7 M], добавлен 29.03.2012Вода - единственное вещество, существующее в природе в трёх агрегатных состояниях - жидком, твёрдом и газообразном. Роль воды в регулировании климата. Основные физические и химические свойства воды. Параметры, влияющие на вид узора на поверхности стекла.
реферат [4,1 M], добавлен 22.10.2011Органолептические методы анализа вкуса и запаха питьевой воды. Расчет массы сухого остатка и водородного показателя. Изучение концентрации нитратов, фторидов, хлоридов. Определение цветности, содержания железа, щелочности, жесткости и окисляемости воды.
курсовая работа [93,0 K], добавлен 26.01.2013
