Üldine keemia praktikum 3 (0)

Töö ülesanne ja eesmärk Laboratoorse   töö   nr.   3   ülesanne   seisnes   loodusliku   vee   üld   ja   karbonaatse   kareduse määramises   ning   selle   kõrvaldamises   kasutades   Na-kationiitfiltrit.   Karedust   sai   määrata tiitrimisprotsessi   kasutades,   mille   tulemusena   on   võimalik   saavutada   töö   eesmärk   ehk, liigitada   kasutatud   vesi   üldkareduse   põhjal   ning   tõestada,   et   Na-kationiitfilter   langetab märgatavalt vee karedust.  Sissejuhatus Karedus – Väljendab kaltsiumi, magneesiumi ja vesinikkarbonaatioonide üheaegset sisaldust vees. Kareduse määr arvutatakse nende kontsentratsioonide järgi vees. Üldkaredus (ÜK) –  Karedus, mida arvutatakse Ca2+  ja Mg2+  summaarse kontsentratsiooni järgi. Karbonaatne   karedus   (KK)   –  Karedus,   mida   arvutatakse   HCO3  –  ja   CO32- kontsentratsioonide järgi. Vee   pehmendamine   –  vee   kareduse   vähendamine,   mis   seisneb   kaltsiumi-   ja magneesiumiioonide   sisalduse   vähendamises.   Peamised   vee   pehmendamise   meetodid   on termiline, keemiline (sh reagentmenetlus ja ioonivahetus) ja termokeemiline meetod. Ioniidid – kõrgmolekulaarsed ühendid või Ca-, Al-silikaadid (näit. tseoliidid), millel on võime adsorbeerida oma pinnale lahustest anioone või katioone. Mis juhtub kui karedat vett keeta? –  Katlakivi, ehk karbonaatidest (CaCO3  ja MgCO3) koosnev   sade,   mis   tekib   veisinikkarbonaate   sisaldava   vee   kuumutamisel   (keetmisel) keedunõude sisepinnale: Vees sisalduvad vesinikkarbonaadid hakkavad kuumutamisel üle 65°C lagunema : Sellest tingituna hakkavad kulgema järgmised reaktsioonid:


Kasutatud töövahendid 750 cm3 kooniline kolb vee hoidmiseks, 2 koonilist kolvi (250 cm3) tiitrimiseks, pipett (100 cm3), büretid (25 cm3), mõõtsilinder (25 cm3) ja Na-kationiitfilter Kasutatud ained Looduslik vesi, 0.1M soolhape, 0.025M ja 0.005M triloon-B lahus, puhverlahus (NH4Cl + NH3·H2O), indikaatorid metüülpunane (mp) ja kromogeenmust ET-00. Uurimis- ja analüüsimeetodid ning metoodika Kasutusel   olnud   analüüsimeetodi   puhul   on   tegemist   kvantitatiivse   analüüsiga,   mille eesmärgiks on karedust põhjustavate ainete kontsentratsiooni määramine vees. Laboratoorse   töö   tegemiseks   valisin   enda   maakodust   (Tartu   maakond,   Kastre   vald)   pärit kaevuvett. Töö seisnes kolme tiitrimiskatse tegemises selleks, et määrata esmalt karbonaatse kareduse, teiseks üldkareduse ning kolmas oli oma töökäigu poolest sarnane teisega, kuid siinkohal   on   kasutatud   vett,   mis   läbis   Na-kationiit   filtreerimisprotsessi,   mis   on iseloomustatud, kui:  Esimese asjana oli vaja enda vesi filtreerimisprotsessiks, selleks tuli kallata vesi filtrisse ning lasta tal töökäigus filtreeruda, vajadusel kallata vett juurde, et lõpus oleks võimalik kasutada 100cm3 pehmendatud vett. Pärast seda võis alustada esimese katsega, ehk karbonaatse kareduse määramisega. Esimese asjana tuli valmistada ette töövahendid, ehk loputada pipett uuritava veega,, kooniline kolb destileeritud veega ja kõrvaldada büretist, kus oli 0,1M soolhappe (HCl) lahus, õhumullid ning   täita   see   nullpunktini.   Siis   võis   alustada   tööprotsessiga.   Esmalt   tuli   pipeteerida koonilisse kolbi 100mL uuritavat vett ning lisada 3-4 tilka indikaatorit metüülpunane (mp),


peale  seda tuli alustada  tiitrimisprotsessiga,  mille  käigus muutub vesilahus kollasest,  ehk aluselisest,   stöhhiomeetriapunktis   roosaks,   ehk   happeliseks.   Seejärel   mõõta   kulunud soolhappelahuse kogus ja korrata katset veel kaks korda. Karbonaatne karedus on põhjustatud vees   sisalduvatest   HCO3-  ja   CO32-  ioonidest.   Soolhappega   tiitrimisel   reageerivad vesinikkarbonaatioonid soolhappega (HCO3- seob prootoni H+) Teise katse puhul oli protsess sarnane, kuid kasutatud ained on muutunud. Nimelt seekord tuli lisada 100mL veele 5mL puhverlahust ja väike kogus (∼0,1 g) indikaatorit ET-00, mis on aluselises   keskkonnas   lilla   ja   happelises   sinine.   Selle   katse   puhul   tuli   kasutada   0,025M triloon-B lahust ning samamoodi tuli läbi viia tiitrimisprotsess, kuni stöhhiomeetriapunktis lahuse värvus muutub. Katset tuli korrata samuti veel kaks korda ja saadud tulemused kirja panna. Üldkareduse määramiseks kasutatud triloon-B lahust võib lihtsustatult tähistada kui: Indikaator kromogeenmust ET-00 moodustab Ca2+  ja Mg2+   lilla värvusega komplektsiooni tänu tekkinud kompleksile [MeInd]+, mille protsess toimub nii: Lisades triloon-B-d lahusesse seotakse Ca2+  ja Mg2+  ioonid veelgi püsivamasse kompleksi [MeY]2-, mis toimub nii: Kolmas katse suuresti ei erinenud eelmisest, kuid seekord tuli kasutusele võtta eelnevalt Na- kationiitfiltrit läbinud pehmendatud uuritavat vett. Samamoodi tuli vette lisada puhverlahust ja indikaatorit ET-00, kuid tiitrida tuli seekord 0,005M triloon-B lahusega kuni vesi muutus siniseks ning seda katset veel kordama ei pidanud.  Seejärel kui katsed on sooritatud ning tulemused kirjas võib alustada andmete töötlusega ning määrata kasutud vee karedust kasutades välja toodud tabelit:


Katseandmed Katse A: 1. 5,39mL 2. 5,38mL 3. 5,37mL Keskmine: 5,38mL Katse B: 1. 23,35mL 2. 22,69mL 3. 14,51mL Keskmine: 20,18mL Katse C: 1. 0,68mL Vvesi = 100mL Katseandmete töötlus ja tulemuste analüüs Katse A (karbonaatne karedus): KK(HCO3-) =                                                 = 5,38mmol/L


Teades, et Ca2+ + 2HCO    − 3     → CaCO3 ↓ + CO2 + H2O Võime tuletada, et KK = 5,38mmol/L / 2 = 2,69mmol/L Kare vesi


Katse B (üldkaredus): ÜKMe2+ =                                                            ÜK = 504,5 / 100 = 5,045 mmol/L Väga kare vesi Katse C (pehmendatud): JÜKMe2+ =                                                        JÜK = 3,4 / 100 = 0,034mmol/L Pehme vesi Küsimused 12. Vee karbonaatne karedus on 2,8 ja üldkaredus 4,5 mmol/dm3. Kumma näitaja järgi saab arvutada vee keetmisel moodustuva katlakivi massi? Vastus: Võttes aluseks Ca2+ + 2HCO− 3 → CaCO3 ↓ + CO2 + H2O Teame, et ÜK on 3,8mmol/dm3 ja KK on 2,1mmol/dm3, siis katlakivi saab tekkida vaid KK
piirides välja toodud näitaja koguses, sest seda on vähem ja limiteerib maksimaalse katlakivi
tekke kogust.


13. Vee karbonaatne karedus on 2,5 ja üldkaredus 4,8 mmol/dm3. Kui palju CaCO3 tekib 5 m3 vee keetmisel? (Karedus on tingitud ainult kaltsiumi ioonidest.) Lahendus: 
Arvutada KK järgi, sest selle kogus on väiksem. Ühe mooli katlakivi tekkeks on vaja kaks mooli KK-d 2,5 / 2 = 1,25mmol/dm3 = 0,00125mol/dm3 M(CaCO3) = 40 + 12 + 16*3 = 100g/mol 5000dm3 * 0,00125mol/dm3 = 6,25mol m(CaCO3) 6,25mol * 100g/mol = 625g Vastus: 5dm3 vee keetmisel tekib 3650g CaCO3


Kokkuvõte Töö käigus viisin läbi enda toodud veega kolm katset, mille käigus pidin büretiga tiitrima veele   happelisi   lahuseid   selleks,   et   määrata   selle   karedus.  Na-kationiitfilter   näitas muljetavaldavat   vee   pehmendumist   tänu   millele   oli   vee   karedustase   läinud   oli   läinud nullilähedale.  Mõõtetulemusi ei saa pidada antud töö ajal kõige täpsemateks, seda eriti üldkareduse katse ajal,   sest   lisades   veele   triloon-B   lahust   osutus   mulle   keeruliseks   stöhhiomeetriapunkti tuvastamine, kuna indikaatori ET-00 värvimuutus aluselisest keskkonnast happelisse oli minu jaoks raskesti eristatav. Samas ikkagi näitas töö tulemus seda, et maakodus olev kaevuvesi sisaldab endas suures koguses karbonaate, mille tõttu tekib selle keetmisel katlakivi.