Seminarski rad iz kemije

Mentor: prof.Mirjana Jakopčević Čakovec, 06.03.2011

Gimnazija Čakovec

• Voda općenito

• Svojstva vode

• Kružni tok vode

• Otpadne vode

• Pročišćavanje otpadnih voda

• Zagađivanje

• Termalno zagađivanje

• Tvrdoća

• Omekšavanje

• Zanimljivosti

VODA OPĆENITO

• Zemlja = “vodeni planet”• Glavni sastojak svih živih tvari • 70,8 % zemljine površine• Slana (mora, oceani)• Slatka – 0,6 % • Najdragocjeniji i sve rjeđi prirodni izvor

PRISUTNOST

• Oko 1,4 milijarde km³ vode se nalazi na

Zemlji

• Čini 92% krvi, 22% kostiju, 75% mozga i 75% mišića

• Čini 50 - 90 % mase živih tvari

SVOJSTVA

• Tekućina bez boje, okusa i mirisa

• ledište - na 0ºC (273K)

• vrelište - na 100ºC (373K)

• U sva tri agregatna stanja

• Najgušća na 4°C anomalija vode

• Postupak dobivanja: sintezom H2 i O2

• Služi kao najpoznatije otapalo, prenositelj hranjivih tvari i kao okružje u kojem se odvijaju biokemijske reakcije

• Ima ključnu ulogu u metaboličkim reakcijama u tijelu koje se stalno nanovo odvijaju u stanicama

• Vrlo reaktivni spoj

Kemijski spoj dva atoma vodika i jednog atoma kisika = H2O

• Jednaka količina vodikovih iona (H+ ) i iona hidroksida (OH-) = neutralna voda s pH vrijednosti 7.0

• Veća količina vodikovih iona (H+ ) nego iona hidroksida (OH- ) = kisela voda

• Količina vodikovih iona (H+ ) manja = lužnata voda

• sastavni dio većine stanica u našem tijelu • najveći dio naših krvnih i limfnih sustava te ujedno

prenosi hranu i kisik u stanice, a iznosi štetne tvari • pomaže u pročišćavanju bubrega kako bi se riješili

toksičnih tvari • pomaže u uravnoteživanju naših elektrolita koji

pomažu u kontroliranju krvnog tlaka • ovlažuje oči, usta i nazalne putove • osvježava naše tijelo kada je vruće i izolira ga od

hladnoće • apsorbira šok kako bi se zaštitili tjelesni organi • pomaže u podmazivanju zglobova i dio je naše

krvi, znoja, suza i sline • može pružiti mnoge od minerala prisutnih u

tragovima koji su potrebni našem tijelu

CIKLUS VODE

• Jedina tvar koja se pri uobičajenim

temperaturama pojavljuje u sva tri

agregatna stanja:

kruto stanje � led

tekuće stanje � kiša i rosa

plinovito stanje� para

KRUŽNI TOK VODE

• U prirodi stalno kruži.

• Kruženje se ponavlja 42 puta tijekom godine.

• Čovjek stvara svoj kružni tok vode – korištenjem u različite svrhe.

• Prirodna voda nikad nije potpuno čista – otopljene različite mineralne tvari, organski spojevi, plinovi.

VRSTE VODE

• PRIRODNE VODE: – Oborinske - kiša, snijeg, magla,...– Površinske - mora, jezera i rijeke– Podzemne - izvorske vode

VODA ZA PIĆE

• Slatke vode

• Bistra, bezbojna i bez mirisa; ne smije

sadržavati tvari koje mogu trunuti niti

patogene organizme

• pH – između 6.9 i 8.2

• Ne smije sadržavati soli mangana, željeza, nitratne ione ni amonijak

PRIPREMA VODE ZA PIĆE• Obrađuje se klorom ili ozonom

• PROČIŠĆAVANJE VODE ZA PIĆE: – taloženje – koagulacija ili zgrušavanje – filtracija – aeracija ili prozračivanje - kroz vodu se

propušta jaka zračna struja, čime se povećava udio kisika u vodi

– sterilizacija

INDUSTRIJSKE VODE:

• voda je sirovina u tehnološkom procesu i ulazi u sastav gotovog proizvoda

• voda služi kao energent

OTPADNE VODE

• otpadne tvari koje se pojavljuju u tekućem obliku :– kućanske– industrijske– atmosferske– poljoprivredne - umjetna gnojiva i pesticidi

KUĆANSKE OTPADNE VODE:

• BIOLOŠKA RAZGRADIVOST - osnovno svojstvo

• prema stupnju biološke razgradivosti: – svježe otpadne vode – odstajale vode – trule vode

INDUSTRIJSKE OTPADNE VODE:

• biološki razgradive - prehrambena ind.

• biološki nerazgradive - kemijske i metalne ind.

PROČIŠĆAVANJE OTPADNIH VODA

• Pročišćavanje otpadnih voda - pročišćavanjem otpadnih voda smanjuje se koncentracija tvari koje onečišćuju vodu do takvih vrijednosti kod kojih su vode, ispuštene u prirodne vodotokove, neopasne za život i ljudsko zdravlja i ne izazivaju neželjene promjene u okolišu.

Pročišćavanje se sastoji od:• 1. mehaničkog čišćenja - filtracije i bistrenja

taloženjem kroz rešetke, filtere i slično• 2. fizikalno - kemijskog čišćenja koje obuhvaća:

– a) taloženje u taložnicama– b) neutralizaciju kiselih voda s natrijevom ili

kalcijevom lužinom, a bazičnih sa sumpornom kiselinom

– c) koagulaciju dodatkom aluminijevih ili željezovih soli (Al2(SO4)3), AlCl3, Fe2(SO4)3

ZAGAĐIVANJE VODE

• Onečišćenje voda - unošenje tvari ili energije u vodne sustave.

• Promjena kakvoće voda koja nastaje unošenjem, ispuštanjem ili odlaganjem u vode hranjivih i drugih tvari utjecajem energije ili drugih uzročnika.

• U količini kojom se mijenjaju korisna svojstva voda, pogoršava stanje vodenih ekosustava i ograničuje namjenska uporaba voda.

• Zagađenje voda - onećiščenje većeg intenziteta koje nastaje unošenjem, ispuštanjem ili odlaganjem u vode opasnih tvari energije ili drugih uzročnika u količinama,odnosno koncentraciji iznad dozvoljenih graničnih vrijednosti.

• Dovode se u opasnost život i zdravlje ljudi i stanje okoliša ili uslijed kojeg mogu nastupiti poremećaji u gospodarstvu ili drugim područjima.

• Zagađenjem vode smatra se i svaka promjena kakvoće vode kojom se pogoršava vrsta vode određena klasifikacijom voda.

Najčešći uzroci onečišćenja pitke vode su slijedeći:

• Otpadna voda naselja (kanalizacije, odlagališta otpada) koja se nepročišćena ispušta u podzemne ili površinske vode.

• Intenzivna poljoprivreda

• Otpadne vode prometnica (mineralna ulja)

• Utjecaj zagađenja iz atmosfere (kisele kiše).

• Korištenje kemikalija u procesu obrade voda.

Termalno zagađenje voda

• Povećanje temperature prirodnih voda nastalo ispuštanjem vrućih otpadnih voda iz tvornica ili elektrana.

• Malo povišenje temperature (1 do 2°C) odražava se na život u vodi i sposobnost samopročišćavanja.

• Količina otopljenog kisika važan pokazatelj kakvoće vode (Henryev zakon).

• Povišena temperatura vodenim životinjama ubrzava se metabolizam potreba za većom količinom kisika kojeg je pri površini (zbog povišene temperature) sve manje.

• Uzrok: 1) korištenje vode kao reznog ulja u elektranama i industrijskim tvornicama

2) korištenje vode kao rashladno sredstvo

TVRDOĆA

• Stupanj tvrdoće vode je odnos količine otopljenih minerala, posebno kalcija i magnezija u vodi

• Izražava se količinom kalcijeva karbonata CaCO3

• PROLAZNA - Mg(HCO3)2, Ca(HCO3)2

• STALNA - CaCO3, MgCO3

• UKUPNA - zbroj prolazne i stalne

• Mjeri se u ppm (partpermilion), kH (karbonatna tvrdoća) i dH (stupnjevi tvrdoće) ili gH (ukupna tvrdoća).

• Meka (ima malo otopljenih minerala) ili tvrda (ima mnogo otopljnih minerala).

vrlo meka 0 do 70 ppm 0 do 4 gH (dH)

meka 70 do 135 ppm 4 do 8 gH (dH)

srednje tvrda

135 do 200 ppm 8 do 12 gH (dH)

tvrda 200 do 350 ppm 12 do 20 gH (dH)

vrlo tvrda preko 350 ppm preko 20 gH (dH)

• Karbonatna tvrdoća (kH): Karbonatna tvrdoća se ne koristi često kao mjera za tvrdoću vode.

• Ona uključuje pristunost minerala i slobodnih iona, drugih nego Ca i Mg, koji su otopljeni u vodi.

OMEKŠAVANJE VODE:

Termički postupci:

• Ovim postupkom se zagrijavanjem vode Ovim postupkom se zagrijavanjem vode uklanja samo prolazna tvrdoćauklanja samo prolazna tvrdoća::– Ca(HCO3)2 CaCO3 + CO2 + H2O

– Mg(HCOMg(HCO33))22 MgCO MgCO33 + CO + CO22 + H + H22OO

• Termičko omekšavanje praćeno je i Termičko omekšavanje praćeno je i uklanjanjem kisika i ugljikuklanjanjem kisika i ugljik--dioksida.dioksida.

Kemijski (taložni) postupci• Kao taložna sredstva koriste se gašeno vapno Kao taložna sredstva koriste se gašeno vapno

(Ca(OH)(Ca(OH)22) i soda bikarbona () i soda bikarbona (Na2CO3)

– Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 2CaCO3 + 2H2O

– CaSO4 + Na2CO3 CaCO3 + Na2SO4

– Mg(HCO3)2+2Ca(OH)22CaCO3+Mg(OH)2+2H2O

– FeSO4 + Ca(OH)2 CaSO4 + Fe(OH)2

• Nastali talog Fe(OH)2 pod uticajem kisika Nastali talog Fe(OH)2 pod uticajem kisika prelazi u Fe(OH)prelazi u Fe(OH)33 : :

• 4Fe(OH)4Fe(OH)22 + O + O22 + 2H + 2H22O O 4Fe(OH)4Fe(OH)33

• Reakcije vapna:Reakcije vapna:– MgSO4 + Ca(OH)2 CaSO4 + Mg(OH)

– MgCl2 + Ca(OH)2 CaCl2 + Mg(OH)2

– MgCO3 + Ca(OH)2 CaCO3 + Mg(OH)2

  

• Reakcije sodeReakcije sode::– CaSO4 + Na2CO3 CaCO3 + Na2SO4

– CaCl2 + Na2CO3 CaCO3 + 2NaCl

Omekšavanje vode fosfatnim postupkom:• Obzirom da se kemijskim postupcima s Obzirom da se kemijskim postupcima s

vapnom i sodom ne može izvršiti potpuno vapnom i sodom ne može izvršiti potpuno omekšavanje vode, mora se obaviti omekšavanje vode, mora se obaviti do do omekšavanjeomekšavanje

• Ono se vrši dodatkom natrij-fosfata NaOno se vrši dodatkom natrij-fosfata Na33POPO44

jer on sa zaostalom tvrdoćom gradi jer on sa zaostalom tvrdoćom gradi netopljive fosfate koji se istalože.netopljive fosfate koji se istalože.

– 3Ca(HCO3)2 + 2Na3PO4 Ca3(PO4)2 + NaHCO3

– 3CaSO4 + 2Na3PO4 Ca3(PO4)2 + 3Na2SO4

– Mg(HCO3)2 + 2Na3PO4 Mg3(PO4)2 + 6NaHCO3

– 3MgSO4 + 2Na3PO4 Mg3(PO4)2 + 3Na2SO4

  

• Pomoću ionskih izmjenjivača– Tvari koje u svojoj strukturi sadrže slabo

vezane kisele ili alkalne radikale (ione) koji se lako zamjenjuju s pozitivnim ili negativnim ionima iz tekućina s kojima su u kontaktu.

• Dijele se na: – anionske – kationske

• Kod Kod anionskih izmjenjivačaanionskih izmjenjivača aktivan je OH aktivan je OH-- ion ion koji se zamjenjuje anioima prisutnim u vodi.koji se zamjenjuje anioima prisutnim u vodi.

• Regeneriranje anionskih izmjenjivača izvodi se Regeneriranje anionskih izmjenjivača izvodi se pomoću otopine NaOHpomoću otopine NaOH

• Omekšavanje kationskim ionskimOmekšavanje kationskim ionskim izmjenjivačima izvodi se tako da se voda izmjenjivačima izvodi se tako da se voda propušta kroz sloj izmjenjivača, pri čemu se propušta kroz sloj izmjenjivača, pri čemu se CaCa2+2+ i Mg i Mg2+2+ ioni iz vode, vežu za izmjenjivač, a ioni iz vode, vežu za izmjenjivač, a NaNa++ i H i H++ ioni iz izmjenjača prelaze u vodu ioni iz izmjenjača prelaze u vodu

• Kada se sloj iona izmenjivačke mase zasiti, vrši se njena regeneracija, propuštanjem otopina mineralnih kiselina ili propuštanjem otopina NaCl.

• Vode s mineralnih i termalnih izvora obiluju kalcijem i magnezijem i uvijek imaju visoki stupanj tvrdoće.

• Kada govorimo o konzumnoj vodi, problem se ne zove tvrda voda nego kamenac (posljedica transporta kroz vodovodne instalacije i promjene pritiska i temperature tijekom njezina iskorištavanja).

• Omekšana voda potrebna je u mnogim proizvodnim procesima (npr. kod bojanja), ali nije pogodna za ljudsko zdravlje.

ZANIMLJIVOSTI• U tijelu novorođenčeta maseni udio vode je

75%. Odrasle osobe oko 65% i starije osobe oko 46%.

• Godišnji utrošak vode po stan.u Hrvatskoj je oko 5600 m3

• Osoba u prosjeku treba konzumirati između 1,5 i 2,5 litre vode svakog dana.

• Ako tijelo ima samo 1% manje vode od uobičajenih vrijednosti, osjećat ćete vrlo veliku žeđ; ako ima 5% manje vode, osjećat ćete laganu groznicu, a ako ima 10% manje vode, poplavit ćete i nećete moći hodati.

IZRADILE:

• Katja Turk

• Sandra Trstenjak

• Ela Megla

• Marina Horvat

3.d