10 wodaTECH


WODA

Woda - Arystoteles uznał ją za jeden z 4 pierwiastków - ziemia, ogień, powietrze i woda. Cavendish w 1781 r. wykazał, że woda powstaje podczas spalania wodoru w powietrzu. Lavoisier w 1781 r. wykazał, że woda jest związkiem wodoru z tlenem. Niezbędny związek do życia.

Woda w naturze ma różny stopień czystości. Zawiera rozpuszczone gazy i sole.

Woda w naturze.

0x08 graphic
Oceany i morza 97,33 %

Słone jeziora i morza wewnętrzne 0,008 % wody słone

0x08 graphic

Lodowce i lód na biegunach 2,04 %

Wody gruntowe 0,61 %

Jeziora 0,009 % wody słodkie

Woda w glebie (wilgoć) 0,005 %

Woda w atmosferze 0,001 %

Rzeki 0,0001 %

0x08 graphic
Rozkład wody - elektroliza wody zakwaszonej H2SO4.

Aparat Hoffmanna.

Jony H3O+, SO42-, HSO4-

Katoda (-) redukcja

2H+(aq) + 2e = H2

Anoda (+) utlenienie

H2O = 2H+(aq) + 2e + ˝O2

0x01 graphic

Substancje rozpuszczone we wodach w środowisku.

Wody naturalne - rozpuszczone substancje gazowe:

O2 - warunkuje życie we wodzie

N2 - z azotu atmosferycznego

CO2 - dość dobrze rozpuszcza się we wodzie

NH3 - zanieczyszczenia biologiczne wody

H2S - zanieczyszczenia biologiczne wody, także wody mineralne.

Wody naturalne - rozpuszczone substancje jonowe:

  1. Wody morskie i oceaniczne ­- zasolenie do 3,5 % (2,7 % NaCl). Bał­tyk 1,1 % (0.8 % NaCl). Występują przede wszystkim jony Na+, K+, Mg2+, Ca2+, Cl- , Br- , I-, SO42-, HCO3-.

  2. Wody gruntowe - zanieczyszczone składnikami gleby z którą się kon­tak­tują. Zawierają z reguły sole wapnia, magnezu, żelaza i gli­nu z anionami wodorowęglanowymi HCO3- , chlorkowymi, siarczanowymi (VI). Są we warstwach wodonośnych.

  3. Wody mineralne - wydobywają się na powierzchnię z większych głębokości. Nie mają zanieczyszczeń organicznych, lecz więcej substancji mineralnych.

Wykrywanie niektórych anionów i kationów zawartych we wodzie.

a) chlorki Cl- + Ag+ → AgCl↓ (biały osad, fioletowieje na świetle)

b) siarczany(VI) SO42- + Ba2+ = Ba SO4↓ (biały osad)

c) wapń Ca2+ + C2O42- = CaC2O4↓ (biały osad, nier. w CH3COOH)

d) żelazo 2Fe2+ + H2O2 + 2H3O+ = 2Fe3+ + 4H2O

Fe3+ + 3SCN- = Fe(SCN)3 Fe(SCN)3 + 3KSCN = K3[Fe(SCN)6]

Woda pitna i przemysłowa.

Woda pitna, bez smaku i zapachu, bez substancji organicznych i bez metali ciężkich. Filtracja i chlorowanie lub ozonowanie lub działanie ClO2.

Przemysł chemiczny i przemył energetyczny - praktycznie chemicznie czysta woda. Kamień kotłowy - CaCO3, CaSO4, CaSiO3, MgSiO3 i Mg(OH)2 oraz związki żelaza i glinu.

Twardość wody. Twardość wody - przyczyna rozpuszczone nieorganiczne związki wap­nia, magnezu, żelaza i glinu. Mierzy się w stopniach. Stopień niemiecki 1oN odpowiada 10 mg CaO w 1 dm3 wody.

Woda twarda nie tworzy piany z mydłem sodowym lub potasowym.

  1. Twardość całkowita - wszystkie sole wapniowe i magnezowe obecne we wodzie.

  2. Twardość węglanowa (przemijająca) - zawartość Mg(HCO3)2 i Ca(HCO3)2. Ca(HCO3)2 = CaCO3(s) + CO2(g) + H2O
    Mg(HCO    3)2 = Mg(OH)2(s) + 2CO2(g)

  3. Twardość trwała (niewęglanowa) - zawartość MgSO4, CaSO4, MgCl2, CaCl2, MgSiO3 i CaSiO3.
    Twardość trwała = twardość całkowita - twardość węglanowa

Oznaczanie twardości węglanowej, miareczkowanie kwasem solnym wobec oranżu me­tylowego od barwy żółtej do czerwonego zabarwienia

Ca(HCO3)2 + 2HCl = CaCl2 + 2CO2 + 2H2O zmiana barwy pH 3.1 - 4.4

PN - 100 cm3 wody. Przykładowo zużycie HCl v = 5,5 cm3 0,1 M roz­tworu. zmiana barwy pH kwaśny 3,1-4,4(mniej kwaśny) Oblicz twardość węglanową.

1 dcm3 wody - 55 cm3 0,1 M = 5,5·10-3 mola HCl, co odpowiada 5,5·28 mg CaO, co odpowiada 5,5·2,8 ºN = 15,4 ºN.

Chemiczne zmiękczanie wody.

  1. Działanie mlekiem wapiennym i następnie węglanem sodu
    MgCl    2 + Ca(OH)2 = Mg(OH)2(s) + CaCl2
    Mg(HCO3)2 + 2Ca(OH)2 = Mg(OH)2(s) + 2CaCO3(s) + 2H2O
    Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 = 2CaCO3(s) + 2H2O
    CaSO    4 + Na2CO3 = CaCO3(s) + Na2SO4

  2. Działanie ortofosforanem (V) sodu Na3PO4 albo polifosforanami
    3Ca(HCO    3)2 + 2 Na3PO4 = Ca3(PO4)2(s) + 6NaHCO3
    3MgCl    2 + 2 Na3PO4 = Mg3(PO4)2(s) + 6NaCl

  3. 0x08 graphic
    0x08 graphic
    Wymiana jonowa, wymieniacz jonowy zdolny do wymiany katio­nów to kationit ( np. minerały zeolity).
    2Kt-Na    (s) + Ca2+ = Kt2Ca(s) + 2Na+

    Podobną metodą jonitową można przeprowadzić demineralizację wody, któ­ra zawiera np. MgCl2


    kationit Kt-SO3H, wymienia M2+ na
    H3O+
    Kt - polimer (żywica) zawierający
    wiele grup sulfonowych SO    3H
    2    KtSO3H(s) + 2H2O + Mg2+ = (KtSO3)2Mg(s) + 2H3O+ (zbiornik A)

    kwaśny roztwór HCl prowadzony jest na złoże anionitowe wymie­niające aniony na grupy OH-
     Anionit An-OH

An - polimer(żywica) zawierająca
wiele grup zasad amoniowych
(RNR3+)(OH-),

R może być H lub grupa organiczna.

(AnNR3+)(OH-)(s) + Cl- = (AnNR3+)(Cl-)(s) +OH- (zbiornik B)

0x08 graphic


Regeneracja kationitu i anionitu.
Kationit przemywamy kwasem solnym, anionit roztworem NaOH

  1. Destylacja - najczystsza woda w aparaturze ze szkła kwarcowego lub z metali szlachetnych.

0x08 graphic

Właściwości fizyczne wody. (Wpływ wiązania wodorowego)

d(max w 3,98 oC) - lód ma znacznie mniejszą gęstość (0,92 g . cm-3) w 0 oC niż woda (0,999 g . cm-3). W stanie krystalicznym i ciekłym liczba najbliższych cząsteczek wynosi około 4. Stała dielekt­rycz­na ε = 78,4 bardzo duża. Temp. topnienia i temp. wrzenia są bardzo wyso­kie w porównaniu do innych związków typu H2E (E - tlenowiec):

temperatury wrzenia wodorków tlenowców (oC):

H2O (100), H2S (-60,1), H2Se (-41,3), H2Te (-4,1).
temperatury topnienia wodorków tlenowców (oC):

H2O (0), H2S (-85,5), H2Se (-65,7), H2Te (-49,0).

0x08 graphic

Woda pod wysokim ciśnieniem i w wysokiej temperaturze ( 220,6 bar i 374 ºC ma zupełnie inne właściwości. Jeżeli zerwany jest układ wiązań wodorowych, wyka­zu­je ona właściwości eterów, rozpuszcza węglowo­dory i tłuszcze. Wykazuje w tych warunkach właściwości korozyjne.

Właściwości chemiczne wody. geometria par elektr.

0x08 graphic
Wzór Lewisa Kształt cząsteczki atomu centr. AX2E2

0x08 graphic

Zasada Lewisa

H2(g) + ½O2(g) = H2O(l) ΔHtwo = -285,8 kJ . mol-1.

0x08 graphic
0x08 graphic
Dysocjacja jonowa wody 2H2O H3O+ + OH- [H3O+] . [OH-] = 10-14

Czysta woda - odczyn obojętny (pH = 7) ,

badanie fenoloftaleiną ( bezbarwna 8,3-10 czerwona),

badanie błękitem bromotymolowym (żółty 6,0-7,6 niebieski),

badanie papierkiem uniwersalnym (wg skali)

Badanie odczynu wody komunalnej.

0x01 graphic

Rozpuszczalność soli - hydratacja kationu (jako zasada Lewisa) AlCl3(s) + xH2O = [Al(OH2)6]3+(aq) + 3Cl-(aq) LK kationu = 6

0x01 graphic

i cza­sa­mi anionu, a szczególnie oksoanionu (wiązania wodorowe).

Reakcje ze związkami metaloorganicznymi i związkami Grignarda

CaC2 + 2H2O = C2H2 + Ca(OH)2 (napisać w formie jonowej, jon C22-)

C4H9Li + H2O = C4H10 + LiOH

Reakcja z metalami np. Mg (dodatek NH4Cl) lub Al (aktyw. pow.).

Mg(s) + 2H2O(l) = Mg(OH)2(s) + H2(g)

Mg(OH)2(s)+ 2NH4Cl(aq) = MgCl2(aq) + 2NH3(aq) NH4Cl oczyszcza

Mg(OH)2 + 2NH4Cl = MgCl2 + 2NH3 . H2O powierzchnię Mg

Reakcja z węglem i tlenkiem węgla CO (patrz wodór)

C + H2O = CO + H2 (1500 K)

CO + H2O = CO2 + H2 (ok. 600 K, kat)

Reakcja z metanem CH4 (patrz wodór)

CH4(g) + H2O(g) = CO(g) + 3H2(g)

Rodzaje wody występujące w związkach chemicznych.

  1. woda konstytucyjna, wydzielająca się przy ogrzewaniu związków, nie jest związana koordynacyjnie z kationem lub anionem, jest związana chemicznie w jonach w ilości stechiometrycznej.

    Ca(OH)2(s) = CaO(s) + H2O(c) znak ΔH reakcji
    2NaHCO    3(s) = Na2CO3(s) + H2O(c) + CO2(g)
    KH    2PO4(s) = 0x01 graphic
     (KPO3)3(s) + H2O(l]
    calgon stopiony i sproszkowany (NaPO3)3 kompleksuje jony wapnia, do zmiękczania wody w pralkach i do usuwania kamienia z grzałek. Nazwa handlowa.

  2. woda krystalizacyjna, jest związana z kationem (wiązanie ko­ordy
    nacyjne lub oddziaływania elektrostatyczne) - tak zwana woda kationowa lub z anionem (wią­za­­nia wodorowe) - woda anionowa. Woda jest związana w ilości stechiometrycznej. Liczba cząsteczek wody przyłączonych do kationu    , jeżeli ligandem jest tylko woda. jest to liczba koordynacyjna ka­tio­nu. Za­le­ży od rozmiaru kationu. [Be(OH2)4]2+, [Mg(OH2)6]2+, [Al(OH2)6]3+.

    BeCO3 . 4H2O, BeSO4 . 4H2O, BeCl2 . 4H2O
    MgSO    4 . 7H2O, Mg(ClO4)2 . 6H2O, MgCl2 . 6H2O
    Fe(NO    3)2 . 6H2O, FeCl3 . 6H2O, Fe(NH4)2(SO4)2 . 6H2O

    Ogrzewanie uwodnionych soli powoduje stopniowe odszczepienie cząsteczek wody.

    CaSO4 . 2H2O → CaSO4 . 0.5 H2O + 1.5 H2O
    2CaSO    4 . 2H2O → 2CaSO4 . H2O + 3 H2O

    CuSO4 . 5H2O → CuSO4 . H2O + 4 H2O
    C    uSO4 . H2O → CuSO4 + H2O

NADTLENEK WODORU

0x08 graphic
Ciecz prawie bezbarwna, mieszająca się z wodą, t. w. = 150,5 °C.

O—O 147.5 pm (gaz)

Otrzymywanie.

Metoda laboratoryjna

BaO2 + H2SO4 → H2O2 + BaSO4 (H2SO4 około 30 %)

Metody przemysłowe: Metoda elektrochemiczna

Anoda: 2HSO4- → H2S2O8 + 2e utlenianie anodowe

H2S2O8 + H2O → 2H2SO4 + H2O2

Metoda chinonowa (I. G. Farbenindustrie)
0x01 graphic

Wykrywanie.

TiOSO4 + H2O2 + 2H2O = H2SO4 + H4TiO5

(kwas nadtlenotytanowy żółty)

H2Cr2O7 + 4H2O2 = 5H2O + 2CrO5 (CrO5 niebieski w eterze)

Właściwości chemiczne.

Nietrwały, lecz bez katalizatorów rozkład przebiega powoli.

0x08 graphic
H2O2(c) H2O(c) + ½ O2(g) ΔHo = -98,2 kJ . mol-1

Katalizatory, Pt, MnO2, alkalia, kurz. Przechowywanie (stabilizatory). 80% roztwór jest stosowany często jest w procesach technologicznych, np. do produkcji epoksydów, do produkcji innych środków bielących oraz do napędu torped. 30% roztwór zwany jest perhydrolem często stosowany do bielenia. 3% jest to woda utleniona stosowany do dezyn­fekcji.


Właściwości utleniające.

MnSO4 + 2NaOH = Mn(OH)2 + Na2SO4

Mn(OH)2 + H2O2 = MnO2 + 2H2O

2KI + H2SO4 + H2O2 = K2SO4 + 2H2O + I2

KOH + Cr(OH)3 + H2O2 = K2CrO4 + H2O (dobierz współczynniki)

Właściwości redukujące.

2KMnO4 + 5H2O2 + 3H2SO4 = 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O + 5O2

Ag2O + H2O2 = 2Ag + H2O + O2 (Ag2O rozpuszcza się w NH3 . H2O)

2K3[Fe(CN)6] + H2O2 + 2KOH = 2K4[Fe(CN)6] + 2H2O + O2

ClO- + H2O2 → Cl- + 1O2 + H2O 1O2 → 3O2 + hν

0x08 graphic
Tlenki . Wiązanie E=O lub E—O—E, potrójne wiązanie
Jon tlenkowy O2-. Tlenki kwasowe, zasadowe i amfoteryczne.

N2O5 SO3 NO ClO2 CO2

0x08 graphic

Nadtlenki. Wiązanie E—O—O—E, jon nadtlenkowy O22- (BaO2).

Kwasy nadtlenowe. 0x08 graphic

Kwas nadtlenojednosiarkowy

(kwas Karo)


0x08 graphic

Kwas nadtlenodwusiarkowy

Ponadtlenki. Znane dla Na, K, Rb, Cs, jon ponadtlenkowy O2- (KO2).

O2- paramagnetyczny

Podtlenki. Zawierają często wiązanie E—E

0x08 graphic
N2O tlenek diazotu S2O tlenek disiarki
tlenek azotu (I) tlenek siarki (I)

0x08 graphic
 podtlenek azotu

cząsteczka liniowa cząsteczka kątowa

13

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic


Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
10-wodaTECH, Technologia chemiczna PG, Chemia, I ROK, WYKŁADY, WYKŁADY
10 Metody otrzymywania zwierzat transgenicznychid 10950 ppt
10 dźwigniaid 10541 ppt
wyklad 10 MNE
Kosci, kregoslup 28[1][1][1] 10 06 dla studentow
10 budowa i rozwój OUN
10 Hist BNid 10866 ppt
POKREWIEŃSTWO I INBRED 22 4 10
Prezentacja JMichalska PSP w obliczu zagrozen cywilizacyjn 10 2007
Mat 10 Ceramika
BLS 10
10 0 Reprezentacja Binarna

więcej podobnych podstron