Лабораторная работа № 1. Качественный анализ природных вод

Природные воды представляют собой многокомпонентные системы, содержащие растворенные вещества в виде ионов и молекул, минеральные и

органические соединения в форме коллоидов, суспензий и эмульсий. В воде

растворены газы, входящие в состав атмосферы, а также вещества, образующиеся в результате жизнедеятельности водных организмов и протекания процессов химического взаимодействия в самой водной среде.

Формирование состава природных вод происходит в результате взаимодействия воды с окружающей средой – горными породами, почвой, атмосферой. При этом происходят следующие процессы:

-растворение соединений;

-химическое взаимодействие веществ с водой и водными растворами;

-биохимические реакции;

-коллоидно-химические взаимодействия.

Действие каждого из процессов определяется условиями взаимодействия с водой – температурой, давлением, геологическими особенностями местности.

Природные воды по количеству и характеру примесей подразделяются на пресные, соленые, мягкие, жесткие, прозрачные, бесцветные, опалесцирующие, мутные, окрашенные, пахнущие и др.

Многообразие природных вод по химическому составу отражено в классификации В.И. Вернадского, согласно которой выделено 485 вод с учётом солесодержания, преобладающего иона или групп ионов, соотношения между определенными группами ионов, наличия специфических компонентов.

В природной воде встречается, почти все элементы. Однако только
некоторые из них встречаются в значительных количествах. К таким элементам относятся Na, Са. Mg, Cl, присутствующие в виде простых ионов Na⁺, Са²⁺, Mg²⁺, Сl^-, а также С, S, N, О, Н, Si, находящиеся в виде сложных ионов НСО₃^-, СO₃^2-, SO₄^2- и NO₃^-, недиссоциированных молекул и коллоидов (H₂SiО₃) и растворённых газов (СО₂, О₂, SO₂, H₂S) и др. Содержание перечисленных элементов измеряется величинами порядка миллиграмма в 1 л воды, содержание некоторых из них достигает грамма, и даже десятки граммов на 1 л воды.

Большое число элементов в природных водах встречается в количествах, редко превышающих десятки микрограммов в 1 л воды (Zn, Сu, Pb, As, Мо). В природных водах встречаются также органические вещества, основную часть которых составляют гумусовые вещества, представляющие собой продукты конденсации ароматических соединений фенольного типа с аминопроизводными.

Неорганические и органические соединения природных вод являются основными биогенами для водных микроорганизмов. Они наряду с температурой, светом, солевым составом среды, осмотическим давлением, активной реакцией среды являются основными экологическими факторами развития всего живого.

Водные организмы, как и любые живые организмы, приспосабливаются к окружающей среде и всякое нарушение оптимальных условий, по закону лимитирующих факторов, приводит к подавлению их развития и даже к отмиранию. Губительно действуют на живую клетку истощение биогенов, изменение концентрации некоторых химических веществ, изменение рH среды, нарушение кислородного режима, резкое изменение температуры, увеличение выше ПДК содержания различных токсичных веществ.

Предельно допустимая концентрация (ПДК) – это такая концентрация вредных веществ, которая практически не оказывает влияния на здоровье человека и не вызывает неблагоприятных последствий у его потомства.

Содержание фенола (ПДК = 0,001 мг/л) и его производных в водоемах особо опасно, т. к. при хлорировании питьевой воды, забираемой из этих водоёмов, образуются диоксины. Диоксины – группа органических веществ,

которую в последние годы считают наиболее экологически опасной. В группу диоксиноподобных соединении входят суперэкотоксиканты – универсальные клеточные яды, поражающие все живое. Известно, что диоксины способны влиять на репродуктивную систему, вызывать раковые заболевания.

Установлено, что многие тяжелые металлы являются канцерогенными, т. е. способствуют возникновению злокачественных опухолей. Многие канцерогены могут вызвать необратимые изменения в генах, называемые мутацией.

Последствия химического загрязнения водной среды для человека могут быть различными, в зависимости от природы, концентраций и времени действия. Реакция организма на загрязнения зависит от возраста, пола, состояния здоровья – наиболее уязвимы дети, пожилые и бег лью люди. При

систематическом поступлении в организм даже небольших количеств токсичных веществ могут наступать хронические отравления, признаком которых являются: нейропсихические отклонения, утомление, сонливость, бессонница, апатия и т. д.

Экспериментальная часть

Опыт 1. Качественная реакция на Са²⁺.

Налейте в пробирку 2 – 3 капли раствора хлорида кальция СаС1₂ и прибавьте примерно равный объем оксалата аммония (NH₄)C₂O₄:

(NH₄)₂C₂О₄ + СаСl₂ = CaC₂О₄↓ + 2NH₄Cl

Са^2- + С₂O₄^2- = CaC₂O₄↓

Ион кальция связывается с оксалат-ионом с образованием белого осадка, растворимого в сильных минеральных кислотах (НCl, HNО₃), но не растворимого в слабых кислотах (CH₃COOH).

Опыт 2. Качественная реакция на Mg²⁺.

Налейте в пробирку 2 – 3 капли раствора сульфата магния MgSО₄ и прибавьте равный объем раствора гидроксида натрия NaOH:

MgSО₄ + 2NaOH = Mg(OH)₂↓ + Na₂SО₄

Mg²⁺ + 2ОH^- = Mg(OH)₂↓

Ион магния связывается с гидроксид-ионом с образованием белого аморфного осадка, растворимого в кислотах и в аммонийных солях (NH₄Cl, NH₄NO₃).

Опыт 3. Качественная реакция на Fe³⁺

Налейте в пробирку 2 – 3 капли роданида калия KCNS или роданида аммония NH₄CNS и прибавьте равный объем хлорида железа FeCI₃:

3KNS + FeCl₃ = Fe(CNS)₃ + 3KC1

Образующийся роданид железа (III) представляет собой растворимое в воде вещество красивого тёмно-красного цвета.

Опыт 4. Качественная реакция на Сl^-.

Налейте в пробирку 2 – 3 капли хлорида калия КС1 и прибавьте равный объем нитрата свинца (II) Pb(NО₃)₂:

2КСl + Pb(NO₃)₂ = PbCl₂↓ + 2KNО₃

2Сl^- + Pb²⁺ = PbCl₂↓

Хлорид свинца (II) получается в виде белого осадка мало растворимого в холодной воде, но при повышении температуры его растворимость в воде

сильно возрастает.

Опыт 5. Качественная реакция на Рb²⁺.

Напейте в пробирки 2 – 3 капли нитрата свинца (II) и прибавьте равный объем иодида калия KI:

Pb(NО₃)₂ + 2KI = РbI₂↓ + 2KNО₃

Рb²⁺ + 2I^- = PbI₂↓

Иодид свинца (II) выпадает в виде жёлтого осадка, практически не растворимого в холодной воде, но хорошо растворимого в горячей. При охлаждении полученного раствора РbI₂ выпадает в виде золотисто-жёлтых кристаллов.

Опыт 6. Качественная реакция на СО₂.

Углекислый газ СО₂, необходимый для реакции поручают взаимодействием карбоната кальция СаСО₃ с соляной кислотой НС1:

СаСО₃ + 2НС1 = СаС1₂ + Н₂О + СО₂

Полученный углекислый газ пропускают через раствор гидроксида кальция Са(ОН)₂:

Са(ОН)₂ + СО₂ = CaCО₃↓ + Н₂О

Полученный осадок растворяется при дальнейшем пропускании углекислого газа:

СаСО₃ + СО₂ + Н₂О = Ca(HCО₃)₂

Опыт 7. Решить задачу на наличие катионов и анионов, выданную преподавателем.