Визначення температури води

Частина 1

Освітньо-кваліфікаційний рівень – Бакалавр

для студентів спеціальності 6.04010601 Екологія, охорона навколишнього середовища та збалансоване природокористування

всіх форм навчання

 

 

ПОЛТАВА 2016

 

Методичні вказівки до лабораторних робіт з дисципліни "Загальна екологія" для студентів спеціальності 6.04010601 "Екологія, охорона навколишнього середовища та збалансоване природокористування" всіх форм навчання / Полтава: Полтавський національний технічний університет імені Юрія Кондратюка.

Укладачі: В.В. Рома, О.В. Степова, Р.В. Булавенко.

Відповідальний за випуск:

завідувач кафедри екології В.Ф Коваленко, проф., д.б.н.

 

Затверджено радою університету

протокол № 4 від 29.12.2002р.

 

Редактор: Н.В. Жигилій

Коректор: Г.Г. Пустовгар

 

ВСТУП

Навчальний курс “Загальна екологія” є базовим загальноосвітнім світоглядним курсом, який сформувався як міждисциплінарна наука, що вивчає місце людського суспільства в природному середовищі.

Для сучасної людини знання загальної екології не менш важливе, ніж основ фізики, хімії, математики. Екологізація виробництва – один із провідних напрямів науково-технічної революції, покликаної не тільки забезпечити узгоджене функціонування природних і технічних систем, а й значно підвищити ефективність останніх.

Екологія розглядає закономірності процесів та явищ на таких рівнях організації живого в природі, як організмовий, популяційний й угрупувань організмів. Велика увага приділяється процесам біологічних кругообігів речовин і енергії, що становить матеріальну основу біосфери.

Завдання курсу – висвітлити основні причини виникнення на нашій планеті глобальної екологічної кризи, що загрожує подальшому існуванню людства на Землі, і показати можливі шляхи виходу з цієї кризи; ознайомити студентів з основами загальної екології.

Загальна екологія розглядає основні закономірності біосферних процесів, взаємовідносини організмів та надорганізмових систем із навколишнім середовищем і між собою, узагальнює дії екологічних факторів на живі організми та їх угрупування, вплив останніх на окремі фактори навколишнього середовища.

Екологія, постійно збільшуючи набір факторів зовнішнього середовища, вивчає їх вплив на особини, популяції, людину. Звідси випливає прямий зв’язок знань основ загальної екології з господарською діяльністю людини, особливо з такими масштабними виробництвами, як енергетика, хімія, транспорт, лісове й сільське господарство тощо.

Мета методичних указівок – навчити студента особисто проводити натурні або імітаційні експерименти чи досліди з метою практичного підтвердження окремих теоретичних положень даної навчальної дисципліни, набути практичних навичок роботи з лабораторним устаткуванням, обладнанням, методикою експериментальних досліджень для закріплення знань про закономірності процесів і явищ на таких рівнях організації живого в природі, як організмовий, популяційний та екосистемний, процеси біологічних та хімічних кругообігів речовин і енергії, що становить фундаментальну властивість біосфери, основи раціонального використання природних ресурсів, шляхи розв’язання основних екологічних проблем.

Лабораторні дослідження відіграють важливу роль у роботі еколога. Без визначення основних життєво важливих параметрів природного середовища (водного, повітряного, ґрунтів тощо) неможливо зробити правильні висновки про стан цього середовища й здійснювати моніторинг цих параметрів.

Правила виконання лабораторних робіт із дисципліни

“Основи загальної екології ”

Необхідно грунтовно ознайомитися з роботою, яка виконується, і вислухати пояснення викладача. Без дозволу викладача до виконання робіт не приступайте.

Підготовлені для роботи прилади, посуд, реактиви зі столу на стіл не переставляйте.

Під час виконання роботи тримайте робоче місце охайним і в порядку.

Категорично забороняється проводити різні випробування та дослідження, не вказані в методичних указівках.

При всіх видах робіт додержуйте максимальну обережність й акуратність.

Користуючись пальником, дотримуйтеся наступних правил:

- Запалюйте пальник тільки сірником або скіпом. Не нахиляйте пальник і не запалюйте його від іншого пальника, який горить.

- Не переносьте запалений пальник із місця на місце.

- Не залишайте пальник без користування.

- Нагріваючи пробірку з рідиною, тримайте отвір пробірки в бік, а не до себе і не на сусіда (рідина через перегрів часто викидається з отвору).

- Не слід нагрівати пробірку тільки в одному місці, наприклад знизу, а треба прогрівати весь вміст, обертаючи пробірку рівномірно над полум’ям пальника.

Будьте обережними та обачними при використанні розчинів кислот і лугів, щоб запобігти опікам, а також псуванню столів і одягу.

Ніяких речовин із лабораторії не куштуйте на смак. Їсти в лабораторії заборонено.

При пробі на запах нюхайте речовини з обережністю, не дихаючи повними грудьми, а направляйте до себе пари або газ повільними рухами руки.

Не нахиляйтеся над киплячою посудиною, в якій налита сірчана кислота, тому що бризки, іноді майже непомітні, можуть попасти в очі.

Усі роботи з сірководнем й іншими шкідливими і пахучими газами проводьте під витяжною шафою; посуд, яким при цьому користувались, залишайте разом зі вмістом у витяжній шафі.

Якщо при роботі користувалися азотнокислим сріблом, то по закінченні досліду все використане, що вміщує срібло, залишки ні в якому разі не виливайте у раковину, а зливайте у банки, які є у лабораторії, для збереження залишків срібла.

Папірці, використані фільтри та інші тверді речовини викидайте тільки в сміттєвий ящик.

По закінченні роботи приведіть до порядку робоче місце і тільки після цього виходьте з лабораторії.

Лабораторна робота №1

Тема " Санітарно-топографічна оцінка джерела питної води. Визначення фізичних показників якості води"

Мета роботи. Визначити фізичні показники якості води.

Необхідні прилади: колби з широким горлом 200-250 мл; годинникове скло; циліндр діаметром 3 см; білий папір із накресленим хрестом; електрична лампочка 300 ВТ; мутнометр; стандартний розчин каоліну; бюкс; ексикатор; циліндри h =200, 100 см.

Необхідні знання: методика проведення дослідів, правила техніки безпеки.

Санітарно-топографічний стан джерела водопостачання та навколишньої місцевості описується за схемою:

1. Назва джерела водопостачання.

2. Адреса.

3. Місце розташування.

4. Загальна санітарна характеристика джерела водопостачання, характер геологічної будови басейну, грунт, характер берегів, дна, рослинності.

5. Розмір джерела, швидкість течії води.

7. Наявність лісів, оброблюваної землі, населених пунктів.

8. Наявність об’єктів, які можуть забруднювати відходами воду.

9. Характеристика самоочищаючої здатності водоймища.

10. Характеристика санітарного і технічного стану водозабору.

Відбирання проб води для дослідження

Результат аналізу значною мірою залежить від правильності взяття проби. При відбиранні проб води з відкритих водоймищ потрібно врахувати особливості місцевості, погоду. З відкритих водоймищ, намічених для використання як джерела централізованого водопостачання, відбирання проби проводять у тій точці і на тій глибині, де намічається місце майбутнього водозабору.

Відбирають по три проби в період весняної повені, в літній та зимовий періоди. Якщо потрібно визначити вплив забруднення на проточну воду, беруть проби води вище від джерела забруднення, проти нього й нижче по течії. Проби води з колодязя відбирають перед відкриттям колодязя, після ремонту, очищення, дезинфекції. Відбирання проб проводять уранці, до початку забору води, а також увечері, після закінчення забору.

Для відбирання проб води з відкритих водоймищ використовують батометри різної конструкції. Проби води, звичайно, беруть на глибині 0,5-0,75 м і на відстані 1,5-2,0 м від берега.

Відбір проби води з водопровідної мережі або артезіанської свердловини проводять після випускання води протягом не менше ніж 15 хвилин при повністю відкритому крані.

Для повного лабораторного аналізу води беруть 5 л води, а для скороченого – 2 л.

Вода повинна бути досліджена в день відбору проби. Якщо це неможливо, відібрані проби зберігають в холодильнику або їх консервують. Строк зберігання проб і проведення аналізу не повинен перебільшувати 72 години з моменту відбору, оскільки при стоянні води, особливо влітку, склад її змінюється за рахунок фізико-хімічних процесів і життєдіяльності бактерій.

Визначення фізичних показників якості води

Фізичні властивості води (запах, смак, колір, прозорість, мутність, осад) визначаються органолептично (за допомогою органів чуття) або за стандартними еталонами згідно з ДЗСТ 3351-74. Визначення фізичних властивостей води має велике гігієнічне значення, оскільки наявність у воді стороннього запаху, присмаку, забарвлення може вказувати на забруднення води сторонніми речовинами.

Визначення температури води

У водопровідних насосних установках температуру визначають, занурюючи термометр у струмінь стікаючої води. Відлік роблять, не виймаючи термометра з води. При деяких визначеннях занурюють на 3-5 хвилин у великий посуд із водою. Температурні межі питної води 7-12 ⁰С.

Визначення кольору води

Колір природної води зумовлений наявністю перш за все солей заліза гумінових кислот. Підвищену кольоровість має вода річок, які мають болотний тип живлення. Визначають колір у градусах платиново-кобальтової або біхромат-кобальтової шкали. Згідно з ДЕСТ 2874-82 господарсько-питної води, колірність води повинна бути не більше ніж 20 ⁰С. Біхромат-кобальтова шкала готується так: у невеликому об’ємі дистильованої води розчиняють в окремих посудинах 0,0875 г біхромату калію K₂Cr₂O₇ і 2,0 г сульфату кобальту CoSO₄×7H₂O. Розчини солі змішують, додають 1 мл концентрованої сірчаної кислоти (густина 1.84) і доливають дистильованої води до 1 л. Для приготування шкали змішують основний розчин із розчином, який містить 1 мл сірчаної кислоти (густина 1,84) в 1л, доводячи загальний об’єм розчину до 100 мл. Розчинення 1 мл основного розчину відповідає 5 град. колірності.

Порядок проведення роботи

Кількісно кольоровість води визначають калориметрично. 100 мл дослідженої води налити в циліндр. Зрівняти її колір із забарвленням рідини шкали на білому фоні при розгляданні зверху. Якісну оцінку кольоровості виконують, порівнюючи з дистильованою водою. Для того в стакан з прозорого скла налити окремо дистильовану і досліджувану воду. На фоні білого аркуша паперу при денному освітленні воду розглядують зверху й збоку. На основі цього оцінюють кольоровість, тобто вказують спостережений колір /блідо-жовтий, бурий та ін./. При відсутності кольоровості води вважають, що вона безколірна.

Визначення запаху води

Запахи води за характером ділять на запахи природного і штучного походження. Причиною запахів природного походження є хімічний склад домішок води, організми, які живуть у воді, відмерлі організми тощо. Ці запахи характеризуються таким чином. Таблиця 1

Позначення запаху	Характер запаху	Приблизний вид запаху
А	ароматичний	квітковий, огірковий
Б	болотяний	мулистий, тинистий
Г	гнильний	фекальний, стічний
Д	деревний	запах мокрої тріски, деревної кори
З	земляний	прілий, глинистий
П	плісенний	затхлий, застійний
Р	рибний	запах рибного жиру, риби
С	сірководневий	запах тухлих яєць
Т	трав’янистий	запах скошеної трави, сіна
Н	невизначений	запах, який не підходить під попередні визначення

Запахи штучного походження зумовлені деякими домішками стічних вод, які потрапляють у водойму. Ці запахи називають за речовинами й подібним запахом: фенольний, хлорфенольний, нафтовий, смолистий і т.п.

Запахи води визначають органолептично та оцінюють за п’ятибальною шкалою /від 0 до 5/ /табл. 2/.

Порядок проведення роботи

Колбу з широкою горловиною ємністю 300 мл на 2/3 заповнити досліджуваною водою, накрити годинниковим склом, струсити обертальними рухами, зняти годинникове скло й утягти носом повітря із колби. Визначити якісну характеристику запаху та встановити його інтенсивність за шкалою.

Таблиця 2

Інтенсив- ність	Характеристика	Описові ознаки
	запаху не має	відсутність відчутного запаху /смаку/
	дуже слабкий	не помічений споживачем, але знайдений досвідченим спеціалістом
	слабкий	не привертаючий уваги споживача, але виявлений ним,якщо вказати на нього
	помітний	легко виявлений і дає привід ставитися до води з недовірливістю
	явний	привертаючий до себе увагу і робить воду непридатною для пиття
	дуже сильний	сильний настільки, що робить воду непридатною для пиття.

За ДЕСТ 2874-82 "Вода питна" запах питної води не повинен перевищувати двох балів.

Визначення смаку води

Розрізняють чотири види смаку води: солоний, гіркий, кислий, солодкий. Останні смакові відчуття називають присмаками /наприклад: лужний, металевий, рибний і т. п./.

Смак води зумовлений наявністю речовин природного походження або речовин, які потрапляють до неї зі стічними водами. Так, солоний смак води майже завжди викликається наявністю хлориду натрію, гіркий – сульфату магнію. Кислим смаком підземна вода найчастіше зобов’язана наявності розчиненого вуглекислого газу.

Оксиди заліза /II/ і марганцю /II/ надають воді чорнильний або залізистий присмаки, сульфат кальцію – в’яжучий і т. д.

Якісну характеристику смаку або присмаку виражають описово, а інтенсивність смаку, як і запаху, встановлюють за п’ятибальною шкалою /табл.2/.

За ДЕСТ 2874-82 “Вода питна” смак води не повинен бути більше від 2 балів.

Порядок проведення роботи

Смак води визначають органолептично, 10 –15 мл води декілька секунд тримають у роті не ковтаючи, даючи якісну характеристику смаку й оцінку його інтенсивності.

5.Визначення прозорості води

Наявність у природній воді грубодисперсних домішок зумовлює її мутність. Часто в якості посереднього показника використовують характеристику зворотної мутності – прозорість. Існує два методи визначення прозорості води: 1/ за хрестом; 2/ за шрифтом.

Прозорість за хрестом визначають у водоймі або при контролі якості очищення води на очисних спорудах. Визначають допустиму висоту стовпа води, через який можна бачити малюнок чорного хреста на білому фоні з товщиною лінії один мм і чотирьох чорних кружалець діаметром 1 мм. Визначення проводять у прозорому циліндрі висотою 350 см, на дні якого знаходиться фарфорова пластинка з малюнком хреста. Нижня частина циліндра освітлюється лампою 300 Вт. Питна вода має прозорість за хрестом не менше ніж 300 см.

Визначення прозорості за шрифтом основане на знаходженні максимальної висоти стовпа води, через який можна прочитати стандартний шрифт. Визначають у прозорих циліндрах діаметром 3, 0 – 3,5 см та висотою 60 см із градуюванням через кожен сантиметр. Стандартний шрифт підкладають під циліндр на відстані 4 см від дна. Досліджувану воду наливають у циліндр і, змінюючи кількість води, визначають граничну висоту стовпа /см/, при якій можна прочитати шрифт. Згідно із ДЕСТ 2874-82 "Вода питна" прозорість питної води за шрифтом повинна бути не менше ніж 30 см.

6. Визначення мутності води

Згідно із ДЕСТ 2874-82 для питної води допускається мутність не більше ніж 1,5 мг/л. Визначити мутність можна ваговим методом, візуальним мутноміром, фотоелектронним тиндалеміром і фотоелектричним колориметром.

Ваговий метод. Пробу води 500 – 1000 мл фільтрують через щільний фільтр / синя стрічка / діаметром 9 – 11 см. Попередньо фільтр доводять до постійної ваги в сушильній шафі при температурі 105^оС, зважуючи у закритому бюксі на аналітичних вагах. Фільтри з осадом висушують у бюксі при температурі 105 ^оС протягом 2 годин, охолоджують в ексикаторі, зважують у бюксі із закритою кришкою, потім розраховують кількість зважених речовин, мг/л,

де q₁ – вага бюкса з фільтром і осадом на ньому / після просушування/;

q₂ – вага бюкса з фільтром / після просушування/;

V – об’єм профільтрованої води, мл.

 

Контрольні питання

1. Забруднення води – переважно біологічне явище. Чи погоджуєтеся ви з таким твердженням?

2.Поняття евтрофікації водоймищ.

3.Назвати основні фізичні показники якості питної води.

 

Лабораторна робота №2

Тема " Визначення кислотності та лужності води"

Мета роботи. Визначити загальну і вільну кислотність води та її лужність.

Необхідні прилади: піпетка, метилоранж, фенолфталеїн, розчин NaOH, розчин HCI, конічна колба (250 мл), бюретки із затворами (2 шт).

Необхідні знання. Методика проведення дослідів, правила техніки безпеки, знання основних теоретичних визначень (загальна й вільна кислотності та лужність води і т.д.).

Основні положення лабораторної роботи

Визначення загальної й вільної кислотності та лужності води.

Кислотністю води називають вміст у воді речовин, які вступають у реакцію з лугами, що використані на титрування таких речовин, відповідає загальній кислотності води Р, мг-екв/л.

У природних водах кислотність у багатьох випадках залежить тільки від вільної розчиненої вуглекислоти:

 

^.

Частина кислотності, зумовлена наявністю гумінових та інших слабких органічних кислот, які розчинні у воді, називається природною кислотністю води; рН такої води майже завжди не буває нижче ніж 4,5.

Промислові стічні води можуть містити сильні кислоти або солі сильних кислот і слабких основ (найчастіше заліза та алюмінію), які підлягають гідролізу, в результаті чого кислотність збільшується. рН води у таких випадках майже завжди зменшується нижче ніж 4,5.

Та частина загальної кислотності, при якій рН води зменшується до 4,5 і нижче, називається вільною кислотністю води m, мг – екв/^.л.

Кислотність води визначають титрованим розчином лугу. Кількість 0,1 н. розчину сильного лугу, при використанні якого рН розчину досягає значення 4,5, відповідає вільній кислотності m, а при використанні якого рН розчину досягає значення 8,3,–відповідає загальній кислотності р. Якщо рН досліджуваної води більше ніж 8,3 її кислотність рівна 0.

Порядок проведення роботи

Спочатку визначають вільну кислоту за метилоранжем / кисла реакція / або вимірюючи рН (рН <4,5). Якщо попереднє визначення показало наявність вільної кислоти, проводять кількісне визначення вільної і загальної кислотності.

Визначення вільної кислотності m

До 100 мл досліджуваної води добавляють 2 краплі розчину метилоранжу і титрують 0,1 н. розчином їдкого натру до тих пір, поки не з'явиться жовте забарвлення.

Визначення загальної кислотності р

До 100 мл досліджуваної води приливають 3 краплі розчину фенолфталеїну і титрують 0,1 н. розчином їдкого натру до появи рожевого забарвлення. Вільну кислотність m та загальну кислотність р обчислюють за формулами:

; ;

де v₁ –об'єм 0,1 н. / або 0,01н. / розчину NaOH, використаного на титрування

за метилоранжем, мл;

v₂ –об^’єм 0,1 н. / або 0,01 н. / розчину NaOH, використаного на

титрування за фенолфталеїном, мл;

н – нормальність розчину NaOH;

v – об'єм досліджуваної води, взятої для титрування, мл.

Визначення лужності

Під лужністю розуміють здатність води взаємодіяти з кислотами.

Лужність води зумовлена іонами ОН^--, а також НСО₃^--, СО₃^2--, НS^--, HSіО₃^--, SіO₃^2--, HPO₄^2--, солі яких піддаються гідролізу, тобто утворює гідроксил-іони. В природних водах лужність звичайно характеризується концентрацією гідрокарбонатів /гідрокарбонатна/, в лужних водах – карбонатів /карбонатна/. Лужність, зумовлену розчинними гідроксидами, називають гідратною.

Визначається лужність кількістю мілілітрів кислоти, необхідної для нейтралізації 1 л води. Виражається вона у мг-екв/л.

У конічну колбу на 250 мл відміряти піпеткою 100 мл води, додати 2-3 краплі метилоранжу і титрувати 0,1 н. робочим розчином НС1 до переходу жовтого забарвлення в оранжеве.

,

де Щ₀ – загальна лужність води, мг-екв/л ;

V₁ ^__ об^’єм 0,1 н. НС1, використаний на титрування, мл;

Н – нормальність робочого розчину кислоти;

V ^__ об^’єм води, використаний на дослідження, мл.

 

Контрольні питання

1. Що таке кислотність води? Чим вона зумовлена?

2.Що таке лужність води? Чим вона зумовлена?

3.Якщо скид стоків припинено, то чи може екосистема озера повернутися до вихідного стану? Обгрунтуйте відповідь.

 

Лабораторна робота №3

Тема "Визначення окислюваності води"

Мета роботи. Набути навики визначення окислюваності води, визначити причини виникнення, види та межі зміни.

Необхідні прилади: скляні капіляри, конічна колба на 250 мл, циліндр

h = 100 мл, бюретка, азбестоцементна сітка, годинникове скло, спиртівка.

Необхідні знання. Визначенняокислюваності, методи практичного визначення, правила титрування розчинів, кольори індикаторів розчинів марганцевокислого калію.

Основні положення до лабораторної роботи

Під окислюваністю води розуміють здатність речовин, які містяться у воді, реагувати з окислювачами. До таких речовин належать органічні речовини: забарвлені гумусові речовини, найдрібніші організми, органічні зваги, продукти розпаду органічних речовин.

Окислюваність характеризує ступінь забрудненості води органічними речовинами, відіграє роль при санітарній та технічній оцінці води. Величину окислюваності води виражають кількістю міліграмів кисню, яка необхідна для окислення речовин, що містяться у 1 л досліджуваної води.

Методи визначення окислюваності води дають змогу лише побічно встановити кількісний вміст органічних речовин; пряме їх визначення пов'язане з певними труднощами. Крім того, разом з органічними речовинами у воді окислюються деякі мінеральні сполуки, наприклад, сірководень солі закисного заліза та ін.

Принцип визначення основано на застосуванні як окислювача перманганату калію. Нижче описано метод визначення окислюваності води перманганатом калію у кислому середовищі (метод Кубеля). В особливих випадках, коли вміст хлор-іону перевищує 500 мг/ л, окислення проводять іншим методом, діючи на воду марганцевокислим калієм у лужному середовищі (метод Шульца).

Розрізняють загальну та часткову окислюваність води. Загальну окислюваність часто називають хімічним споживанням кисню (ХСК). Загальну окислюваність визначають за кількістю витраченого на окислення йоднуватокислого калію.

При частковій окислюваності, яка визначається перманганатним методом, деякі стійкі органічні сполуки залишаються неокисленими (наприклад, багато вуглеводних сполук).

У практиці часто знаходять часткову окислюваність. При аналізі промислових стічних вод визначають ХСК.

За методом Кубеля відновлення перманганату калію проходить за схемою

.

В іонній формі реакція може бути виражена рівнянням

.

Залишок унесеного перманганату калію титрують розчином щавлевої кислоти:

або в іонній формі:

.

Розчини марганцевокислого калію мають темно-малиновий, а при великих концентраціях – фіолетовий колір. Вимірювання об'єму в бюретці береться для темнозабарвлених розчинів по верхньому краю меніска.

При визначенні окислюваності води індикатором кінця реакції є сам забарвлений розчин марганцевокислого калію.

Перебіг реакції пов'язаний із зникненням яскраво забарвлених у малиново-фіолетовий колір іонів (іон - безбарвний) і супроводжується знебарвленням кожної доданої краплі його розчину. Як тільки всі речовини у воді, що здатні окислюватися, будуть окислені, лише одна крапля марганцевокислого калію забарвить весь розчин у блідо-рожевий колір.

Часто застосовують наступний спосіб. Для забезпечення повноти окислення додають до води великий надмір титрованого розчину марганцевокислого калію та кип'ятять довгий час. Після цього приливають надлишок титрованого розчину щавлевої кислоти, причому рідина знебарвлюється. Далі проводять титрування гарячої рідини марганцевокислим калієм до появи стійкого блідо-рожевого забарвлення.

Окислюваність води може змінюватись у різних межах: для глибоких підземних артезіанських вод окислюваність не більше ніж 0,2-0,6 мг О/ л, для рік та озер відповідно 5-12 мг О/ л.

Вода придатна для господарсько-побутових цілей, якщо окислюваність її не перевищує 3,0 мг О/ л, а для живлення парових котлів – 5,1 мг О/ л.

Порядок проведення роботи

У підготовлену конічну колбу об'ємом 250 мл треба покласти декілька скляних капілярів (для спокійного кипіння) і влити мірною піпеткою досліджувану воду в кількості 100 мл. Заміряти мірним циліндром та прилити у колбу 5 мл сірчаної кислоти (1:3). Далі залити з бюретки точно відміряний об'єм (10 мл) 0,01 нормального розчину марганцевокислого калію. Колбу ставлять на азбестовану сітку, накривають годинниковим склом і кип'ятять упродовж 10 хвилин з моменту закипання. Якщо колір рідини впродовж кипіння дуже слабшає, то додають декілька мілілітрів 0,01 N розчину перманганату калію і знову кип'ятять. Треба, щоб інтенсивне забарвлення розчину зберігалося. Далі до гарячої рідини додають 10 мл 0,01 N розчину щавлевої кислоти, перемішують рідину збовтуванням і чекають, щоб рідина знебарвилася й стала прозорою. Надлишок доданої щавлевої кислоти при нагріванні отитровують тим самим 0,01N розчином перманганату калію. Об'єми щавлевої кислоти і перманганату калію записують у робочий журнал.

ЗНАХОДЖЕННЯ НОРМАЛЬНОСТІ РОЗЧИНУ

Нормальність розчину встановлюють за щавлевою кислотою. Для цього в тільки що відтитровану і ще гарячу пробу приливають 10 мл 0,01 N розчину щавлевої кислоти і титрують приблизно 0,01N розчином до слабого рожевого забарвлення. Визначення повторюють із наступною пробою досліджуваної води й за результат беруть середнє від цих значень. Розрахунок проводять за наступною формулою:

,

де V₁ – об'єм 0,01 N розчину , взятий для визначення нормальності , мл;

V₂ – об'єм розчину , витрачений на титрування щавлевої кислоти, мл;

N – визначувана нормальність розчину ;

N₁ – нормальність розчину .

Розрахунок окислюваності води

[мг О/ л],

де V₁ – об'єм розчину , прилитого на початку нагрівання, мл;

V₂ – об'єм розчину , затрачений на титрування надлишку

щавлевої кислоти, мл;

V₃ – об'єм розчину щавлевої кислоти, мл;

N₁ – нормальність розчину ;

N₂ – нормальність розчину щавлевої кислоти;

a – об'єм досліджуваної кислоти води, мл;

E – еквівалентна маса кисню – 8 г/ моль.

Контрольні питання

1.Дайте визначення окислюваності води.

2. Нормативне значення окислюваності питної води згідно з ДЗСТ 2874-82.

3. Методи визначення окислюваності води.

 

Лабораторна робота №4

Тема "Визначення ХСК та БСК води"

Мета роботи. Навчитисявизначати ХПК стічної води.

Необхідні прилади: піпетка, конічна колба (250 мл), бюретки із затворами (2шт.), біхромат калію, сірчана кислота, сульфат срібла, фосфорна кислота, дифеніламін, сіль Мора.

Необхідні знання. Методика проведення дослідів, правила техніки безпеки, визначення основних термінів.

Основні положення лабораторної роботи

Хімічне споживання кисню (ХСК) – важливий показник водойм. Ступінь окислюваності домішок у воді залежить від їх природи й може коливатись у широких межах. Не всі органічні речовини окислюються бактеріями. Для визначення загальної кількості органічних речовин, присутніх у воді, в тому числі й тих, що окислюються повільно, використовують такий показник, як біхроматна окислюваність води. Біхромат калію – сильний окислювач, що реагує зі всіма домішками у воді, які здатні окислюватися. Тому біхроматна окислюваність води відповідає її ХСК і вважається одним із головних екологічних показників водойми.

У концентрованій сірчаній кислоті /розведення 1:1/ біхромат калію діє як сильний окислювач

Cr₂O₇^2-- + 14H⁺ + 6e = 2Cr³⁺ + 7H₂O.

Oкислення прискорюється й охоплює при цьому майже всі органічні сполуки, якщо в якості каталізатора вводять сульфат срібла. Мінералізація органічних речовин іде до утворення вуглекислого газу і води; азот виділяється у вигляді елементарного. Окислення більшості органічних речовин у цих умовах проходить на 95-100 %, аліфатичні вуглеводи, спирти і кислоти з нерозгалуженим ланцюгом атомів вуглецю окисляються на 85 %. Якщо каталізатор не добавляти, то вказані аліфатичні сполуки окислюються не повністю. Незначна кількість сполук (до них належать бензол, толуол та інші ароматичні вуглеводи, піридин тощо) зовсім не окислюються і в присутності каталізатора.

Якщо стічна вода, що аналізується, має хлориди, то аналіз проводиться одним із наступних методів:

а) Вводити сульфат срібла з деяким залишком до кількості, достатньої для зв'язування всіх хлорид-іонів і ще в деякому надлишку. При великому вмісті хлоридів у пробі стічної води результати визначення отримують трохи завищені, оскільки частина хлорид-іонів осаду хлориду срібла окислиться з виділенням елементарного хлору.

б) Каталізатор зовсім не добавляється. Тоді окислення хлорид-іонів відбудеться кількісно, і можна ввести поправку, виходячи із відношення: на 1 мг хлорид-іонів витрачається 0,28 мг кисню. Однак у цьому випадку, як було вказано, окислюється лише невелика частина аліфатичних сполук із прямим ланцюгом атомів вуглецю.

в) Якщо фільтрування стічної води допустиме, можна профільтрувати відібрану пробу аналізованої стічної води через невелику кількість попередньо прокаленого азбесту, вміщеного в лійку або в тигель Гуча, і промити осад водою до видалення хлоридів; у фільтраті осадити хлорид-іони сульфатом срібла, відфільтрувати осад хлориду срібла крізь тигель Гуча або скляний фільтруючий тигель та промити його водою. В отриманому фільтраті можна провести дослідження окислення або безпосередньо /визначається окислення фільтрованої води/, або спочатку додавши до фільтра волокна азбесту з раніше відділеним осадом грубодисперсних сумішок /визначається сумарне окислення обох фаз стічної води /.

Порядок проведення роботи

Залежно від ступеня забруднення досліджуваної води для аналізу беруть різні об^’єми проби: так, якщо умовна окисленість знаходиться в межах 500-4000 мг кисню на 1 л, для аналізу беруть 1 мл проби; якщо окислення вище, ніж 4000 мг кисню на 1 л, пробу розбавляють; якщо окислення знаходиться в межах 50-500 мг кисню на 1 л, об^’єм повинен дорівнювати 5 мл. Пробу, відміряну піпеткою, вміщують у конічну колбу ємністю 200-250 мл, додають 2,5 мл розчину біхромату калію з С /1/3 К₂Cr₂O₇/ 0,25 моль/л, 0,2 г сульфату ртуті /П/ або сульфату срібла /1/ і при обережному перемішуванні – 7,5 мл / на 1 мл проби / або 15 мл / на 5 мл проби/ концентрованої сірчаної кислоти. Розчин у колбі при цьому досягає температури вище ніж 100 ⁰С. У цих умовах швидко проходить процес окислення всіх речовин біхроматом калію.

Через 2-3 хв. колбу охолоджують до кімнатної температури, приливають 100 мл дистильованої води, 4 краплі 1%-го розчину дифеніламіну, 5 мл концентрованої 85 %-ої фосфорної кислоти та надлишок біхромату калію відтитровують розчином солі Мора з С / ½ FeSO₄ / = 0,25 моль/л до зникнення синього забарвлення розчину.

В окремій пробі проводять холостий дослід титруванням 20 мл дистильованої води, до якої добавляють ті ж реагенти і в тій же кількості, що й у досліджуваній пробі.

Розрахунок біхроматного окислення виконують за формулою, мг/л:

,

де V₁– об'єм солі Мора, який пішов на титрування холостої проби, мл;

V₂– об'єм розчину солі Мора, який пішов на титрування проби, мл;

К – поправковий коефіцієнт для приведення концентрації солі Мора;

0,25 – концентрація солі Мора, моль/л;

V– об^’єм проби, взятої для визначення;

8 – молярна маса еквівалента кисню, г/моль.

Біохімічне споживання кисню (БСК) – це кількість кисню, необхідна для окислення органічних речовин, що містяться у воді, до вуглекислого газу й води; сюди ж входить кількість кисню, необхідна іншим бактеріям-редуцентам для перетворення аміаку й нітритів на нітрати. Якщо у воді з якихось причин різко зростає кількість органічних речовин (наприклад, за рахунок неочищених промислових стоків), то це викликає зростання кількості аеробних бактерій, що споживають ці речовини. Вони поглинають багато розчиненого кисню й можуть знизити його вміст до нуля, що викликає ріст анаеробних бактерій і перехід водойми в застійний режим.

Порядок проведення роботи

Наповніть ущерть колбу водою, що аналізується. Слідкуйте, щоб у воді не було бульбашок повітря. Додайте 1 мл розчину метиленового блакитного. Кінчик піпетки при цьому занурюють у воду так, щоб метиленовий блакитний не міг абсорбувати кисень з повітря. Закрийте колбу пробкою й помістіть її в тепле темне місце. Спостерігайте за колбою кожні 12 годин, доки не помітите, що блакитний колір води зник. При цьому БСК визначається за такими даними:

К-ть днів із початку аналізу до зникнення блакитного кольору води	Відносна стабільність, % БСК	К-ть днів із початку аналізу до зникнення блакитного кольору води	Відносна стабільність, % БСК
0,5		7,0
1,0		8,0
2,0		9,0
3,0		10,0
4,0		11,0
5,0		12,0
6,0

Точніше кажучи, цей метод дає змогу визначити не БСК, а так звану відносну стабільність води, тобто БСК, який забезпечується наявним у воді киснем. Метод грунтується на властивостях барвника метиленового блакитного: він залишається блакитним, поки у воді є кисень.

 

Контрольні питання

1. Поясніть, чому при визначенні БСК проба води повинна знаходитися в темному місці?

2. Як водна екосистема реагуватиме на раптову загибель більшості її продуцентів?

 

Лабораторна робота №5

Тема "Визначення вмісту СО₂ у воді"

Мета роботи. Визначити вміст вуглекислого газу у воді.

Необхідні прилади: кілька коротких широких пробірок на 100 мл; крапельниця; бюретка; розчин фенолфталеїну; розчин 0,0277 М натрію карбонату.

Основні положення лабораторної роботи

Вуглекислий газ потрапляє у воду кількома шляхами: з атмосфери, за рахунок процесу дихання водних організмів, унаслідок окислення редуцентами органічної речовини мертвих тіл продуцентів і консументів та ін. Цей газ необхідний для життя: споживаний зеленими рослинами в процесі фотосинтезу, він є тим матеріалом, з якого рослини синтезують високоенергетичні сполуки, такі, як глюкоза. Проте, якщо з тих чи інших причин кількість вуглекислого газу у воді починає перевищувати певні норми, це спричиняє порушення функціонування водних екосистем. Так, вміст вуглекислого газу у воді понад 25 чнм призводить до загибелі водних тварин. При надмірно високому вмісті вуглекислого газу вода стає "агресивною" щодо бетону, металів, спричиняючи їх швидку корозію. Майже завжди підвищення вмісту вуглекислого газу у воді супроводжується зниженням кількості розчиненого кисню.

Кількість розчиненого вуглекислого газу у воді зручно визначати за допомогою стандартних наборів. Аналіз можна виконати також хімічним методом.

Порядок проведення роботи

Відберіть у пробірку 100 мл води, що аналізується. Не збовтуйте воду в пробірці, щоб уникнути її насичення повітрям. Наступні процедури слід виконувати якомога швидше. Додайте в пробірку 10 крапель фенолфталеїну. Поява рожевого забарвлення вказує на відсутність у воді вуглекислого газу. Якщо вода залишилася безбарвною, її титрують 0,0277 М розчином натрію карбонату, поки не з’явиться слабке, але тривале рожеве забарвлення. Під час титрування пробірку не збовтують, а обережно обертають, щоб уникнути потрапляння у воду атмосферного вуглекислого газу. Кількість вільного вуглекислого газу у воді (в чнм) буде дорівнювати об’єму (в мл) натрію карбонату, помноженому на 10.

 

Контрольні питання

1. Відомо, що у воді Світового океану вуглекислого газу міститься в 50 разів більше ніж в атмосфері. Поясніть, як Світовий океан впливає на баланс вуглекислого газу в біосфері.

2. Щоб уникнути надмірного шуму і задимлення повітря, більшість типів підвісних човнових двигунів обладнано вихлопними трубами, що відводять відпрацьовані гази двигунів у воду. Поясніть, який вплив на водні екосистеми має така конструкція.

Лабораторна робота №6

Тема "Дослідження основних фізичних властивостей грунту"

Мета роботи. Визначити основні фізичні властивості грунту.

Необхідні прилади: набір сит, аналітичні ваги, конічні колби ємністю

250 мл.

Основні положення лабораторної роботи

Грунт – дуже складний комплекс органічних та мінеральних сполук, який утворює верхній шар земної кори та володіє родючістю. Грунт – велика природна лабораторія, у котрій безперервно проходять найрізноманітніші фізико-хімічні, біологічні та інші складні перетворення. Грунт може бути сприятливим середовищем для розвитку, збереження та розповсюдження збудників різних хвороб сільськогосподарських тварин.

Відбирання зразків грунту для дослідження

Зразок повинен бути характерним та об’єктивно відображати стан даного грунту. Для відбирання зразків використовують спеціальний бур або чисту лопату; з поверхні попередньо зрізати рослинність. Зразки грунту відбирають пошарово через кожні 20 см на глибину до 1 м, для встановлення часу забруднення грунту по переміщенню хлоридів із верхніх шарів у нижні. Кожний зразок вагою 2-3 кг упаковують у скляні банки з притертою пробкою, у чистий мішок чи подвійний шар паперу, вказуючи, яка глибина, місце та час відбирання зразка.

Визначення типу грунту та опис зовнішніх властивостей

Зразки грунту розглядають на папері чи тарілці, визначаючи характер грунту за класифікацією:

1. Кам’янистий грунт - більше ніж на 50% складається з каміння різного розміру;

2. Хрящовий грунт - діаметр зернин 2-7 мм;

3. Піщаний грунт - більше від 80% піску;

4. Супіщаний грунт - не більше від 80% піску;

5. Глинистий грунт - більше від 60% глини;

6. Вапняковий грунт - не більше від 50% крейди;

7. Крейдовий грунт - більше від 50% крейди;

8. Чорнозем - більше ніж 20% гумусу;

9. Торфяний грунт.

 

Визначення механічного складу грунту (розмір частинок)

Від розміру зернин грунту залежить обмін повітря грунту із атмосферним. Насичення грунту киснем необхідне для процесів окислення органічних речовин. Для визначення розмірів частинок грунту застосовують набір сит із діаметром дірок: 7; 4; 2; 0; 3 мм. Склавши набір сит, уносять туди 100 г повітряно-сухого грунту, закривають кришкою та просівають. Потім зважують частинки з кожного сита. Їх вага буде відображати склад грунту за розміром частинок у %. За результатами визначають тип грунту.

Визначення фізичних властивостей грунту

До фізичних властивостей грунту належать: колір, запах, водопідйомна здатність (капілярність), фільтраційна здатність (водопроникність), вологоємність та пористість.

Колір. Грунт може бути темним (чорним), світло-сірим, світло-жовтим та інших відтінків залежно від кількості вміщених у ньому органічних речовин. Темне забарвлення показує, що в ньому міститься велика кількість гумусу. При санітарній оцінці чорнозему слід ураховувати, що темного кольору грунтові надають гумус та перегній дуже удобреного гноєм грунту, в якому патогенні мікроорганізми зустрічаються частіше, ніж у неудобреному. Грунти, бідні на гумус та органічні сполуки, мають світло-сіре забарвлення (підзоли) або ясно-жовте (піщані, глинисті грунти). Такий грунт уміщує дуже мало біологічно важливих мінеральних елементів – з’єднань кальцію, фосфору, калію та ін.

Запах. Чистий, незабруднений грунт запаху не має. Запах (гниття, аміаку, сірководню) з’являється при недавньому забрудненні грунту гноєм, сечею, неочищеними стічними водами, трупами тварин або гнитті органічних речовин у анаеробних умовах. Запах можна визначити безпосередньо при відбиранні зразка грунту. Для визначення запаху зразки грунту насипають у колбу, заливають гарячою водою, закривають пробкою і збовтують.

Температура. Температуру грунту визначають дуже рідко. Але при вибиранні місць для літніх таборів цей показник має істотне значення. Для вимірювання температури грунту використовують спеціальні "грунтові" термометри.

Капілярність. Залежить від механічного складу грунту: чим менші за розміром частки, тим більше капілярне підняття вологи. Висока капілярність зумовлює вологість грунту та сирість у приміщеннях для тварин. Визначається капілярність так: у штативі закріпляють ряд скляних трубок висотою до 1 м, діаметром 2,5 - 3,0 см із діленням по 1 см. Нижні кінці трубок зав’язують полотном чи марлею. Кожну трубку заповнюють досліджуваним грунтом. Нижні кінці трубок занурюють у воду. Вода по капілярах буде підніматись угору. По зміні кольору грунту заміряють висоту мокрого шару за 5, 10, 15, 30 та 60 хвилин.

Контрольні питання

1. Що таке механічний склад грунту?

2.Назвіть фізичні показники якості грунту.

3. Що таке капілярність грунту, від чого вона залежить?

 

Лабораторна робота №7

Тема "Визначення водопроникності, пористості,

вологоємності грунту"

Мета роботи. Визначити водопроникність, пористість та вологоємність грунту.

Необхідні прилади: технічні ваги, сушильна шафа, муфельна піч, ступка, бюкси, стаканчик із кришкою, універсальний індикатор, дистильована вода, аналітичні ваги, фарфоровий тигель, ексикатор, сито з отворами 0,2-0,5 мм, грунт.

Основні положення лабораторної роботи

Водопроникність. Швидкість фільтрації води через різні типи грунту залежить від його структури. Цей показник визначає водоповітряний режим кожного грунту. Для визначення цього показника беруть скляну трубку діаметром 3-4 см та 25 - 30 см довжиною. Відмічають від нижнього кінця 20 та 24 см, відмічають ці рівні на склі. Нижній кінець трубки зав’язують полотном або марлею, заповнюють трубку грунтом на 20 см. Закріплюють трубку в штативі вертикально, під нижній кінець її підставляють вимірювальний циліндр із лійкою. Діаметр циліндра повинен дорівнювати діаметру трубки. На циліндрі відмічають 4 см від дна. Наливають воду у трубку до рівня 24 см, постійно підтримуючи цей рівень. Фіксують два показники: 1 - час, за який вода пройде шар грунту (20 см) - перша крапля води; 2 - час, за який через грунт профільтрується вода до 4 см у вимірювальному циліндрі.

Пористість характеризує аерацію грунту. Для визначення цього показника беруть градуйований циліндр (100 мл) із 50 мл води і насипають туди 50 см³ грунту. Після перемішування визначають загальний об’єм. Унаслідок заповнення простору між частинками грунту загальний об’єм буде менший, ніж 100 см³. Кількість см³, яких недостає до 100 см³, визначає об’єм пор у грунті. Розраховують їх об’єм у процентах.

Наприклад, 50 мл води + 50 см³ грунту = 100 см³. Після змішування води та грунту об’єм дорівнює 85 см³, тобто пори займають 15 см³. Визначаємо їх у %:

50 - 100

15 - х;

х = 15*100 /50 = 30 %.

 

Вологоємність. Це здатність грунту вміщувати та утримувати у собі якусь кількість води. Велика вологоємність зволожує повітря та викликає сиріння побудованих на ній приміщень, затримує перегнивання органічних речовин. Для визначення беруть скляний циліндр, нижній кінець якого зав’язаний марлею, насипають у нього грунт, циліндр занурюють у воду і чекають, поки вода з’явиться на 100 г повітряно-сухого грунту. Циліндр із грунтом зважують. Грунт витягують із води та надають можливість стекти воді до останньої краплі. Частина води утримується грунтом. Знову циліндр зважують. Різниця маси показує кількість вологи, що утримується в грунті.

Контрольні питання

1. Що таке водопроникність грунту?

2. Що таке вологоємність грунту, від чого залежить?

 

Лабораторна робота №8

Тема "Визначення рН середовища, гігроскопічної води, вмісту органічних речовин у грунті"

Мета роботи. Визначити величину pH середовища, вміст гігроскопічної води та органічних речовин у грунті; визначити втрати при прокалюванні грунту.

Необхідні прилади: технічні ваги, сушильна шафа, муфельна піч, ступка, бюкси, стаканчик із кришкою, універсальний індикатор, дистильована вода, аналітичні ваги, фарфоровий тигель, ексикатор, сито з отворами 0,2-0,5 мм, грунт.

Основні положення лабораторної роботи

Грунт – це верхній тонкий шар земної кори, придатний для життя рослин. Він складається із речовин у трьох станах: твердому (мінерали, органічні рештки), рідкому (вода з розчиненими в ній речовинами) та газоподібному (повітря й гази, що виділяються завдяки хімічним реакціям у грунті).

Гігроскопічною водою називають ту воду, яка виділяється із грунту при нагріванні його до 100-105ºC. Вміст гігроскопічної води в грунті залежить від кількості перегною в грунті і глинистих речовин, які служать непрямими показниками його механічного й хімічного складу.

Чим більша питома поверхня грунту, тим більше у грунті глинистих і органічних речовин, тим вищий вміст гігроскопічної води.Органічні та мінеральні колоїди адсорбують на поверхні своїх частин молекули води із повітря, тому присутність колоїдів у грунті збільшує вміст гігроскопічної води.

При висушуванні грунту (100-105 ⁰C) він втрачає гігроскопічну воду й адсорбовані CO₂, NH₃, гази, а також частину кристалізаційної води. Наприклад, гіпс CaSO_{4 *} 2HO починає виділяти кристалізаційну воду при температурі нижче ніж 100 ⁰C. Ця вода входить у величину втрат ваги при висушуванні, тому результати визначення гігроскопічної води гіпсоносних горизонтів грунту виходять трохи перебільшеними.

При прокалюванні грунту в межах 600 ⁰С залишок грунту втрачає адсорбовану і кристалізаційну воду, гумус, адсорбовані гази.

Якщо прокалювання вести вище від 600 ⁰С, то залишок грунту втрачає рештки конституційної води, розкладаються карбонати й виділяється СО₂. Повністю карбонати розкладаються при 900 ⁰С. Так, карбонат магнію дисоціює при 610 ⁰С, доломіт CaCO_{3 *} MgCO₃ – 765⁰C розкладається на CaCO₃ i MgO, а потім СаСО₃ розкладається при 897⁰ на СаО+СО ₂

При прокалюванні грунту в межах 300-350 ⁰С із нього відбувається виділення гігроскопічної води, кристалізаційної води, адсорбованих газів та газів окислення гумусу.

Якщо прокалювання вести вище від 600⁰С, то грунт втрачає конституційну воду в результаті розкладу гідрокарбонатів і карбонатів.

Порядок проведення роботи