Kemija voda

dr. sc. Lidija Furač, v. predavač

2

VODA je najvažniji kemijski spoj na zemlji

AQUATIC CHEMISTRY WATER CHEMISTRY

KEMIJA VODA

3

Ukupna količina vode na Zemlji

Oceani

Podzemne vode

Slatka voda Dostupne slatke vode

Ledene kape i glečeri

Jezera

Flora i fauna

Rijeke

Vodena para u atmosferi

100 L

Ukupna količina vode 100 %

2,59 L ≈ 3 L

Slatka voda 3 %

Slatka voda 2,59 % ≈ 3 %

0,003 L (pola žličice)

Dostupna slatka voda 0,003 %

0,003 L (pola žličice)

Vlažnost zemljišta

4

Godišnje 110 000 km3 padalina:

• najveci dio neposredno ispari (71 000 km3) Preostalih 39 000 km3 : a) “obnovljiva vodna zaliha” b) “nestabilna zaliha” –otječe rijekama (64 %) c) “stabilna zaliha” – površinske stajaće vode i podzemne vode ** procjenjuje se da oko 1/3 svjetskog stanovništva nema dovoljnu niti kvalitetnu opskrbu vodom **predviđaju se oružani sukobi zbog “plavog zlata” (200 žarišta) **poznata žarišta: Turska-Sirija-Irak (akumulacije) Egipat-Sudan-Etiopija (Nil) Izrael-Sirija (Golanska visoravan)

5

• VODA je najvažniji kemijski spoj na zemlji

• 90 % gradivne tvari ljudskog fetusa u prvim mjesecima rasta je VODA

• 60 % gradivne tvari ljudskog tijela je VODA

• 80 % (prosječno) gradivne tvari biljaka je VODA

6

Hidroponski uzgoj biljaka

7

Kruto stanje (led) Tekućina Plin

V O D A • voda je jedina tvar koja se u prirodi nalazi istovremeno u krutom, tekućem i plinovitom stanju

8

OHOHH 2↔+ −+

O2HOHOH 23 ↔+ −+

V O D A

104,5 o

nevezni elektronski par

vezni elektronski par

četiri sp3 hibridne orbitale

9

Tetraedarska građa

Građa molekule vode

Ugnuta molekularna geometrija

10

• elektronegativnost: svojstvo nekog atoma da privlači elektrone iz kovaletne veze k sebi • kisik je izrazito elektronegativan • u molekuli vode atom kisika molekule je elektronegativan (teži privlačenju elektrona), pa jedan kraj molekule ima parcijalno negativan električni naboj, a drugi kraj molekule, oko vodikovih atoma, parcijalno pozitivan naboj • dipolni moment vode vrlo je visok (drugi među malim molekulama, iza HF) • polarnost određuje ostala svojstva vode

11

• nastaju između elektronegativnog atoma s barem jednim slobodnim elektronskim parom (akceptor veze) i atoma vodika koji je u kovalentnoj vezi s elektronegativnijim atomom (donor veze) koji odvlači elektrone iz veze izlažuči sa suprotne (udaljene) strane jezgru vodika (proton) elektrostatskoj vezi sa slobodnim elektronskim parom

• vodikove veze su jače od van der Waalsovih (slabije od kovalentnih) i uzrokuju narušavanje van der Waalsovih polumjera • molekula vode ima potencijalno 2 donorske i 2 akceptorske vodikove veze

Vodikove veze

12

• svaka molekula vode može teorijski ostvariti najviše 4 vodikove veze s okolnim molekulama vode tvoreći tetraedarsku strukturu. • broj vodikovih veza među molekulama vode stalno se mijenja i ovisi o temperaturi • prema nekim modelima prosječno jedna molekula u tekućoj čistoj vodi na 25° C sudjeluje u oko 3,5 veza • veze se stalno ostvaruju i kidaju zbog kinetike molekula • prosječno trajanje vodikove veze procjenjuje se na oko 10-10 s

Vodikove veze

13

Struktura tekuće vode

• Frank i Wien 1957. “klaster” model ; prihvatljiv, ali ne i točan • “oblik grozdova” • broj vodikovih veza među molekulama vode stalno se mijenja i ovisi o temperaturi

14

Struktura leda (Ih)

15

Vrste kristalnog leda

16

17

Svojstva Posljedica i učinak 1. visoko talište i vrelište - polarna molekula 2. visok toplinski kapacitet - stabilizira temeperaturu organizama i geografskih područja 3. visoka toplina isparavanja - određuje prijenos topline između

atmosfere i mase vode

4. Visoka toplinska vodljivost - globalno 5. max gustoća na 40 C kao tekućina - led pluta 6. velika površinska napetost -kontrolni faktor u fiziologiji , kontrola površinskih fenomena 7. kapliarnost - transport hranjiva, ali i otpadnih produkata, omogućije odvijanje bioloških procesa 8. najviša dielektrična konstanta - visoka topljivost ionskih spojeva i njihova ionizacija u otopini 9. propušta vidljivu svjetlost i - bezbojna tekućina, omogućije fotosinezu u svjetlost duljih valnih (dijelove UV) dubinama

Anomalije i svojstva vode

18

Spoj Formula Mr tl /◦C tv / ◦C Metan CH4 16 −182.5 −161.6 Amonijak NH3 17 −77.7 −33.3 Voda H2O 18 0 100 Ugljikov CO 28 −205 −191.5 monoksid Dušikov NO 30 −163.6 −150.8 monoksid

1. Visoko talište i vrelište

19

2. Visok toplinski kapacitet

• količina topline koju jedinica količine tvari treba primiti da bi se njena temepratura podigla za jedinicu temperature (za tekuću vodu iznosi 4,1813 kJ/(kg·K) • njen je visoki iznos također posljedica postojanja vodikovih veza • energija, koja kod drugih tekućina povećava gibanje među molekulama (podiže temperaturu), se kod vode koristi za razbijanje vodikovih veza među susjednim molekulama te su voda i vodene otopine su tako, zahvaljujući vodikovim vezama, stabilne prema velikim promjena u temperaturi

• voda je zbog toga iznimno stabilan okoliš (maritimnost i s njome globalna stabilizacija temperaturnih amplituda ) • zbog visoke specifične topline (u kombinaciji s drugim čimbenicima) u vodi (moru) mogu se pohraniti i transportirati goleme količine topline (oceani su regulatori topline na Zemlji – za

zagrijavanje 1m3 mora treba isto toliko energije koliko za 3118 m3 zraka; 71% površine Zemlje prekriva more; more

ujedno absorbira 90% do površine prispjele radijacije (ipak oko 50% primljene energije potroši se na evaporaciju)

20

3. Visoka latenta toplina taljenja i isparavanja • količina topline potrebna jediničnoj količini neke tvari na temperaturi tališta/vrelišta da se u potpunosti rastali/ispari • toplina koja se koristi pri prijelazu u energetski više agregatno stanje iskorištava za razbijanje veza među atomima ili molekulama tvari te za vrijeme toga procesa (prjelaska u energetski više agregatno stanje) neće doći do porasta temperature tvari sve dok ona u potpunosti ne promijeni stanje • latentna toplina je endotermna na prijelazu u energetski više agregatno stanje , a egzotermna pri prijelazu u niže energetsko stanje ( ona količina energije koja se koristi za taljenje ili isparavanje uzeta iz okolice bit će vraćena okolici prilikom skrućivanja ili ukapljivanja )

• LTT Iznosi 80 kcal/Kg ili 334 KJ/Kg • LTI iznosi 540 kcal/Kg ili 2257 KJ/Kg

21

4. Visoku toplinsku vodljivost vode • najvišu među prirodno uobičajenim tekućinama

• toplina u vodi, ne nakuplja se na određenom mjestu, već se relativno brzo i ravnomjerno širi te time pridonosi ublažavanju globalne temperature

• ne hladi se i zagrijva samo površina već se toplina širi u dublje slojeve

• u hladnom dijelu godine tempertura pohranjena u dubljim slojevima dobro se prenosi na površinu

• voda dobar vodič topline led djeluje kao toplinski izolator (zarobljeni mjehurića zraka u ledu) • kada se povšina jezera zaledi, led dakle djeluje kao pokrivač koji zarobi toplinu jezerske vode te sprječava daljnje hlađenje vode • pojava leda na površini voda također čini vodu pogodnom životnom sredinom

22

5. Gustoća leda • voda je gotovo jedinstvena po tome da je u krutom stanju (led) rjeđa nego u tekućem stanju, pa led pluta • max gustoća na 40 C kao tekućina (rezultat stvaranja sve više uređenih klastera s padom temperature, a u kojima je više međuprostora nego između zasebnih molekula vode ili amorfnih klastera. Ovaj proces suprotan je od normalnog zgušnjavanja kontrakcijom te se oni po djelovanju izjednače na 4 °C. nadalje prevladava rast kristalastih struktura, a kod smrzavanja drastično padne gustoća.)

• ovo iznimno svojstvo rezultat je tendencije stvaranja vodikovih veza među svim molekulama vode u ledu (kao krutina led je strukturiran kao kristal, pri čemu kristalinsku rešetku drže vodikove veze). • uobičajena struktura leda (Ih) tvori heksagonalnu neplanarnu strukturu (tetraedarske veze svake molekule) pri čemu se javljaju razmjerno veliki otvori u kristalinskoj mreži • zbog toga led ima oko 9 % veći volumen nego voda u kojoj struktura molekula vezanih vodikovim vezama nije uređena • pri smrzavanju voda tj. led se dramatično širi i ako je pri tom sprječen može tlačiti okolicu silom od 250 atm.

23

6. Velika površinska napetost

• voda ima najvišu površinsku napetost od prirodno uobičajenih tekućina • površinska napetost rezultat kohezije (privlačenja istovrsnih molekula) u slučaju vode zbog prvenstveno zbog vodikovih veza

24

6. Kapilarnost • posljedica adhezije (prijanjanja, privlačenja raznovrsnih molekula) i površinske napetosti odnosno kohezije

• voda prijanja uz mnoge površine i uzdiže se u uskim prostorima usprkos gravitaciji • površinska napetost odnosno kohezija ograničava penjanje uz stijenke

25

• Kapilarnost izdiže vodu u tlu do korjenskog sustava

• Mnogim biljkama omogućava odnosno olakšava cirkulaciju od korjena do lišća, prenoseći otopljene hranjive tvari

• Kapilarnost olakšava trošenje stijena, ispiranje i redistribuciju minerala i stvaranje tla

26

• dielektričnu kontanta je mjera sposobnosti otapala da okružuje ione odnosno nabijene čestice kod vode hidratacija

a) otapanje soli: NaCl ( ioni se disociraju te disocirane katione (Na+) okružuju molekule vode s negativno nabijenom kisikovom stranom a anione (Cl-) s pozitivno nabijenom vodikovom stranom. Ioni se lako izlaze iz kristalne rešetke u otopinu ) • kad bi voda imala slabu dielektričnu konstantu ionska veza NaCl otežavala bi otapanje • molekule vode međutim u potupnosti okružuju ione slabeći njihovu međusobnu elektrostatsku privlačnost i do 80 puta

7. Visoka dielektrična konstanta

27

• b) otapanje aminokiselina (građevne jedinice proteina):

- polarne molekule, ali njhova veličina otežava topljivost u vodi što bi moglo ograničavati njihovu ulogu u biološkim sustavima • mehanizam samoionizacije: jedna strana molekule gubi vodikov ion koji se premješta na drugi kraj molekule rezultira pojavom značajnih središta naboja te tako polariziranu molekulu voda lakše otapa. • samoionizacija energetski je povoljna samo kod otapala s visokom dieletričnom kontsantom, kao što je voda • bez visoke dielektrične kontsante proteini i druge velike organske molekule bile bi samo teoretski topljive, te bi život bio praktički nemoguć

28

• voda odlično otapalo , polarna priroda molekule vode

• voda otapa više tvari i u većim količinama od ijedne druge druge prirodno uobičajene tekućine (univerzalno otapalo iako postoje tvari koje se u vodi ne otapaju ili vrlo slabo otapaju) • ionske i polarne tvari kao što su kiseline, alkoholi i soli razmjerno se lako otapaju u vodi , a nepolarne tvari kao masti i ulja ne otapaju se u vodi c) nepolarne molekule: združene su u zajedno u vodi jer je molekulama vode energetski povoljnije ostvarivati međusobne vodikove veze nego stupati u van der Waalsove interakcije s nepolarnim molekulama važno za stvaranje staničnih membrana • relativno mala veličina molekule vode (oko 3 Å) omogućuje interakciju mnogih molekula vode s nabijenim ionima ili nabijenim polovima molekula spoja

29

V O D A

• egzotična tvar bez koje nema života

• najjednostavniji spoj 2 najreaktivnija elementa u Svemiru • život nije mogao nastati niti se razviti bez vode

• najproučavaniji spoj na Zemlji (prvi rad 1775. g)

• iznenadjujuce je da njena svojstva ipak jos nisu do kraja razjasnjena • pokazuje 41 anomaliju (http://www1.lsbu.ac.uk/water/water_anomalies.html)

30

O. Mishima and H.E. Stanley, Nature 396, 329 (1998):

Indeed, in the 300 years since the discovery of the density

anomaly at 4°C, many scientific puzzles have been solved,

but the mistery of liquid water remains unsolved-despite

the widespread importance of this substance.”

31

Razvoj i značaj Kemije voda kao znanosti

• razvija se krajem pedesetih i početkom šezdesetih godina 20 st. • prekretnica znanstveni rad : Lars Gunner Sillen „ The Physical Chemistry of Seawater” , pp 549-581, Oceanography, Americ. Assoc. Adv. Sci., Washington, DC • akademski program : 1960. „ otac kemije voda” Werner Stumm na Harvard Universit 1960. G. Fred Lee na University of Wisconsin • Znanstvenici : J. Morgan, F. Morel, J. Hering, P. L. Brezonik, A. M. Ure, C.M. Davidson,

V. L. Snoeyink, D. Jenkins • Značaj: a) promatra i proučava kinetiku kemijskih reakcija prirodnih voda kao dinamički sustav b) promatra i proučava anorganske i organske tvari antropološkog podrijetla kao onečišćivala vode i okoliša

32

33

Kemija voda

Biogeokemija Oceanografija

Geologija Geokemija

Znanosti o tlu Zaštita okoliša

Znanosti o atmosferi

34

Kružni tok vode

http://www.voda.ba/kruzni-tok-vode-u-prirodi

35

Kemija vode

• fizikalno kemijska svojstva vode

• vrste kemijskih reakcija

• principi kemijske kinetike

• ravnotežne reakcije: kiselo –bazne reakcije, reakcije taloženja i otapanja, reakcije

komplekesiranja, redoks reakcije

• adsorpcijski procesi

• otapanje plinova: O2

• procesi pročišćavanja voda (oksidacijsko - dezinfekcijska sredstva)

• geokemijski ciklus: Fe, Mn, Al, Si , otapanje i trošenje stijena

• geokemijski ciklus : dušika i fosfora

• prirodne organske i huminske tvari i organske onečišćivače

36

Kemijski sastav vode može se iskazati:

• brojačno (tablica • grafički (dijagrami) • množinska koncentracija • maseni omjer • najčešće korištene mjerne jedinice:

•

Masa / volumen Simbol Višekratnik g* -

ekvivalent masi/jedinica mase

Tvari za koje se jedinice primjenjuju

gram /litra g/L 1 Part per thousand ppt (%)

glavni ioni morskih voda

miligram /L mg/L 10 -3 Part per million, ppm Glavni ioni u slatkim vodama

mikrogram /L

µg/L 10 -6

Part per billion, ppb

Nutrijenti, sporedni ioni i metali u tragovima

nanogram/L ng/L 10 -9

Part per trillion Tragovi organskih onečiščivača

pikogram/L pg/L 10 -12

ne koristi se Ultratragovi onečiščivača (metilna živa)

femtogram /L fg/L 10 -15

ne koristi se ne koristi se

ρ = 1kg /L

37

- napomene:

• bilion u USA je tisuću miliona tj. 10 9

• bilion u Europi je milion miliona tj. 10 12 USA : 1 bilion = 10 9 EU : 1 bilion = 10 12

• za sastojke u tragovima - ppm (part per milion) - dio na milijun dijelova • to je jedinica za maseni omjer ali u vrlo razrijeđnim otopinama kakve su vode kojima se bave uglavnom hidrogeolozi, može se bez velike pogreške poistovjetiti jedinica ppm s mg/L, iako su to dvije različite jedinice • jedinica ppm jest omjer, a jedinica mg/L masena koncentracija

38

• normalitet ( engl. normality) :

• normalitet (N )=--------------------------------------------------- [N]

masa otopljene tvari (g)

Molarna masa (g/mol) x volumen otopine (L)

• molalnost ( engl. molality):

• molalnost (b )=--------------------------------------------------- [m]

- često se koristi u analitici kao koncentrcija titranata

masa otopljene tvari (g)

Molarna masa (g/mol) x masa otapala (kg)

• molarnost ( engl. molarity) ili količinska koncentracija :

• molarnost (C )=------------------------------------------------- [M]

masa otopljene tvari (g)

masa ekvivalentne težine tvari (g) x volumen otopine (L)

n

39

Primjer 1: Na raspolaganju imate koncentraciju od 1 ppb standardnog pesticida alaklora u vodi i heksanu. Ako je gustoća heksana (ρ=0.66 g/mL) pretvorite koncentraciju oba standarda u μg/L.

1 ppb = ------------------- X -------------------= --------------------- 1 μg alaklora

kg vode 1 L vode

1 kg vode 1 μg alaklora

L vode

1 ppb = ------------------- X -------------------= --------------------- 1 μg alaklora

kg heksana

0.66 kg heksana

1L heksana

0.66 μg alaklora

L heksana

40

• ekvivalentna težina vrste (eq) :

Et =--------------------------------------------------- [g/eq] • rc .... broj H+ iona koje tvari može primiti ili izgubiti u kiselo baznim reakcijama ili broj e- koje tvar može primiti ili dati u redoks reakcijama - za elektroneutralnost u računima masene bilance rc je apsolutna vrijednost naboja iona

Relativni kapacitet, rc

Molekularna težina (g)

41

Primjer 2: Sadržaj soli, salinitet (S) iznosi za morsku vodu 35,00 %0 ( 35,00 g/kg morske vode). Veza klorida i morske vode dana je relacijom S ‰ = 0,03 + 1,805 x Cl ‰.

Koliko iznose molarnost i molalitet klorida u prosječnoj morskoj vodi kod 25°C ?

[Cl−] = (35.00 − 0.03)/1.805 = 19.374 ‰ (19.374 g Cl−/kg morske vode) ρ (morske vode, 25◦C ) = 1.02334 kg/L V (morske vode) =1.000 kg / 1.02334 kg/L = 0.97719 L =977.19 mL • molarnost, c (Cl-): γ (Cl- )= 19.374 g / 0.97719 L = 19.826 g/L c (Cl-)= 19.826 g/L / 35.45 g/mol = 0.5593 mol/L = 0.5593 M • molalnost , b(Cl-) : količina otopljene tvari po kilogramu vode

• da bismo izračunali molalnost potrebno je izračunati kolika je masa

vode u 1 kg otopine morske vode

42

Primjer 3: Sadržaj glavnih iona prosječnog sastava riječne vode dan je u tablici u mg/L, a relativna atomska masa u g/mol (ili = mg/mmol) . Preračunaj masenu koncentraciju u molarnu i nabojnu ekvivalnetnu koncentraciju. Ion Na+ K + Mg2+ Ca2+ HCO3

- SO42− Cl−

Koncentracija (mg/L) 9.0 1.4 5.0 21 68 20 8 Relativna atomska masa 22.99 39.10 24.30 40.08 61.02 96.07 35.45 (1) mmol /L 0.391 0.0358 0.206 0.524 1.114 0.208 0.226 (2) meq/L 0.391 0.0358 0.412 1.048 1.114 0.416 0.226

(1) za Mg2+ ------------------ = 0.206 mmol/L=0.206mM

(2) za Mg2+ 5.0 mg/L / ( ---------------------) = 0.412meq /L

5.0 mg/L

24.3.0 mg/mmol

24.3mg/mmol

2meq/mmol

Elektroneutralnost : ∑ kationa = 0.391+ 0.0358 + 0.412 + 1.048 = 1.877 meq/L ∑ aniona = 1.114+ 0.4160 + 0.226 = 1.756 meq/L 1.877 – 1.756 = 0.121 (6%) - najvjerojatnije zbog analitičke greške

- analiza nije uključila sve glavne anorganske ione - prisutan nemjerljiv naboj npr. karboksilnih grupa u prirodnoj organskoj tvari

43

• molalnost: količina otopljene tvari po kilogramu vode

- da bismo izračunali molalnost potrebno je izračunati kolika je masa

vode u 1 kg otopine morske vode

-ako je salinitet 35,00 %0 znači da je 1 kg morske vode sadrži 35 g soli -slijedi : m(H2O) = m(otopine) – m (soli) = 1000 g – 35 g = 965 g

1 kg morske vode ~19.374 g Cl−

b(Cl )= 19.374 g / 0.965 kg H2O × 35.45 g/mol = 0.5663 mol/kg H2O = 0.5663 mol/kg

44

Primjer 4: Koncentracija sumporne kiseline H2SO4 je 1.83 g/mL. Ako je maseni udio kiseline 97% kolika je molaritet i normalitet otopine? m(H2SO4) č = 1830 g/L x 0.97 = 1775 g/L c(H2SO4) č = --------------- = 18. mol/L ~ 18 M - budući da 1 mol H2SO4 otpušta 2 mola H+ normalitet je dva puta veći od molariteta: H2SO4 ~ 2 H+

18 M ~ 36 N

1775 g/L

98 g/mol

45

Primjer 5: Priprava standardnih otopina oksidirajućih reagensa Koliko grama kalijeva dikromata treba odvagati da se pripremi 1L otopine 0,25 N K2Cr2O7 i kolika je molarnost? K2Cr2O7 … kemijska potrošnja kisika (COD) … procjena ukupne organske tvar u otpadnim vodama Cr2O7

2- + 14 H+ + 6e- 2 Cr 3+ + 7 H2O eq težina = ---------------- = -------------- = 49.033 g 1 L otopine ~ 0.25 eq/L

m (K2CrO7) = 0.25 eq x 49.033 g/eq = 12.258 g ODVAGA molaritet c (K2CrO7) = ------------- = 0.04167 mol/L

Mr(K2CrO7 ) 294.2g/mol rc 6 eq/mol

0.25 eq/L

5 eq/mol

46

Ostale koncentracijske jedinice:

• mg/L CaCO3: Ca2+ ili Mg2+ ili tvrdoća ili alkalitet

• mg Ca/L ili μmol H+ /L: alkalitet

• alkalitet : mjera kapaciteta vode za neutralizaciju jakih kiselina • u prirodnim vodama odnosi se na baze HCO3

-, CO32- i OH- te na

vrste koje mogu biti prisutne u nižim koncentracijama poput silikata, amonijaka i fosfata • mjeri se utroškom standardne otopine kiseline do završene točke titracije

[Alk] = [HCO3-] + 2[CO3

2-] + [OH-] - [H+]

47

• mg/L CaCO3: M (CaCO3) = 100 g/L eq (CaCO3 ) = 100 g /2 e- = 50 g kao reakcijski kapacitet s H+ ionom 50 g CaCO3 ~ 50 eq CaCO3 odnosno 1 mol H+ ~ 50 eq /L Alkalitet (mg/L CaCO3 ) = alkalitet( meq/L) * (50 mg CaCO3 / meq CaCO3 ) Ili Alkalitet (µg/L CaCO3 ) = alkalitet(µeq/L) * (0.050 mg CaCO3 / µeq CaCO3 )

48

• mg/L N : ukupna koncentracija svih vrsta koje sadrže dušik (NO3

- ili NH4+)

za NH4

+ (mg/L N)

mg/L NH4+

= ---------------x (14 mg/mg atom) x (1 atom N/molekula NO3- )

18 mg/mmol primjer: Voda za piće sadrži amonijak u koncentraciji 10 mg/L N. Koliko je to koncentracija amonijaka ? 10 mg /L N ---------------------------= 0,714 mg atoma N/L 14 mg N/mg atom

0,714 mg atoma N/L x 1 mg atom N/mmol NO3- x 18 mg/mmol NO3

- = 12,85 mg/L NH4

+

49

• mg/L N : ukupna koncentracija svih vrsta koje sadrže dušik (NO3

- ili NH4+)

za NO3

- (mg/L N)

mg/L NO3-

= ---------------x (14 mg/mg atom) x (1 atom N/molekula NO3- )

62 mg/mmol primjer: Voda za piće sadrži nitrate u koncentraciji 10 mg/L N. Koliko je to koncentracija nitrata ? 10 mg /L N ---------------------------= 0,714 mg atoma N/L 14 mg N/mg atom

0,714 mg atoma N/L x 1 mg atom N/mmol NO3- x 62 mg/mmol NO3

- = 44,3 mg/L NO3

-

50

• mg/L P : ukupna koncentracija svih vrsta koje sadrže fosfor ( npr. PO4

3- )

za PO43- (mg/L P)

mg/L PO4

3- = ---------------x (31mg/mg atom) x (1 atom P/molekula PO4

3- ) 95 mg/mmol primjer: Voda za piće sadrži fosfate u koncentraciji 10 mg/L P. Koliko je to koncentracija fosfata ? 10 mg /L P ---------------------------= 0,323 mg atoma P/L 31mg P/mg atom

0,323 mg atoma P/L x 1 mg atom P/mmol PO43- x 95 mg/mmol NO3

- = 30,69mg/L PO4

3-

51

• mg/L Cl2 : ukupna koncentracija svih vrsta koje sadrže klor ( npr. OCl- )

za OCl- (mg/L Cl2 ) mg/L - OCl- = ------------------x (2* 35,45 mg/mg atom) x(1 atom Cl/molekula OCl- 51,45 mg/mmol Primjer : Kućni izbjeljivač sadrži 5% NaOCl. Izračunajte: a) izračunaj molarnu koncentraciju otopine hipoklorita b) koncentraciju iskazanu kao mg/L Cl ?

rješenje: M(NaOCl) = 74,5 g/mol

a) 5 % = > γ( NaOCl) = 5 g / 74,5 g/mol = 0,706 M = 706 mM

52

primjer: Kućni izbjeljivač sadrži 5% NaOCl. Izračunajte:

b) koncentraciju iskazanu kao mg/L Cl ?

rješenje: M(NaOCl) = 74,5 g/mol 706 mM x 2 meq /mmol x 35,45 mg/meq Cl = 50,055mg/L Cl =50,000 mg/L Cl

ILI 706 mM x 70,9 mg/mmol Cl2 = 50,055 mg/L Cl2 = 50,000 mg /L Cl2

53

IZVORI VODE ZA PIĆE

POVRŠINSKE VODE PODZEMNE VODE MORSKE VODE

POKAZATELJI KAKVOĆE VODE

Fizikalni KEMIJSKI Biološki

• Temperatura • Boja • Okus • Miris • Mutnoća • Suspendirana tvar • Vodljivost

• pH vrijednost • Alkalitet • Tvrdoća • Otopljeni plinovi

• Organska tvar • Metali • Klor • Rezidualni klor • Amonijak • Nitrati, nitriti

• Mikroorganizmi (npr. koliformne bakterije)

54

Kemijski sastav vode u prirodi • voda je otopina u kojoj se nalaze otopljeni plinovi, krute tvari i tekućine • otopljene tvari možemo podijeliti na pet skupina: 1. otopljeni plinovi 2. otopljeni glavni ioni: a) kationi b) anioni 3. otopljene biogene tvari 4. otopljeni mikroelementi 5. otopljene organske tvari

55

Sedam glavnih iona: Ca2+, Mg2+, Na+, K +, HCO3- , SO4

2−, Cl− Sporedni ioni: Fe, Mn, Al, Si, F, B kalcit CaCO3 dolomit CaMg(CO3) 2

feldspar KAlSi3O8,, NaAlSi3O8 , CaAl2Si2O8

56

Otapanje stijena: osnovna stijena/mineral + kisela kiša → osnovni kationi + alkalitet + silicij + glina - primjer: NaAlSi3O8(s) + H2O + CO2(aq) → Na+ + HCO3

−+ 2Si(OH)4(aq) + Al2Si2O5(OH)4(s) albit otopljeno

57

58

Modeli kemijskog sastava voda Raspodjela vode : Gibbsov model “bumerang” oblik

atmosferske padaline

otapanje stijena

ispravanje/kemijsko taloženje

59

Piperov dijagram :smještaj točaka koje prikazuju postotni udio aniona i kationa te njihov položaj u rombu

• lijevi trokut: postotni udjeli ekvivalenata najvažnijih kationa (Ca2+, Mg2+, i Na++ K+ ) • desni trokut: postotni udjeli ekvivalenata najvažnijih aniona (Cl-, SO4

2-i HCO3- + CO3

2-) • romb: na suprotnim stranicama nanesene su sume postotnih udjela ekvivalenata grupe kationa i aniona • sastav nekog uzorka vode određuju dvije točke: jedna u trokutu kationa i druga u trokutu aniona kationski i anionski sastav vode • sjecište dvaju pravaca u rombu označuje ukupan sastav vode

60

Razmještaj vodnih sastava u rombu Piperova dijagrama

brzo određivanje vodnoga sastava brz i jasan uvid u procese koji su se zbivali u vodonosniku

61

Piperov dijagram: miješanje morske i slatke vode te efekt ionske izmjene