Pobierz Ćwiczenie 5 Ocena jakości wód mineralnych i kosmetycznych ... i więcej Egzaminy w PDF z Chemia tylko na Docsity!
Ćwiczenie 5
Ocena jakości wód mineralnych i kosmetycznych z wykorzystaniem metod
analizy miareczkowej.
Literatura
- Minczewski J., Marczenko Z., Chemia analityczna. T.2. Chemiczne metody analizy ilościowej. Wyd. 10. PWN, Warszawa 2011.
- Szmal Z.S., Lipiec T., Chemia analityczna z elementami analizy instrumentalnej, Wyd. VII poprawione i unowocześnione, PZWL, Warszawa 1996.
- Skrypt do ćwiczeń z chemii ogólnej, nieorganicznej i analitycznej, pod redakcją E. Skrzydlewskiej, Uniwersytet Medyczny w Białymstoku, Białystok 2010.
- Molski M., Chemia piękna, Wyd. PWN, Warszawa 2009.
- Peters I.B., Kosmetyka, Podręcznik do nauki zawodu, Poradnik, REA, Warszawa 2002.
- Galus Z., Ćwiczenia rachunkowe z chemii analitycznej. Wyd. 9. WNT, Warszawa 2007
I. Część wprowadzająca
KOMPLEKSOMETRIA
1. Kompleksometria to dział analizy miareczkowej, której zasadę pomiarową stanowi tworzenie trwałych, słabo zdysocjowanych, rozpuszczalnych w wodzie związków kompleksowych. W zależności od rodzaju tworzącego się kompleksu, miareczkowania kompleksometryczne można podzielić na takie, w których tworzą się:
kompleksy utworzone przez ligandy jednofunkcyjne, kompleksy utworzone przez ligandy wielofunkcyjne (tzw. chelatowe). Główna grupa metod analitycznych wykorzystujących tworzenie kompleksów opiera się na tworzeniu kompleksów chelatowych. Wśród tych metod najbardziej znana i najczęściej stosowna jest kompleksonometria, której nazwa pochodzi od nazwy grupy ligandów najczęściej stosowanych w tych oznaczeniach – kompleksonów.
1. Kompleksonometria
Nazwa kompleksonometria pochodzi od kwasu etylenodiaminotetraoctowego zwanego kompleksonem II. Jest to czteroprotonowy kwas, oznaczany skrótem H 4 Y, nazywany również kwasem wersenowym. Sam kwas jest trudno rozpuszczalny w wodzie. Zatem do oznaczeń jako titrant najczęściej stosuje się wersenian sodu (Na 2 H 2 Y), zwany kompleksonem III (EDTA). Miareczkowanie za pomocą EDTA, jest bardzo rozpowszechnione i ma duże znaczenie praktyczne ze względu na trwałość chelatu, łatwość użycia i dużą uniwersalność.
Podobnie, jak w innych działach analizy objętościowej, stosuje się tutaj różne sposoby przeprowadzania miareczkowania.
Miareczkowanie bezpośrednie – polegające na bezpośrednim miareczkowaniu jonów oznaczanego metalu mianowanym roztworem kompleksonu w odpowiednim roztworze i wobec odpowiednio dobranego wskaźnika. Miareczkowanie odwrotne – polegające na dodaniu do roztworu oznaczanego jonu nadmiaru mianowanego roztworu ligandu, a następnie odmiareczkowaniu nadmiaru ligandu mianowanym roztworem jonu innego metalu. Miareczkowanie przez podstawienie – polega na dodaniu do roztworu oznaczanego metalu nadmiaru mianowanego roztworu kompleksonianu. Uwolniony w wyniku reakcji wymiany kation, odmiareczkowuje się mianowanym roztworem EDTA. Do oznaczania PK w miareczkowaniu kompleksonometrycznym najczęściej używane są metalowskaźniki. W niektórych miareczkowaniach kompleksometrycznych stosowane mogą być także wskaźniki redoks.
Metalowskaźniki są to związki organiczne, które podczas miareczkowania tworzą z oznaczanym kationem metalu barwny kompleks o warunkowej stałej trwałości wyraźnie niższej od stałej trwałości oznaczanego kationu z titrantem. Po dodaniu do miareczkowanego roztworu wskaźnika tworzy on z oznaczanym kationem metalu barwny kompleks. Wprowadzany podczas miareczkowania roztwór titranta, w PK wypiera całkowicie kationy metalu z mniej trwałego kompleksu metal – wskaźnik tworząc trwalszy kompleks metal – titrant, a roztwór przyjmuje zabarwienie wolnego wskaźnika. Reakcję tą przedstawia schemat, gdzie L – komplekson zawarty w titrancie. Me – Ind + L Me – L + Ind barwa I barwa II
Do wskaźników metaloorganicznych należą na przykład mureksyd i czerń eriochromowa T, używane przy oznaczaniu twardości wody. Zasada działania wskaźników redoks stosowanych w miareczkowaniu kompleksometrycznym sprowadza się do zmiany stężenia formy utlenionej bądź zredukowanej danego układu redoks, obecnego w miareczkowanym roztworze, w wyniku związania jednej z tych form w trwały kompleks.
2. Woda i jej znaczenie
2.1. Woda w przyrodzie
Człowiek wykorzystuje wody różnego pochodzenia:
wody podziemne: termalne i oligoceńskie W wodzie podziemnej występują: makroskładniki: Na+, K+, Ca2+ , Mg2+, Cl–, SO 4 2 – , HCO 3 – , związki azotu, żelaza, glinu, substancje organiczne, pierwiastki rzadkie, śladowe i promieniotwórcze, gazy, które można podzielić na trzy grupy: występujące powszechnie: N 2 , O 2 , CO 2 , CH 4 , występujące w małych ilościach H 2 , H 2 S, He, Ar, węglowodory, występujące lokalnie: NH 3 , SO 2 , HCl, HF. wody powierzchniowe to wody morskie, mineralne zawierające: składniki podstawowe o najwyższym stężeniu: Na+, Ca2+ , Mg2+, Cl–,^ SO 4 2 – , HCO 3 – , makroskładniki: Fe3+, Mn2+, K+, związki krzemu, mikroskładniki: NH 4 +,^ związki azotu, związki fosforu, metale ciężkie, substancje organiczne wody morskie – zawierają następujące mikroelementy: Na+, K+, Ca2+, Mg2+, Cl–, SO 42 – ,
1 on = 17,86 mg CaCO 3 /1l wody W literaturze niemieckojęzycznej stopień niemiecki oznaczany jest jako °dH (niem. Grad deutscher Härte ), w literaturze angielskojęzycznej również oznaczany jako dGH (ang. d egrees of G eneral H ardness – stopnie twardości ogólnej). stopniach francuskich ( ° f) Jeden stopień twardości francuski (1°f) odpowiada ilości jonów wapnia i magnezu równoważnej zawartości 10 mg CaCO 3 w 1 litrze wody.
TABELA 1. Wartości współczynników przeliczeniowych twardości wody dla poszczególnych jednostek mmol/l 0 n 0 ang 0 franc mg CaCO 3 /l mmol/l 1 5.61 7.02 10 100 (^0) n 0.178 1 1.25 1.78 17 (^0) ang 0.143 0.8 1 1.43 14 (^0) franc 0.1 0.56 0.7 1 10 mg CaCO 3 /l 0.01 0.056 0.07 0.1 1
Typowa twardość wody użytkowej (kranowej) wynosi ok. 10°n. Woda poniżej 10°n jest traktowana
jako miękka , zaś powyżej 20°n jest traktowana jako twarda.
TABELA 2. Skala twardości wody w zależności od stopnia twardości
Stopień twardości (° n) Stopień twardości (° f) (^) Skala twardości 0 – 5 0 – 9 bardzo miękka 5 – 10 9 – 18 miękka 10 – 15 18 – 27 średnio twarda 16 – 20 27 – 36 znacząco twarda 20 – 30 36 – 53 twarda
30 > 53 bardzo twarda
Twardość wody ma bardzo znaczący wpływ na jej napięcie powierzchniowe. Im twardsza woda, tym większe jest jej napięcie powierzchniowe a co za tym idzie tym trudniej zwilża ona wszelkie powierzchnie. W związku z tym trudno jest przy wykorzystaniu twardej wody usuwać zabrudzenia. Dodatek detergentów powoduje zmniejszenie napięcia powierzchniowego (zmniejszenie twardości wody). Detergenty (sole sodowe i potasowe wyższych kwasów tłuszczowych) reagują z jonami Ca2+^ i Mg2+^ (odpowiedzialnymi za twardość wody), co powoduje wytrącenie trudno rozpuszczalnych soli (osad mydlany).
2.2. Uzdatnianie wody Poddając wodę procesowi uzdatniania, polegającemu na usunięciu określonych lub wszystkich składników mineralnych, można otrzymać:
wodę destylowaną – otrzymywaną przez odparowanie, a następnie skroplenie pary wodnej. Wielokrotne powtórzenie tej operacji prowadzi do otrzymania wody redestylowanej. Woda destylowana nie zawiera rozpuszczonych gazów (powietrza, CO 2 ), ani substancji mineralnych – jest to tzw. woda miękka. wodę demineralizowaną (dejonizowaną) – otrzymaną w wyniku usunięcia rozpuszczonych w niej kationów oraz anionów (poprzez destylację, wymianę jonową).
Proces uzdatniania wody obejmuje szereg elementarnych procesów oczyszczania stosowanych do momentu osiągnięcia przez wodę pożądanej klasy czystości. Woda uzdatniana jest m.in. dla potrzeb komunalnych i przemysłu, ale największy stopień czystości wymagany jest dla wody stosowanej w medycynie, farmacji oraz kosmetologii.
Metody uzdatniania wody stosowanej w medycynie, farmacji oraz kosmetologii:
- filtracja – głównym celem tego procesu jest usunięcie z wody różnego rodzaju zawiesin – cząsteczek o średnicy > 0,1 μm- związków żelaza, manganu i amonu,
- adsorbcja – zadaniem tego procesu jest usunięcie z oczyszczanej wody rozpuszczonych związków organicznych, odpowiedzialnych za barwę wody oraz zapach. Proces ten stosuje się do uzdatniania wód powierzchniowych jak również zanieczyszczonych wód podziemnych,
- wymiana jonowa – wodę poddaje się procesowi wymiany jonowej w celu usunięcia z niej substancji rozpuszczonych. Proces wymiany jonowej stosuje się w celu: zmiękczenia wody – zmniejszenia twardości zarówno węglanowej jak i niewęglanowej, demineralizacji (usunięcia wszystkich jonów) i odsalania (usunięcia części jonów), usuwania fosforanów i azotanów usuwania jonu amonowego, metali i radionuklidów, usuwania zanieczyszczeń organicznych.
- odkwaszanie wody – polega na usuwaniu z niej dwutlenku węgla.
- odżelazianie i odmanganianie wody.
- utlenianie chemiczne.
- procesy membranowe – odwrócona osmoza, ultrafiltracja, elektrodializa.
- proces dezynfekcji – pasteryzacja, gotowanie, zastosowanie promieni UV.
II. Część doświadczalna
1. Ocena twardości wody użytkowej
1.1. Kompleksonometryczne oznaczenie zawartości jonów wapnia i magnezu. Twardość całkowita.
Zasada oznaczenia
Jony wapnia i magnezu oznacza się przeprowadzając miareczkowanie za pomocą mianowanego roztworu EDTA w obecności czerni eriochromowej T (jako wskaźnika) przy pH = 10 (środowisko buforu amonowego). Wskaźnik ten tworzy fioletowe kompleksy zarówno z jonami wapnia jak i magnezu.
EDTA reaguje zarówno z jonami wapnia jak i magnezu w stosunku molowym 1:1 tworząc trwałe kompleksy. W PK miareczkowania wskaźnik zostaje całkowicie wyparty z kompleksu z metalem i przyjmuje zabarwienie niebieskie (forma wolna).
Ca2+^ — czerń eriochromowa T + EDTA → Ca2+—EDTA + czerń eriochromowa T Mg2+— czerń eriochromowa T + EDTA → Mg2+—EDTA + czerń eriochromowa T barwa fioletowa barwa niebieska
Aby uzyskać wyraźniejszy punkt końcowy miareczkowania, należy usunąć jony węglanowe zawarte w wodzie poprzez wygotowanie zakwaszonej wody [CO 2 ↑]. Żelazo, glin i ewentualnie inne obecne metale usuwa się w postaci wodorotlenków po strąceniu amoniakiem.
V •C • 100000
x = EDTA ' EDTA m
Otrzymaną wartość należy przeliczyć na objętość 1 l wody:
X’^ mg · 100 ml 50ml =^ Y’ mg CaCO^3 w 1 l wody
Twardość wody wyrażona w:
1) stopniach niemieckich (1on) - można ją obliczyć dwoma sposobami:
I sposób (w przeliczeniu na CaO) 1 on odpowiada zawartości 10 mg CaO w 1 l więc liczba stopni niemieckich (Z) wynosi: 1 on - 10 mg CaO Z on - Y mg CaO
Z = 10 mg
Ymg = …..... on
II sposób(w przeliczeniu na CaCO 3 ) 1 on odpowiada zawartości 17,86 mg CaCO 3 w 1 l więc liczba stopni niemieckich (Z) wynosi: 1 on - 17,86 mg CaCO 3 Z on - Y’ mg CaCO 3
Z = 17 , 86 mg
Y'mg = …..... on
2) stopniach francuskich (1of) 1 of odpowiada zawartości 10 mg CaCO 3 w 1 l więc liczba stopni francuskich (T) wynosi: 1 of - 10 mg CaCO 3 T of - Y’ mg CaCO 3
T = 10 mg
Y'mg = …..... of
1.2. Alkacymetryczne oznaczanie zawartości jonów wodorowęglanowych. Twardość węglanowa.
Zasada oznaczenia
Do oznaczania jonów wodorowęglanowych stosuje się metodę miareczkowania acydymetrycznego. Metoda ta polega na miareczkowaniu próbki wody kwasem solnym wobec oranżu metylowego (jako wskaźnika). W czasie miareczkowania zachodzą następujące reakcje:
Ca(HCO 3 ) 2 + 2HCl CaCl 2 + 2CO 2 + 2H 2 O (1) Mg(HCO 3 ) 2 + 2HCl MgCl 2 + 2CO 2 + 2H 2 O (2) sumarycznie: HCO 3 –^ + HCl Cl–^ + CO 2 + H 2 O (3)
Wykonanie oznaczenia
z otrzymanej próbki wody do analizy, zawierającej jony wodorowęglanowe, należy odmierzyć 50ml próbki i przenieść ilościowo do kolby stożkowej o pojemności 100 ml, dodać 2–3 krople oranżu metylowego i miareczkować kwasem solnym o stężeniu 0,01 mol/l do zmiany zabarwienia z żółtej na pomarańczową (barwa pośrednia); miareczkowanie powtórzyć jeszcze dwukrotnie, obliczyć średnią objętość zużytego do miareczkowania kwasu solnego i wykorzystać ją do obliczenia zawartości jonów wapnia i magnezu w postaci wodorowęglanów w analizowanym roztworze,
Obliczenie zawartości jonów wodorowęglanowych
Z reakcji (3) wynika, że 1 mol HCl reaguje z 1 molem jonów wodorowęglanowych. Liczbę moli kwasu solnego, który był użyty podczas miareczkowania oblicza się ze wzoru: n = V.^ Cm, natomiast zawartość jonów chlorkowych można obliczyć z następującej proporcji:
1 mol HCl reaguje 1 61 000 mg HCO 3 – VHCl • CmHCl odpowiada x mg HCO 3
V • C • 61000
x = HCl
HCl m
Otrzymaną wartość należy przeliczyć na objętość 1 l wody:
= m – [mg/l]
1.3. Twardość węglanowa Z alkacymetrycznego oznaczania jonów węglanowych wynika, że 2 mole kwasu solnego reagują z 1 molem jonów wapniowych i magnezowych w postaci wodorowęglanów, którym odpowiada 1 mol CaCO 3. Liczbę moli kwasu solnego, która wzięła udział w reakcji oblicza się ze wzoru nHCl =VHCl•CmHCl, a ilość mg CaCO 3 odpowiadającą twardości wody można obliczyć
na podstawie następującej proporcji:
2 mole HCl reagują z 100 000 mg CaCO 3 VHCl • CmHCl reaguje z x mg CaCO 3 (w 100 ml)
V •C • 100000
x = HCl
HCl m 1∙mol-^1 ∙mg mol
=[mg]
Otrzymaną wartość należy przeliczyć na objętość 1 l wody:
x mg ·
100 ml 50ml = y mg CaCO 3 w 1 l wody
Ponieważ 1on odpowiada 17,86 mg CaCO 3 w 1 l to liczba stopni niemieckich węglanowej twardości wody (Z 1 ) wynosi:
Z = 17 , 86 mg
Y'mg = …..... on
- wykorzystywana w rehabilitacji przy rwie kulszowej, chorobach układu nerwowego Ca2+ , Mg2+ , Na+, K+, HCO 3 – , Cl–, SO 42 -^
- wykorzystywana w życiu codziennym (woda wodociągowa) Na+, Mg2+ , Ca2+ , Cl– , NH 4 +, HCO 3 – , SO 42 –^
- wykorzystywana w życiu codziennym (woda deszczowa)
Mg2+ , Ca2+ ,Na+, K+, Al3+, HCO 3 – , Cl– SO 42 –
- woda morska
- nawilża i regeneruje śluzówkę nosa i gardła,
- stosowana w kąpielach ma działanie relaksacyjne,
- leczy stany zapalne skóry, w tym trądzik.
2.1.Badanie odczynu pH wody Do badanej próby zanurzyć papierek wskaźnikowy. Poprzez porównanie ze skalą odczytać pH analizowanej wody.
2.2.Jakościowa ocena składu wody Z badanej próby wody przenieść po 0,5 ml do 10 probówek i wykonać poniższe reakcje:
JON ODCZYNNIK REAKCJA EFEKT REAKCJI
Mg2+^8 - hydroksychinolina
(0,05M) + stęż. NH3aq
2C 9 H 6 NOH+Mg2+→ ( C 9 H 6 NO) 2 Mg ↓
zielonożółty osad* 8 - hydroksychinolinianu magnezu
Ca2+^ (NH 4 ) 2 C 2 O 4 (0,5M) Ca2+^ + C 2 O 42 –^ → CaC 2 O 4 ↓ biały^ osad* szczawianu wapnia, nie rozpuszcza się w 6M CH 3 COOH, rozpuszcza się w kwasach mineralnych
K+^ NaHC 4 H 4 O 6 (0,5M) K++HC 4 H 4 O 6 – → KHC 4 H 4 O 6 ↓ biały^ osad* wodorowinianu potasu
Na+^ K[Sb(OH) 6 ] (0,05M) Na++[Sb(OH) 6 ]–→ Na[Sb(OH) 6 ] ↓ biały^ osad* heksahydroksoantymonianu sodu
Al3+^ CH 3 COONa (1M) 2Al3++6CH 3 COO–→ 2Al(CH 3 COO) 3
Al(CH 3 COO) 3 +2H 2 O→ Al(OH) 2 CH 3 CH 3 COO ↓+ 2CH 3 COOH
po zagotowaniu wytrąca się biały osad dihydroksooctanu glinu
S^2 –^ CdSO 4 (0,1M) (^) Cd2++S^2 – → CdS ↓ żółty^ osad* siarczku kadmu
SO 42 –^ BaCl 2 (1M) Ba2+^ + SO 42 –^ → BaSO 4 ↓ biały^ osad* siarczanu (VI) baru
Cl–^ AgNO 3 (0,1M) (^) Ag++Cl–^ → AgCl ↓ biały^ osad* chlorku srebra
HCO 3 –^ CuSO 4 (0,2M) Cu2+^ + CO 32 –^ → CuCO 3 ↓ w środowisku wodnym powstaje niebieski osad* węglanu miedzi (II)
- próbę uważa się za pozytywną również w wyniku wystąpienia lekkiej opalizacji
3. Ocena ilościowa jonów zawartych w wodach mineralnych i kosmetycznych
3.1.Kompleksonometryczne oznaczanie zawartości jonów wapnia metodą miareczkowania bezpośredniego
Zasada oznaczenia
Roztwór zawierający jony wapnia miareczkuje się bezpośrednio wersenianem sodu wobec mureksydu jako wskaźnika przy pH = 12-13 (środowisko NaOH). Wskaźnik ten z jonami wapnia tworzy kompleks o zabarwieniu różowym, zaś niezwiązany przybiera barwę fioletową. Czerni eriochromowej T nie należy stosować do oznaczania samych jonów wapnia ze względu na zbyt słabe wiązanie tego jonu przez wskaźnik. Obecne w roztworze jony Mg2+^ przy tak wysokim pH wytracają się w postaci Mg(OH) 2. Miareczkowanie prowadzimy jednak bez odsączania osadu. EDTA reaguje z jonami wapnia w stosunku molowym Ca2+:H 2 Y^2 –^ (1:1) tworząc trwały kompleks: Ca2+— mureksyd + EDTA → Ca2+—EDTA + mureksyd barwa różowa barwa fioletowa
Wykonanie oznaczenia
z otrzymanej próbki wody do analizy, zawierającej jony wapnia, należy odmierzyć 20 ml próbki i przenieść ilościowo do kolby stożkowej o pojemności 100 ml, dodać 1 ml 15% roztworu NaOH, miareczkować roztworem EDTA o stężeniu 0,01 mol/l w obecności mureksydu jako wskaźnika do zmiany zabarwienia z różowego na fioletowe; miareczkowanie powtórzyć jeszcze dwukrotnie, obliczyć objętość średnią zużytego do miareczkowania EDTA i wykorzystać ją do obliczenia zawartości jonów wapnia w analizowanym roztworze.
Obliczenie zawartości wapnia
Liczbę moli EDTA, która wzięła udział w reakcji można obliczyć ze wzoru nEDTA =VEDTA• CmEDTA^ , ponieważ 1 mol EDTA reaguje z 1 molem jonów wapniowych.
Liczbę moli jonów wapniowych można obliczyć korzystając z następującej proporcji:
1 mol EDTA reaguje z 1 mol Ca2+ VEDTA • CmEDTA^ reaguje z^ x g Ca 2+
V • C
n (^) Ca 2 += EDTA mEDTA^ [^1 ∙mol∙1–^1 ]=[mol]
X =n 2 +• 40080 Ca^2 + Ca =[mg^ ] mol
mol•mg
Otrzymaną wartość należy przeliczyć na objętość 1 l wody:
X mg · 2 + Ca
= m 20 ml
1000 ml [mg/l]
3.2. Kompleksonometryczne oznaczanie siarczanów (VI) metodą miareczkowania pośredniego
Zasada oznaczenia
Oznaczanie siarczanów (VI) jest przykładem kompleksometrycznego oznaczania anionów. Siarczany (VI) strąca się mianowanym roztworem chlorku baru, którego nadmiar odmiareczkowuje
Powoduje to zmniejszenie stężenia jonów CrO 42 – , a w bardziej kwaśnych roztworach osad nie wytrąca się wcale. Ponadto Ag 2 CrO 4 , jako sól słabego kwasu, ulega rozpuszczeniu w kwaśnych roztworach, natomiast w roztworach silnie zasadowych (pH>10,5) następuje wytrącenie osadu Ag 2 O: 2Ag+^ + 2OH–^ Ag 2 O↓ + H 2 O Metody Mohra nie można stosować do oznaczania chlorków w obecności anionów tworzących w roztworach obojętnych trudno rozpuszczalne sole srebrowe (Br–, I–, AsO 43 – , PO 43 – , CO 32 – ), kationów tworzących trudno rozpuszczalne chromiany (Ba2+, Pb2+) oraz substancji redukujących AgNO 3 do srebra metalicznego (np. jony Fe2+).
Wykonanie oznaczenia z otrzymanej próbki wody do analizy zawierającej jony chlorkowe odmierzyć 10 ml i przenieść ilościowo do kolby stożkowej o pojemności 100 ml, dodać około 1ml 5% roztworu chromianu (VI) potasu, miareczkować mianowanym roztworem AgNO 3 o stężeniu 0,02 mol/l do pojawienia się czerwonobrunatnego zabarwienia; miareczkowanie powtórzyć jeszcze dwukrotnie, obliczyć średnią objętość zużytego do miareczkowania azotanu (V) srebra (I) i wykorzystać do obliczenia zawartości jonów chlorkowych w analizowanym roztworze.
Obliczenie zawartości chlorków
Z reakcji (1) wynika, że 1 mol azotanu (V) srebra (I) reaguje z 1 molem jonów chlorkowych. Liczbę moli azotanu (V) srebra (I), która była użyta podczas miareczkowania oblicza się ze wzoru: AgNO 3 AgNO 3 mAgNO 3 (^) n =V •C , natomiast zawartość jonów chlorkowych można
obliczyć z następującej proporcji:
1 mol AgNO 3 reaguje z 35,45 g jonów Cl– VAgNO 3 • CAgNO 3 reaguje z x g jonów Cl
V •C • 35450
x =^3
AgNO 3 mAgNO Cl
Otrzymaną wartość należy przeliczyć na objętość 1 l wody:
x mg · Cl
= m 25 ml
1000 ml [mg/l]
3.4. Jodometryczne oznaczenie zawartości jonów siarczkowych metodą miareczkowania pośredniego
Zasada oznaczenia
Jodometryczne oznaczanie siarczków prowadzi się poprzez dodanie do alkalicznego roztworu zawierającego siarczki nadmiaru mianowanego roztworu jodu, zakwaszonego HCl w takiej ilości, aby po dodaniu jodu roztwór był jeszcze kwaśny. Nadmiar jodu odmiareczkowuje się następnie roztworem tiosiarczanu sodu. W środowisku kwaśnym siarczki przechodzą w siarkowodór, który zostaje utleniony do wolnej siarki. Jodometryczne oznaczanie siarczków opiera się na reakcji między jodem i siarkowodorem w kwaśnym środowisku: H 2 S + I 2 S + 2I–^ +2H+^ (1)
Ponieważ ze względu na lotność siarkowodoru nie można dodawać jodu do zakwaszonego roztworu siarczków, postępuje się odwrotnie. Badany roztwór siarczków w środowisku alkalicznym wprowadza się do odmierzonej ilości mianowanego roztworu jodu zakwaszonego kwasem solnym. Nadmiar jodu odmiareczkowuje się mianowanym roztworem tiosiarczanu sodu według reakcji:
2S 2 O 32 –^ + I 2 2I + S 4 O 62 –^ (2) Wydzielająca się w reakcji utleniania siarka adsorbuje nieco jodu, co utrudnia miareczkowanie. Dlatego jodometryczne oznaczania siarczków należy przeprowadzać w stosunkowo rozcieńczonych roztworach. Oznaczaniu siarczków przeszkadzają siarczany (IV) i tiosiarczany, które są także utleniane przez jod. Jodometryczne oznaczanie siarczków można wykorzystać do pośredniego oznaczania wielu metali np. cynku, kadmu, ołowiu (II), które strąca się jako siarczki, odsącza, przemywa i dodaje zakwaszonego roztworu jodu. Oznaczając siarkowodór w mieszaninie gazowej przepuszcza się określoną objętość gazu przez płuczkę ze znaną ilością zakwaszonego roztworu jodu.
Wykonanie oznaczenia
z otrzymanej do analizy próbki wody zawierającej jony siarczkowe odmierzyć 15 ml, dodać 2, ml roztworu jodu w jodku potasu (płyn Lugola) o stężeniu 0,4 mol/l i 0,5 ml stężonego kwasu solnego a następnie dodać 1,5 ml roztworu wodorotlenku potasu o stężeniu 1 mol/l, miareczkować roztworem tiosiarczanu sodu zakwaszonym roztworem jodu w obecności roztworu skrobi, jako wskaźnika; miareczkowanie powtórzyć dwukrotnie, objętość średnią zużytego do miareczkowania tiosiarczanu wykorzystać do obliczenia zawartości siarczków w analizowanym roztworze.
Obliczenie zawartości jonów siarczkowych Liczbę moli jodu, który przereagował z jonami siarczkowymi (a moli) można obliczyć z różnicy liczby moli jodu wprowadzonego do roztworu i liczby moli jodu, który przereagował podczas miareczkowania z jonami tiosiarczanowymi:
V •C
a = ( 0 , 005 • 0 , 4 )^3
Na 2 S 2 O 3 mNa 2 S 2 O
Z równania (1) wynika, że jod reaguje z siarkowodorem w stosunku równomolowym, zatem zawartość jonów S^2 –^ w próbie oblicza się wykorzystując następującą proporcję:
1 mol I 2 reaguje z 32 g S^2 – a moli I 2 reaguje z x g S^2 –
a • 32000
x= =[mg^ ]
mol
mol•mg
Otrzymaną wartość należy przeliczyć na objętość 1 l wody:
1000ml 30ml = m^ –^ [mg/l]
4. Ocena jakości wody mineralnej i kosmetycznej
Na podstawie analizy jakościowej i ilościowej wód otrzymanych do badania należy dokonać oceny możliwości ich wykorzystania w życiu codziennym i kosmetologii.
IV. Aspekt kosmetologiczny
Woda to główny składnik organizmu człowieka (60-80% masy ciała). Najwięcej wody zawierają komórki mózgu i limfa (ok. 85%), a najmniej szkliwo zębów (ok. 0,2%). Dlatego też człowiek powinien przyjmować 1,5 – 2 litrów wody dziennie. Zmniejszenie ilości wody w organizmie odbija się m.in. na wyglądzie skóry człowieka. Najwięcej wody znajduje się w skórze właściwej (70-80%) a najmniej w warstwie rogowej naskórka (10 –13%). Woda w skórze obejmuje wodę zlokalizowaną w warstwie rogowej naskórka oraz słabo związaną w głębszych warstwach, która krąży między różnymi warstwami naskórka oraz wodę związaną ze związkami endogennymi skóry np. z kwasem hialuronowym. Woda niezwiązana przez proteoglikany ulega dyfuzji do warstwy rogowej naskórka, a z powierzchni skóry ulega odparowaniu. Przesunięcie równowagi w kierunku wyparowywania prowadzi do wysuszenia skóry. Zapobiega temu picie dużych ilości płynów i spożywanie Niezbędnych Nienasyconych Kwasów Tłuszczowych (NNKT), które umożliwiają utrzymanie prawidłowej ilości wody w skórze. Ponadto zlokalizowany w warstwie rogowej naskórka Naturalny Czynnik Nawilżający (NMF) będący mieszaniną substancji higroskopijnych, wiąże wodę przechodzącą przez warstwy komórek naskórka podczas dyfuzji.
Wody termalne stosowane w kosmetykach:
o woda Iwonicz-Zdrój jest bogata w krzemionkę, która wpływa na odporność i elastyczność naskórka oraz jony wapnia i kwasu borowego, które działają ściągająco i przeciwzapalnie. Ma właściwości kojące i łagodzące świąd. Poprawia zdolności obronne skóry i stanowi doskonały środek tonizujący oraz oczyszczający. o woda La Roche Posay pochodzi z regionu Poitou- Charentes we Francji. Zawiera selen, który neutralizuje wolne rodniki, a tym samym opóźnia procesy starzenia się skóry. Chroni przed szkodliwym wpływem promieniowania UV. Działa przeciwzapalnie, szybko łagodzi podrażnioną i wrażliwą skórę, zmiękcza i odblokowuje pory. Stosuje się ją w preparatach do walki z łuszczycą i trądzikiem. o woda Avene pochodzi ze źródła Saint Odile, które zlokalizowane jest na południu Francji. Woda przyspiesza procesy gojenia się ran. Obecność krzemu wzmacnia naczynia krwionośne. Dzięki zawartości miedzi przyspiesza przemiany metaboliczne w skórze i działa antybakteryjnie. Mangan łagodzi objawy alergii, a siarka zmiany trądzikowe. Stosuje się w preparatach do walki z atopowym zapaleniem skóry (AZS), trądzikiem oraz bliznami i poparzeniami. o woda Vichy czerpana jest głównie ze źródła Lucas w środkowej Francji. Znana jest ze swoich kojących właściwości. Osłabia czynniki zapalenia neurogennego oraz wydzielanie mediatorów prozapalnych. Stosowanie wody termalnej Vichy powoduje wzrost aktywności katalazy - enzymu neutralizującego wolne rodniki. Skutecznie przeciwdziała podrażnieniem, poprzez wytworzenie ochronnej bariery na skórze. o woda Evaux pochodzi ze źródła Evaux les Bains. Jest miękka dzięki śladowym ilościom wapnia i magnezu, w związku z czym nie powoduje podrażnień skóry. Zawiera liczne makrooelementy, m.in. stront i lit. Lit koi podrażnienia, działa antybakteryjnie i ściągająco. Przeciwdziała „stresowi skórnemu” przyspieszając procesy regeneracji naskórka. Stosuje się w preparatach do walki z atopowym zapaleniem skóry oraz trądzikiem zwykłym i różowatym. o woda siarczkowa ze źródła w Uzdrowisku Solec-Zdrój o zawartości aktywnych związków siarki ok. 900 mg/l. Wyróżnia ją zawartość aktywnych związków siarki i jodu oraz istotne dla prawidłowego funkcjonowania organizmu jony, mikro i makroelementy. Lecznicza woda siarczkowa działa dwukierunkowo na powierzchnię skóry, gdyż ma działanie antybakteryjnie, przeciwzapalne i bakteriobójcze i dlatego skutecznie walczy ze zmianami trądzikowymi i nadmiernym błyszczeniem się skóry. Posiada także właściwości pielęgnacyjne i regeneracyjne, dlatego znakomicie sprawdza się w pielęgnacji skóry suchej, bardzo suchej czy zrogowaciałej i łuszczącej się, gdyż zmiękcza i delikatnie złuszcza naskórek, co sprawia, że skóra staje się miękka w dotyku i sprężysta.
o wody powierzchniowe : woda morska, solanki: woda morska wykorzystywana jest do zabiegów w ośrodkach SPA. Zabiegi taką wodą z dodatkiem alg, piasku czy błota nazywane są talasoterapią. Mają ogromny wpływ na zdrowie człowieka: pobudzają krążenie krwi, przyspieszają przemianę materii oraz wspomagają usuwanie toksyn z organizmu. Morska woda to również znakomity lek na choroby skórne, solanki są to wysoko zmineralizowane wody lecznicze. Solanki zawierają makro i mikroelementy takie jak magnez, jod, brom, potas i lit. Aktualnie solanki są wykorzystywane również do balneoterapii.
Najbardziej znane w Polsce solanki to: solanka zabłocka , zawierająca takie minerały jak: jod, brom, wapń, magnez, krzem czy selen należy do absolutnie najwyższych na świecie. Solanka zabłocka: ─ opóźnia procesy starzenia skóry, nawilża ją, regeneruje, wygładza i ujędrnia, ─ przyspiesza gojenie się ran, rozstępów, czyraków, wyprysków i cellulitu, ─ koi dolegliwości łuszczycowe, ─ działa przeciwzapalnie, przeciwgrzybiczo i antybakteryjnie, ─ likwiduje przykry zapach potu, ─ ułatwia odchudzanie, relaksację, regenerację i rekonwalescencję. solanka rabczańska jodowo-bromowa stosowana jest: ─ przy chorobach skóry (łuszczyca i alergia), ─ chorobach reumatycznych, nerwicach, nerwobólach, nadciśnieniu tętniczym
o NANOwoda – charakteryzuje się dużymi skupiskami cząsteczek wody, które zostały rozbite do małych, uporządkowanych struktur, tzw. nanoklasterów. Pojedyncza cząsteczka wody ma średnicę zaledwie 1 nm, stąd nazwa NANOwody. Ma również odmienne właściwości. Olej wlany do NANOwody zaczyna się w niej rozpuszczać. Takie właściwości mają istotne znaczenie w kosmetologii. NANOwoda jest doskonałym rozpuszczalnikiem dla substancji aktywnych. Niewielkie rozmiary cząsteczek ułatwiają transport substancji odżywczych w głąb skóry. Dzięki temu kosmetyki na bazie NANOwody są skuteczniejsze, a skóra staje się odmłodzona. Nanowoda w kosmetykach pozwoliła stworzyć produkty kosmetyczne zawierające mniej wody niż w obecnie oferowanych produktach kosmetycznych a zarazem dzięki swoim specyficznym właściwościom sprawiła, że substancje odżywcze i aktywne w pełni wchłaniają się, znacznie lepiej odżywiając i pielęgnując skórę.
─ hydrolaty kwiatowe - woda kwiatowa, woda aromatyczna - produkt otrzymywany podczas destylacji z parą wodną całych roślin lub ich części. Zawiera wiele cennych substancji aktywnych, które mają korzystny wpływ na skórę - substancje roślinne rozpuszczalne w wodzie oraz śladowe (0.02% - 0.5%) ilości olejków eterycznych. Wody kwiatowe używane są jako faza wodna w produkcji lotionów, kremów i mydeł. Samodzielnie mogą być używane jako toniki, czy odświeżacze powietrza do pomieszczeń. Do jednych z najpopularniejszych wód kwiatowych należy woda różana, która ma właściwości tonizujące, łagodzi zmiany trądzikowe, dzięki czemu jest idealnym uzupełnieniem wysuszających kuracji przeciwtrądzikowych.
Ze względu na zawartość wody, kosmetyki można podzielić na trzy grupy:
kosmetyki zawierające wodę w ilości 15-97% toniki, płyny do kąpieli, szampony, żele do mycia, kremy, oliwki, kosmetyki zawierające wodę w ilości 1-15% kosmetyki kolorowe, dezodoranty w sztyfcie, zmywacze do paznokci, kosmetyki całkowicie bezwodne lakiery do paznokci, sztyfty do ust, niektóre podkłady, kredki do makijażu.
