8. A természetes vizek kémiai jellemzői

Az epocha elején és a Mit csinál egy tudós? epochában is tanultál már a víz bizonyos kémiai tulajdonságairól. Ismereteid bővítése előtt ezeket kellene átismételni és rendszerezni!

8.1. Válaszolj az alábbi kérdésekre!
Definiáld az alábbi fogalmakat: oldat, oldószer, oldott anyag, komponens, fázis. Segítséget itt találsz.
Definiáld a következő fogalmakat: telített oldat, telítetlen oldat, túltelített oldat. Segítséget itt találsz.

 

A tengervíz sótartalma

A tengervíz talán legközismertebb kémiai tulajdonsága közé tartozik sótartalma. A sótartalomért különböző vegyületek felelősek, amelyek a vízben, mint oldószerben oldott anyagként feloldódnak, így a tengervíz tulajdonképpen sóoldatnak tekinthető. Ezek a sók kivétel nélkül ionvegyületek.

8.2. Mit tanultál az ionvegyületek vízoldhatóságáról? Földünk epocha, kristályrácsok.
8.3. Milyen elemek közt alakul ki ionos kötés? Földünk epocha, kritályrácsok és kémiai kötések.
8.4. Hogyan tudod a periódusos rendszer segítségével megadni az ionok jelölését?
8.5. Add meg az alábbi ionok jelölését: nátriumion, kalciumion, szulfidion, bromidion.
8.6. Hogyan tudod megadni a periódusos rendszer segítségével egy ionvegyület összegképletét?
8.7. Add meg a következő ionvegyületek összegképletét! Nátrium-klorid, magnézium-klorid, alumínium-klorid, nátrium-oxid.
8.8. Mit jelent az egyszerű és az összetett ion kifejezés?

A tengervízben oldott só túlnyomó része (78%) konyhasó (NaCl), ezen kívül magnézium-klorid (MgCl₂ - 11%) és keserűsó (MgSO₄ - 4,7%) is található benne. Kisebb százalékban gipsz (CaSO₄), kálium-szulfát (K₂SO₄) és kálcium-karbonát (CaCO₃) mutatható ki. Az ionvegyületek a víz hatására ionjaikra esnek szét.

8.9. Töltsd ki értelemszerűen az alábbi táblázatot!

 

	Milyen ionokra esik szét?
vegyület	pozitívion	egyszerű/összetett	negatívion	egyszerű/összetett
NaCl
MgCl2
MgSO4
CaSO4
K2SO4
CaCO3

A tengervíz sótartalma 35 ezrelék, azaz 1000 g (1 liter) tengervízben 35 g só van. Ez természetesen csak általánosságban igaz, sok tenger sótartalma eltérő, sőt időszakos változások is lehetnek. Bizonyos tényezők, mint pl. a tengert tápláló folyóvízek sótartalma, a csapadék mennyisége, a tengervíz párolgási mértéke, a jég olvadása mind, mind változtatják a sótartalmat. A tengervíz sótartalmának köszönhető, hogy csak kb. -2 ^oC-on fagy meg.

Az oldatok oldott anyag mennyiségét az ún. tömegszázalékkal szoktuk kifejezni. A tömegszázalék megmutatja, hogy 100 g oldatban, hány gramm oldott anyag van. A tömegszázalék jelölése: W=m/m%.

8.10. Végezd el az alábbi számítási feladatokat!
a.) Hány tömegszázalékos az az oldat, amelynek 300 g-ja 90 g oldott anyagot tartalmaz?
b.) Hány tömegszázalékos cukoroldatot kapunk, ha 200 g vízben feloldunk 50 g cukrot?
c.) Hány g oldószert tartalmaz az az oldat, amelynek 500 g-jában 50 g oldott anyag van?
d.) Hány g alkoholt tartalmaz az a jódtinktura oldat, amelynek 240 g-jában 30 g jódot oldottunk fel?
e.) Hogyan készítenél 500 g 25 tömegszázalékos sóoldatot?
f.) 300 g, 20 tömegszázalékos oldatot 100 g vízzel hígitunk. Hány tömegszázalékos lesz a keletkező oldat?
g.) Összeöntönk 200 g 20 tömegszázalékos és 300 g 15 tömegszázalékos oldatot. Hány tömegszázalékos lesz a keletkező oldat?

További feladatokat gyakorlásnak itt találsz és itt.

 

8.11. Válaszolj az alábbi kérdésekre!
Egy sós tó vize a nyár folyamán jelentős mértékben elpárolog. Csökken vagy nő a sóra vonatkoztatott tömegszázalékos összetétele?
Egy sós tóban jelentős mennyiségű csapadék hullik. Csökken vagy nő a sóra vonatkoztatott tömegszázalékos összetétele?
Hogyan gyorsítható az oldódás sebessége? Erről itt tanultál.

Az elkövetkezőkben azt vizsgáljuk, hogyan zajlik az oldódás folyamata. A szilárd kristály felületéről azért szakadhatnak le a részecskék, mert az oldószer részecskéi (esetünkben a víz) kölcsönhatásba lépnek velük. A leszakított oldott anyag részecskéit az oldószer részecskéi körül veszik, egy burkot képezve körülöttük. Vízben való oldódáskor a kialakuló vízburkot hidrátburoknak nevezzük. A hidrátburokkal körülvett oldott anyagok ezt követően szabad vándorlásba kezdenek és szétterjednek az oldószerben. Ezt a külső behatás nélküli szétterjedést diffúziónak nevezzük.

Az oldódás folyamata a mellékelt ábrán látható. 8.12. A könnyebb áttekinthetőség kedvéért színezzétek ki az oldott anyagot, a hidrogén- és az oxigénatomokat (víz). Nézzétek meg az oldódást bemutató animációt itt.

 

Vízben oldott gázok

A folyadékok nem csak szilárd anyagokat, gázokat is képesek oldani. Természetesen ezt is sok tényező szabályozza, ezek közül talán legfontosabb a hőmérséklet. A hőmérséklet emelésével a gázok oldhatósága csökken, így melegítéssel a folyadékból eltávolíthatók. A víz sótartalmának növelésével a gázok oldhatósága ugyancsak csökken. A tengervízben oldott gázok közül az oxigén és a szén-dioxid a legfontosabb.

8.13. Korábbi tanulmányaid segítségével írd le az oxigénmolekula és a szén-dioxid molekula jelölését!
Rajzold le szerkezeti képletüket! Milyen kémiai kötések tartják össze az említett molekulákat? Ezekről a Földünk epochában tanultál itt.
8.14. Egy kísérlet során akváriumi halakat felforralt, majd lehűtött vízbe helyeztünk. Miért pipálnak a víz felszínén?

Az élet, így vízi élet alapja is az oxigén. A víz oxigéntartalmát két fő jelenség növeli, az egyik a vízfelszínen játszódik le, ahol a légkörrel érintkező víz megköti az oxigént. Mint már utaltunk rá ez erősen hőmérséklet függő, alacsonyabb hőmérsékleten nagyobb fokú a megkötődés. A másik jelenség a vízi növények fotoszintézisével magyarázható.

8.15. Mit jelent a fotoszintézis fogalma?
Írd le a fotoszintézis egyszerűsített reakcióegyenletét!

A víz felszín közeli részeiről a függőleges áramlások keverő hatása juttatja a mélyebb rétegekbe a légzéshez nélkülözhetetlen gázt. Ahol nagy folyók kis sűrűségű édesvíztömegeket juttatnak a világtengerekbe, megszűnhet ez a függőleges vízcsere, mert az édesvíz felrétegződik a sűrűbb tengervíz tetejére, így akadályozza a feláramlást, és ezzel az átszellőzést. Ebben az esetben a mélyvizek oxigénkészlete előbb-utóbb elhasználódik, ráadásul szén-dioxid és kén-hidrogén gázok gyűlnek fel benne, a tengeri élet pedig lehetetlenné válik. Jó példa erre a Fekete-tenger esete, amelyben 200 méternél mélyebben semmiféle élet nem létezik.

A tengervízben lévő szén-dioxid szénsavként van jelen, azaz oldódik a vízben, az alábbiak szerint:

H2O + CO2 = H2CO3

A szén-dioxid egyrészt a légkörből, másrészt a tengeri élőlények anyagcseréjéből (légzés) és lebomlásából származik. A víz szén-dioxid elnyelő képessége nagy mértékben függ a nyomástól, minél nagyobb, annál több szén-dioxidot tud elnyelni, mélyebb tengerszinteken ezért sokszorosára nő. A felszíni vizekben a hőmérséklet a fő szabályozó, a hideg víz többet tud elnyelni.

 

Az édesvizek sótartalma

Az édesvizekben is találhatók különböző sóvegyületek, amelyek az ún. vízkeménységet okozzák. A víz természetes körforgása során a lágy esővíz ásványi anyagokat old ki a talajból, főleg meszet (CaCO₃), gipszet (CaSO₄) és magnézium-szulfátot (MgSO₄). Az adott talaj összetételétől függően több vagy kevesebb ilyen oldott ásványi anyag van a vízben. Nagy mennyiségű ásványi anyag nagy vízkeménységet jelent. Így például az ásványvizek különösen keménynek számítanak. Általánosan a közepesen kemény vizet tekintjük különösen jó ivóvíznek.

A vízben oldott kálcium-hidrogén-karbonát - Ca(HCO₃) - és magnézium-hidrogén-karbonát - Mg(HCO₃) - felelős az ún. változó keménységért, amely forralással megszüntethető, a többi kálcium- és magnéziumvegyületből származik az állandó keménység, amely forralással nem távolítható el. Ipari, mezőgazdasági és háztartási célból is fontos a vizek keménysége. A keményvízből kiváló sók eltömíthetik a vízvezetékeket, ezzel akár robbanást is előidézhetnek (pl.: kazán). A keménységet ún. keménységi fokban adják meg.

Nézd meg hazánk vízkeménységi térképét!
Budapest kerületeinek vízkeménysége itt.
A vízkeménység és az egészség

A vízkeménységet gyakran adják meg német keménységi fokban (od vagy odH). A mosóporok csomagolásán Ezeket az értékeket általában négy fokozatra osztják: 1. 0 – 7od lágy 2. 7 – 14od középkemény 3. 14 - 21od kemény 4. 21od fölött nagyon kemény Ha a keménységi mutató alacsony, akkor a víz lágy és kevesebb szappanra vagy mosószerre van szükség. A mosóporok csomagolásán általában feltüntetik a vízkeménység függvényében szükséges mosópor mennyiségét. Ha a víz lágy, akár 20% mosópor is megtakarítható, ami egyaránt kíméli a pénztárcát és a környezetet is. Még környezetbarátabb megoldás a moduláris rendszerű gépek használata. Ebben az esetben a mosópor, a fehérítő és a vízlágyító külön-külön, a szükséges mennyiségben adagolhatóak. Ha a víz nagyon lágy, egyáltalán nem szükséges vízlágyítót használni. A kemény vizet azonban szükséges lágyítani, mert több mosás után a ruhák megkeményednek. A mosóvízhez adott ecet feloldja a vízkövet és újra lággyá teszi a ruhákat. A fütőszálakra lerakódott vízkő növeli az energiafogyasztást.

 

Természetes vizek nitráttartalma

Kis mennyiségű nitrát (-NO₃^- ) szinte minden természetes vízben kimutatható. A felszíni vizek nitrát-tartalma 0-8 mg/liter között van, a szennyezett vizek 50-150 mg/litert, vagy ennél is többet tartalmazhatnak. Hogyan kerül nitrát a vízbe? Az intenzív mezőgazdaságban nagy mennyiségben használt műtrágyákból, sérült csővezetékeken keresztül, sérült, vagy a magán-kutakhoz túl közel telepített ülepítőkből. Az EU területén az ivóvíz nitrát-tartalmának küszöbértéke 50 mg/liter. Miért veszélyes a magas nitráttartalom? A szervezetben a nitrát nitritté (-NO₂^- )alakul. A csecsemők és kisgyermekek számára a nitrit közvetlenül is veszélyes, még a hivatalos határérték alatti dózisban is. A vérben az oxigén szállításáért felelős molekulát károsítja, így elégtelen oxigénellátást okoz.  A mérgezés tünetei a kék ajkak, kezek és lábak, fejfájás, légzési nehézségek, legrosszabb esetben fulladás.

 

I. Töltsetek meg egy befőttes üveget csapvízzel, majd mérjétek meg oxigéntartalmát. Helyezzetek bel egy akváriumi növényt, fölé egy fényforrást és 24 órán keresztül hagyjátok bekapcsolva a lámpát. Ezt követően mérjétek meg ismét az oxigéntartalmat. Mit tapasztaltok?

II. Mérjétek meg egy kristályosítócsésze tömegét! Töltsetek bele 10 cm³ tengervizet, majd vízfördőn (vagy radiátoron néhány napig) pároljátok. Amikor az összes víz elpárolgott mérjétek meg ismét a csésze tömegét. Számítsátok ki mennyi só vált ki! Hány tömegszázalékos lehetett a vizsgált oldat? A sóoldat sűrűségét 1,1 g/cm³-nek vegyétek.

III. Nézzetek után milyen elemek, vegyületek találhatók az ivóvízben! Milyen élettani hatásuk van, mennyi a megengedett értékük? Segítségnek egy link.

tömegszázalék, hidrátburok, diffúzió, vízkeménység, változó keménység, állandó keménység, keménységi fok