Óraterv A pedagógus neve:
TOVÁBBLÉPÉS
III. Kémiai paraméterek
A víz kémiai tulajdonságait tesztcsíkokkal, gyorstesztekkel és műszerekkel mérheted. A mérést az adott módszer utasításainak megfelelően kell elvégezned. A kapott adatok alapján add meg, hogy a víz milyen vízminőségi osztályba sorolható! Az ehhez szükséges táblázatot kérd tanárodtól!
Összetevő Mértékegység Mért adat Módszer Minősítés
pH
Oldott oxigén Oxigéntelítettség Ammónium Nitrit Nitrát Foszfát Keménység Klorid Vas
………….
A vizsgált víz a ………. minőségi osztályba tartozik.
Szóban is foglaljátok össze a vízminta kémiai jellemzőit!
A vizsgálatokat végző(k) aláírása: ________________________________
190 5. számú melléklet
Egyes kémiai szennyező komponensek vizsgálata és annak elméleti alapjai (különösen a nem kémia szakos hallgatók figyelmébe)
Ammónia / amóniumion Nessler-reakció
A vizsgálat elve, hogy a Nessler-reagens (dikálium-tetrajodo-merkurát) lúgos oldata az ammóniumsók vizes oldatából sárgásbarna csapadékot választ le (híg oldatban sárgás színeződés tapasztalható).
NH3 + 2HgI42– + 3OH– → HgO.Hg(NH2)I + 7I– + 2H2O Kiértékelése a fellépő szín intenzitása alapján lehetséges.
Vizsgálat:
50 cm3 vizsgálandó vízmintához 5 cm3 kétszeresére hígított Nessler-reagenst adunk.
Nessler-reagens:
10 g HgI2-t és 7 g KI-ot 10 cm3 ammóniamentes desztillált vízben oldunk. Elegyítjük 16 g NaOH 50 cm3 térfogatú desztillált vizes oldatával. Az elegyet 100 cm3-re egészítjük ki. 24 órás állás után a dekantált oldatban feloldunk 50g K-Na-tartarátot.
Kiértékelés
Felülrőlnézve Oldalról nézve NH4+(mg/dm3)
színtelen színtelen 0
sárgás színtelen 0 – 0,05
világossárga sárgás 0,05– 0,20
sárga halványsárga 0,20–1,00
vörösbarna sárga 1,00–3,00
sötét vörösbarna vörösbarna 3,00 felett
Indofenolkék-reakció
Az egyes gyorstesztekben az ammónia koncentráció meghatározása az indofenolkék-reakcióval történik. A diákok a mérőedénybe az 5 cm3-es jelig vízmintát töltenek, majd az utasításoknak megfelelő sorrendben hozzáadják a számozott edényekben levő reagenseket.
A reakció lényege az, hogy a halogénezett szénhidrogén hatására a nátrium-hidroxidból nátrium-hipoklorit képződik. Az ammónia a hipoklorittal reagálva, 13-as pH-jú közegben aminná alakul. A monoklór-amin dinátrium-nitrozo-pentaciano-ferrát (Na-nitroprusszid) jelenlétében timollal N-kloro-2-isopropil-5-metil-kinonmonoimint képez, amely további timollal reagálva az indofenolkéket hozza létre.
191 A reakció lépései:
A kiértékelést a megadott színskála alapján végezhetik el a tanulók.
Timol
nátrium-hipoklorit
monoklór-amin
192 Nitrition
KI-os kimutatás
A vizsgálat lényege, hogy a természetes vizekben levő nitritionok hatására foszforsavas közegben KI-ból jód válik ki. A keletkező jódot keményítő indikátorral lehet kimutatni.
2HNO2 + 2KI + 2H+ = 2H2O + 2NO + I2 + 2K+
A kimutatás kiértékelése a fellépő szín intenzitása alapján lehetséges.
Vizsgálat:
50 cm3 vizsgálandó vízmintához 1 cm3 25%-os foszforsav oldatot és 4 cm3 keményítő indikátor oldatot elegyítünk, majd 0,1 g KI kristályt adunk hozzá. Jól összekeverjük, majd fél órán át sötét helyen tartjuk, utána értékeljük.
Keményítő indikátor:
0,02 g elporított keményítőt 1 cm3 desztillált vízzel eldolgozunk, majd 15 cm3 forró vízhez öntjük.
Kiértékelés
Felülről nézve Oldalról nézve NO2–(mg/dm3)
színtelen színtelen 0
halványkék színtelen 0–0,03
világoskék átlátszó halványkékes 0,03–0,10
kék, átlátszatlan világoskék 0,10–0,3
fekete sötétkék 0.3–0,5
sötétfekete kékeszöld 0,5 felett
A gyorstesztek, illetve tesztcsíkok lehetséges reakciói Szulfanilsavas kimutatás
A gyerekek feladata az, hogy a mérőedényt az 5 cm3-es jelig feltöltsék a vízmintával, majd az utasításoknak megfelelően hozzáadják a reagenseket. A reakció lejátszódása után a keletkező szín erősségét összehasonlítják a cég által készített színskálával, és így egy nitrition koncentráció értéket tudnak leolvasni (1.
ábra)
1. ábra
A gyorsteszt használata
193 A reakció lépései
Griess–Ilosvay-reagens
A módszer lényege, hogy a nitritionok savas közegben a szulfanilsavat diazotálják (lásd előző módszer), majd a képződött diazovegyület α–naftilaminnal kapcsolódva ibolyaszínű azoszínezéket képez.
A vizsgálandó mintához (5 cm3) kevés (0,2 cm3) Griess–Ilosvay-reagenst adunk. Már kis mennyiségű nitrit hatására is az oldat élénkvörös színű lesz. (Érzékenység 0,01 ppm.)
Griess–Ilosvay-reagens
70 cm3 vizet forrón α–naftil–aminnal telítünk (kb. 0,3 g), majd a megszűrt oldathoz 30 cm3 cc. ecetsavat adunk.
A szulfanilsav 1 g-ját ugyancsak 70 cm3 víz és 30 cm3 cc. ecetsav elegyében oldjuk. A két oldatot külön kell eltartani, és 1:1 arányú elegyét naponta elkészíteni.
194 Kromotropsavas reakció
A folyamat menete a diazónium kation keletkezéséig megegyezik a szulfanilsavas reakcióban leírtakkal. A diazónium kation reakcióba lép a kromotropsavval, és egy narancspiros színű azofesték keletkezik.
Nitrátion
A nitráttartalmat vizsgálhatjuk tesztcsíkkal és gyorsteszttel is. Gyorsteszt esetén a gyerekek a mérőedényt az 5 cm3-es jelig feltöltik a vízmintával, majd az utasításoknak megfelelően hozzáadják a reagenseket. A reakció lejátszódása után a keletkező szín erősségét összehasonlítják a cég által készített színskálával, és így egy nitrátion koncentráció értéket tudnak leolvasni.
A nitrátion kimutatása legtöbb esetben azon alapszik, hogy savas közegben először nitritionná redukáljuk. A következő lépésben a keletkezett nitrition reagál a szulfonilsavval. A keletkező diazónium kation reakcióba lép a 2,5-dihidroxi-benzoesavval (gentizinsav), ekkor egy sárgásbarna azofesték jön létre.
A nitrátionok nitritté történő redukciója ecetsavas közegben lejátszódik kadmiummal is.
195 NO3– + Cd + 2H+ NO2– + Cd2+ + H2O
Foszfátion
A foszfátion tartalmat vizsgálhatjuk tesztcsíkkal és gyorsteszttel is. Gyorsteszt esetén a gyerekek a mérőedényt az 5 cm3-es jelig feltöltik a vízmintával, majd az utasításoknak megfelelően hozzáadják a reagenseket. A reakció lejátszódása után a keletkező szín erősségét összehasonlítják a cég által készített színskáláva,l és így egy foszfátion koncentráció értéket tudnak leolvasni.
A kémiai reakció a foszfomolibdénkék (PMB) képződésén alapszik. A foszfátok savas közegben ammónium-molibdáttal sárga színű ammónium-foszfor-molibdátot (NH4)3[P(Mo3O10)4] hoznak létre. A keletkező csapadék gyengén savas közegben, redukálószer (például ón(II)-klorid, aszkorbinsav) hatására jól oldódó molibdénkékké alakul (NH4)3[P(Mo2O5)6].
Vízkeménység
A karbonátos kőzetek oldódása CO2 tartalmú vízben:
CaCO3 + CO2 + H2O Ca(HCO3)2
A savas ülepedés folyamata:
SO2 + 3H2O 2H3O+ + SO32−.
A karbonátos kőzetek oldódása híg savakban:
CaCO3 + 2H+ → H2O + CO2 + Ca2+.
A változó keménység eltávolítása kiforralással (A kazánkő és a vízkő képződésének folyamata):
Ca(HCO3)2 → CaCO3 + CO2 + H2O.
A lúgos hidrolízis folyamata:
HCO3– + H2O H2CO3 + OH–, CO32– + 2H2O H2CO3 + 2OH–. A vegyszeres vízlágyítás:
foszfátos: 3Ca2+ + 2PO43– → Ca3(PO4)2, karbonátos: Ca2+ + CO32– → CaCO3. A kemény víz reakciója a szappannal:
2Ca2+ + 2 C17H35COO– + 2Na+ → Ca(C17H35COO)2+ 2Na+. Az összes keménység meghatározásának alapja
Az összes keménység komplexometriás meghatározása azon a reakción alapszik, hogy komplexképződéses reakció játszódik le a vízben található kalcium- és magnéziumionok, valamint az EDTA-Komplexon III
(etilén-196 diamin-tetraecetsav-dinátriumsója) mérőoldat között. A mérés során használt indikátorok színes komplexet képeznek a kalcium- és magnéziumionokkal. Az EDTA mérőoldat hozzáadására a kalcium- és magnéziumionok leszakadnak az indikátorról, és ennek következtében az indikátor színe megváltozik.
A leggyakrabban használt indikátor az eriokromfekete-T, melynek színe vörösről kékre változik a folyamat során. Keverék indikátor esetében pirosból zöld színváltás tapasztalható.
Meghatározás tesztcsíkkal
A tesztcsíkot belemártjuk 1 másodpercre a vízmintába. (Nem a folyóvízbe.) Fontos, hogy minden négyzet a vízben legyen. Miután kivesszük a tesztcsíkot, lerázzuk a vizet róla. Egy perc reakcióidő után összehasonlítjuk a tesztzónán látható elszíneződést a doboz oldalán levő skálával.
A tesztnégyzetek száma Az összes keménység értéke 0nk A víz minősége
zöld piros-ibolya
4 0 0–3 nagyon lágy
3 1 4–7 lágy
2 2 8–14 közepesen kemény
1 3 15–21 kemény
0 4 21 felett nagyon kemény
Meghatározás titrimetriával
A gyerekek a mérőedényt feltöltik az 5 cm3-es jelig. Ezután a leírásnak megfelelően hozzáadják a cseppentős edényből vagy edényekből a reagenseket (mérőoldat, indikátor).
A megadott színváltozás lejátszódásához szükséges reagens cseppek száma megegyezik a vízminta összes keménységének német keménységi fokban megadott értékével.(1 csepp = 1 nk0)
197 Oldott oxigén
Az oldott oxigént a vízmintákban a Winkler-módszeren alapuló titrimetriás módszer segítségével határozhatjuk meg. Az adott mintához mangán(II)-klorid oldatot, majd kálium-jodidos lúgoldatot adunk. Az elegyet megsavanyítjuk, a kiváló jód mennyiségét tioszulfát mérőoldattal meghatározzuk. Az adagolóról közvetlenül az oldott oxigén koncentráció olvasható le, mg/dm3 mértékegységben.
A kémiai reakció lényege az, hogy a mangán(II)-ionok lúgos közegben reagálnak az oldott oxigénnel, és vízben oldhatatlan mangán(IV)-dioxid csapadék képződik. A következő lépésben a savas közegben a jodidion elemi jóddá alakul, miközben a mangán redukálódik. Az elemi jódot tartalmazó oldatot keményítő indikátor jelenlétében, tioszulfát oldattal színtelenre titráljuk.
A természetes vizeket az oxigéntelítettséggel is jellemezzük.Egy táblázat segítségével (5. számú melléklet), az adott hőmérsékletnek megfelelő optimális értéket kikeresve kiszámítható, hogy az általunk mért adat hány %-a az optimális mennyiségnek. Ez a telítettség %-os értéke. A két adat különbségéből pedig az ún. oxigénhiány, illetve -felesleg is kiszámítható.
198 5. számú melléklet
Az oxigéntelítettség meghatározásának táblázata.
Az oxigéntelítettség meghatározása a hőmérséklet függvényében, 760 Hgmm légnyomásnál. (Ez a vízpárával telített atmoszféra a tenger szintjén)
0C 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9
mgO2/l
0 14,16 14,12 14,08 14,04 14,00 13,97 13,93 13,89 13,85 13,81
1 13,77 13,70 13,66 13,63 13,59 13,55 13,51 13,51 13,48 13,44
2 13,40 13,37 13,33 13,30 13,26 13,22 13,19 13,15 13,12 13,08
3 13,05 13,01 12,98 12,94 12,91 12,67 12,84 12,81 12,77 12,74
4 12,70 12,67 12,64 12,60 12,57 12,54 12,51 12,47 12,44 12,41
5 12,37 12,34 12,31 12,28 12,25 12,22 12,18 12,15 12,12 12,09
6 12,06 12,03 12,00 11,97 11,94 11,91 11,68 11,85 11,82 11,79
7 11,76 11,73 11,70 11,67 11,64 11,61 11,58 11,55 11,52 11,50
8 11,47 11,44 11,41 11,38 11,36 11,33 11,30 11,27 11,25 11,22
9 11,19 11,16 11,14 11,11 11,08 11,06 11,03 11,00 10,98 10,95
10 10,92 10,90 10,87 10,85 10,82 10,80 10,77 10,75 10,72 10,70
11 10,67 10,65 10,62 10,60 10,57 10,55 10,53 10,50 10,48 10,45
12 10,43 10,40 10,38 10,36 10,34 10,31 10,29 10,27 10,24 10,22
13 10,20 10,17 10,15 10,13 10,11 10,09 10,06 10,04 10,02 10,00
14 9,96 9,95 9,93 9,91 9,89 9,87 9,85 9,83 9,81 9,78
15 9,76 9,74 9,72 9,70 9,68 9,66 9,64 9,62 9,60 9,58
16 9,56 9,54 9,52 9,50 9,48 9,46 9,45 9,43 9,41 9,39
17 9,37 9,35 9,33 9,31 9,30 9,28 9,26 9,24 9,22 9,20
18 9,18 9,17 9,15 9,13 9,12 9,10 9,08 9,06 9,04 9,03
19 9,01 8,99 8,98 8,96 8,94 8,93 8,91 8,89 8,88 8,86
20 8,84 8,83 8,81 8,79 8,78 8,76 8,75 8,73 8,71 8,70
21 8,68 8,67 8,65 8,64 8,62 8,61 8,59 8,58 8,56 8,55
22 8,53 8,52 8,50 8,49 8,47 8,46 8,44 8,43 8,41 8,40
23 8,38 8,37 8,36 8,34 8,33 8,32 8,30 8,29 8,27 8,26
24 8,25 8,23 8,22 8,21 8,19 8,18 8,17 8,15 8,14 8,13
25 8,11 8,10 8,09 8,07 8,06 8,05 8,04 8,02 8,01 8,00
26 7,99 7,97 7,96 7,95 7,94 7,92 7,91 7,90 7,89 7,88
27 7,86 7,85 7,84 7,83 7,82 7,81 7,79 7,78 7,77 7,76
28 7,75 7,74 7,72 7,71 7,70 7,69 7,68 7,67 7,66 7,85
29 7,64 7,62 7,61 7,60 7,59 7,58 7,57 7,56 7,55 7,54
30 7,53 7,52 7,51 7,50 7,48 7,47 7,46 7,45 7,44 7,43
199
0C 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9
mgO2/l
31 7,42 7,41 7,40 7,39 7,38 7,37 7,36 7,35 7,34 7,33
32 7,32 7,31 7,30 7,29 7,28 7,27 7,26 7,25 7,24 7,23
33 7,22 7,21 7,20 7,20 7,19 7,18 7,17 7,16 7,15 7,14
34 7,13 7,12 7,11 7,10 7,09 7,08 7,07 7,06 7,05 7,05
35 7,04 7,03 7,02 7,01 7,00 6,99 6,98 6,97 6,96 6,95
36 6,94 6,94 6,93 6,92 6,91 6,90 6,89 6,88 6,87 6,86
37 6,86 6,85 6,84 6,83 6,82 6,81 6,80 6,79 6,78 6,77
38 6,76 6,76 6,75 6,74 6,73 6,72 6,71 6,70 6,70 6,69
39 6,68 6,67 6,66 6,65 6,64 6,63 6,63 6,62 6,61 6,60
40 6,59 6,58 6,57 6,56 6,56 6,55 6,54 6,53 6,52 6,51
Példa
A mért vízhőmérséklet: 10,5 0C
Oxigéntelítettség értéke a táblázat szerint: 10,80 mg/l
A mért oxigéntartalom: 9,30 mg/l
__________________________________________________
Oxigénhiány: 1,5 mg/l
Oxigéntelítettség %-ban: 88,57 %
200 A BIOLÓGIAI VÍZMINŐSÍTÉS ÉS SZEREPE A KÖRNYEZETI NEVELÉSBEN
A biológiai vízminősítés helye, szerepe a környezeti nevelésben
Az emberi civilizáció kezdettől fogva használta és napjainkban egyre inkább kihasználja a Föld vízkészletét, miközben kevés figyelmet fordít arra, hogy a következő generációk számára is változatlan minőségben maradhasson a jólét és gyönyörűség forrása. A környezeti nevelés egyik fontos feladata, hogy figyelmeztessen a vizeinkben bekövetkezett kedvezőtlen változásokra, ezek gazdasági és biológiai hátterére. A változások nyomon követéséhez, a különböző vizek összehasonlításához szükségünk van olyan módszerekre, amelyekkel megmérhetjük, kifejezhetjük minőségüket. A biológiai vízminőség a víz azon tulajdonságainak összessége, amelyek a vízi élővilág létét meghatározzák, biztosítják, valamint meghatározzák a víz gazdasági felhasználását.
A vízminőség átfogó mérése, értékelése a levegő és a talaj ilyen célú vizsgálatánál a gyerekek és a laikus érdeklődők számára könnyebben hozzáférhető, elsajátítható. Segítségünkre lehet a helyi problémák feltárásában és megoldásában, hiszen sajnos majdnem minden település közelében van egy olyan víz, tavacska vagy patak, amelyet szennyeződés ér. Ennek kimutatására, a szennyező forrás felderítésére a biológiai vízminősítés is igen alkalmas lehet. Segít minket abban is, hogy folyamatosan ellenőrizzük a környezetünkben végbemenő változásokat, és már csak egy kis lépésre vagyunk a biominitoringtól. Értékes adatokkal szolgálhat nekünk akkor is, ha egy terület valamilyen szintű védetté nyilvánítását készítjük elő.
Beilleszthető-e mindez az iskolai oktatás keretei közé? Mivel időigényes terepmunkáról és az azt követő kiértékelésről van szó, ezért a tanórákon legfeljebb megemlíthetjük módszereit, beszélhetünk a lényegéről, jelentőségéről. Viszont a biológiai vízminősítés a szakköri foglalkozásokon, környezetvédelmi akciók során, táborokban fontos része lehet oktató-nevelő munkánknak. Hasznos más projektekben való részvétel esetében is, valamint a tanulmányi versenyek pályamunkájának megírásakor is kiválóan alkalmazható módszertani alapvetés. Végül, ami talán a legfontosabb, a vizsgálatokban résztvevők nemcsak megértik, hanem át is érzik az élő és élettelen környezet kapcsolatát és a bioindikáció lényegét. Később, a gazdaság bármely területén is találják meg a helyüket, ezek az emberek minden valószínűséggel a vízfolyásokban és a tavakban nem a kommunális és ipari szennyvizek levezetőit és tárolóit fogják látni, hanem az élet sokszínűségének hordozóit, és így is fognak bánni velük.
A biológiai vízminősítés és előnyei
Fogalmát kiválasztott biológiai jellemzők alapján Hynes vezette be 1971-ben (HYNES, 1971).
Magyarországon Felföldy munkássága a rutinvizsgálatok területére is kiterjedt (FELFÖLDY L.,1984,1987.). A vízminőség meghatározása és kifejezése történhet fizikai és kémiai vizsgálatokkal, a vízi élővilág kvalitatív és kvantitatív vizsgálatával, a bioindikáció elvének alkalmazásával, valamint a vizsgált mintában tartott előlények viselkedésének megfigyelésével, azaz toxicitási tesztekkel.
Tanulmányi kirándulások, erdei iskolák, környezet- és természetvédő táborok programjában egyre gyakrabban szerepel egy patak vagy egy folyószakasz életközösségének megismerése. A vizsgálatok fontos részét képezik az emberi hatások, a vízszennyezések felmérése, detektálása. Ennek érdekében a diákok egyszerűbb vízkémiai vizsgálatokat végeznek, amit sok esetben a vízminőséget jól indikáló makrogerinctelen állatvilág tanulmányozása egészít ki (KRISKA GY, 2001A). Hazánkban is sikeresen megvalósul a BISEL, a bioindikációt az oktatásba integráló környezetvédelmi országos program, így mondhatjuk azt is, hogy a vízvizsgálatok a környezeti nevelés szerves részévé váltak.
A vízi makroszkópikus gerinctelen élőlényegyüttes (a makrozoobenton) vizsgálatával kapott adatok értékelése azonban többségében esetleges. Ennek egyik oka a módszerek rapszódikus alkalmazása, valamint a módszerekhez szükséges fajismeret és az egyes élőlénycsoportok biztonságos felismerését segítő rajzos határozókulcsok hiánya jelentette. Ez utóbbiban változást jelent a Magyarországi Tereptanulmányi Központ (FSC) egyszerű, kétoldalas rajzos határozókulcsa, valamint a Kriska György által összeállított rajzos határozó (KRISKA GY., 2001). Ez a határozókulcs azért is jó, mert a szerző a szakirodalmi adatok és saját terepi