Ćwiczymy precyzję i dokładność, doskonalimy kompetencje kluczowe i miękkie, a do tego świetnie się bawimy…

…tak w skrócie możemy opisać kolejne laboratoryjne zajęcia chemiczne, które w sobotę, 11 czerwca odbyły się w ramach projektu edukacyjnego “Matematyka mentalna i chemia eksperymentalna – nic trudnego z Długoszem!” współfinansowanego przez Fundację Anwil. Trzecie zajęcia projektowe, w których udział wzięło ponad trzydziestu uczniów, poświęcone były oznaczeniu wybranych parametrów fizykochemicznych wody pobranej z Wisły na podstawie wiedzy, umiejętności i doświadczenia zdobytego na wcześniejszych spotkaniach. Na ostatnich zajęciach, już po zakończeniu roku szkolnego, dokonamy podsumowania i ewaluacji zajęć oraz dopracujemy raport końcowy.

W trakcie trzecich zajęć wykonaliśmy analizy dla 21 próbek wody pobieranych każdego dnia z Wisły we Włocławku. W momencie pobrania próbki, uczniowie dokonywali pomiaru temperatury i oceniali klarowność wody. Następnie próbki przynosiliśmy do pracowni chemicznej, gdzie czekały na analizy typowo laboratoryjne.

Dla każdej z próbek wody zmierzyliśmy pH oraz oznaczyliśmy pięciokrotnie gęstość, suchą pozostałość, twardość ogólną, w tym zawartość kationów wapnia i magnezu po wcześniejszym zmianowaniu roztworu wersenianu disodowego (EDTA), kwasowość lub zasadowość mianowanym roztworem odpowiednio zasady sodowej lub kwasu solnego oraz sprawdziliśmy, czy składniki wody reagują z charakterystycznymi jonami wykorzystując technikę chemii w małej skali.

Oznaczanie gęstości wody

Do czystej, suchej i zważonej na wadze analitycznej zlewki odmierzyliśmy pipetą jednomiarową 25 ml badanej próbki wody. Zlewkę z wodą zważyliśmy na wadze analitycznej. Różnica obu tych pomiarów to masa wody w zlewce. Gęstość w g/ml obliczyliśmy dzieląc tę masę wyrażoną w gramach przez 25 ml.

Maksymalną swoją gęstość, czyli 1,0000 g/ml, woda przyjmuje w temperaturze 277 K i pod ciśnieniem atmosferycznym. Temperatura wody w pobranych próbkach była znacznie wyższa, dlatego oznaczone wartości jej gęstości były nieco niższe niż 1 g/ml i korelacyjnie zależały oczywiście od temperatury.

Oznaczanie suchej pozostałości

Do czystej, suchej i zważonej na wadze analitycznej zlewki odmierzyliśmy pipetą jednomiarową 25 ml badanej próbki wody. Zlewkę szczypcami postawiliśmy na kuchence grzejnej i odparowaliśmy do sucha. Po ostygnięciu w atmosferze powietrza, zlewkę ponownie zważyliśmy. Różnica mas to nierozpuszczalne składniki wody z Wisły. Wyniki podawano w mg/ml.

Woda z Wisły to próbka środowiskowa, dlatego jej skład z dnia na dzień może się mocno różnić. Pobierając próbkę staraliśmy się, aby nie zaczerpnąć piasku z dna. Cała sucha pozostałość to zatem składniki nierozpuszczone niesione przez wodę płynącą. Ich zawartość w przeliczeniu na litr wody mocno się waha od kilku miligramów do kilkunastu gramów. Pobieżna analiza nie wskazuje na jakąkolwiek korelację z innymi oznaczanymi parametrami.

Analiza jakościowa reakcji z charakterystycznymi jonami i pomiar pH

pH próbki wody zmierzyliśmy za pomocą skalibrowanego pH-metru.

Reakcje składników wody z charakterystycznymi jonami przeprowadziliśmy wykorzystując nowatorską i szybko rozwijającą się na świecie technikę chemii w małej skali. Zamiast prowadzić reakcje w zlewkach, kolbach czy probówkach w ilościach mililitrowych, można identyczny efekt uzyskać używając wyłącznie jednej kropli każdego odczynnika. Reakcję przeprowadza się bezpośrednio na stole, jeśli jest on pokryty odpowiednim materiałem lub na zabezpieczającym tworzywie, np. zwykłej plastikowej koszulce. Sprawdziliśmy, czy składniki wody reagują z dwunastoma kationami i dziewięcioma anionami.

pH próbek wody waha się od 6,4 do 8,4. Wartości te wyraźnie pokazują, że zawartość Wisły z dnia na dzień niestety mocno się zmienia.

Tezę tę potwierdza analiza jakościowa z charakterystycznymi jonami, która daje wyniki zupełnie przypadkowe niepodlegające żadnym spójnym regułom.

Oznaczanie twardości ogólnej oraz kationów wapnia i magnezu

W celu oznaczenia twardości ogólnej wody, czyli sumy kationów wapnia i magnezu, wykorzystaliśmy szeroko stosowaną miareczkową metodę w układzie klasycznym z wersenianem disodowym (EDTA) jako titrantem. Stężenie EDTA zostało wyznaczone na odważki soli wapniowej.

Uzyskane wyniki twardości wody pobranej w tym samym miejscu w różne dni kolejny raz potwierdzają nieprzewidywalny skład chemiczny naszej największej rzeki. Twardość wody zmienia się przypadkowo w szerokim zakresie stopni niemieckich od bardzo miękkiej do bardzo twardej.

Oznaczanie kwasowości i zasadowości

Tę analizę wykonywaliśmy w dwóch wariantach w zależności od oznaczonego wcześniej pH. Wyniki przedstawialiśmy jako liczbę ml roztworu kwasu solnego o stężeniu 0,1 mol/l (zasadowość) lub liczbę ml roztworu zasady sodowej o stężeniu 0,1 mol/l (kwasowość), którą należy zużyć na zmiareczkowanie 100 ml badanej wody wobec odpowiedniego wskaźnika kwasowo-zasadowego (oranżu metylowego lub fenoloftaleiny).

Wyniki przez nas uzyskane dobrze korelują z wartościami pH wód. Dokładniejsze analizy i pełniejszą statystykę przedstawimy w raporcie końcowym z projektu chemicznego.

Zajęcia chemiczne w ramach projektu edukacyjnego “Matematyka mentalna i chemia eksperymentalna – nic trudnego z Długoszem!” współfinansowanego przez Fundację Anwil zostały tak zaplanowane, aby opracowane i przetestowane procedury analityczne z wykorzystaniem techniki instrumentalnych i klasycznych mogły zostać użyte ponownie do analiz innych partii wód. Uczestnicy projektu poznają niejako od kuchni zawód chemika analityka, co wpisuje się w realizację podstaw doradztwa zawodowego na lekcjach chemii. Udział w zajęciach chemicznych kształtuje i rozwija w uczniach szereg kompetencji kluczowych wskazanych przez Unię Europejską, a także pozwala na ćwiczenie kompetencji miękkich, tak bardzo potrzebnych w dzisiejszym świecie. Wspólne wycieczki po wodę nad Wisłę, a potem grupowa analiza pobranych próbek, pozytywnie wpływają na integrację uczestników, rozwijają w nich umiejętności planowania czasu, nastawienia swoich działań na realizację określonych celów, czytania ze zrozumieniem przepisów laboratoryjnych i współpracy w grupie. Uczniowie zdobywają nowe umiejętności posługiwania się pipetami, wagą analityczną, biuretą, pH-metrem i odczynnikami chemicznymi, co zwykle zarezerwowane jest dla wąskiego grona specjalistów.

Jako prowadzący zajęcia, kolejny raz serdecznie dziękuję wszystkim uczestnikom za ich zaangażowanie, zachowanie i atmosferę w trakcie wspólnej chemicznej przygody.

Konrad Trokowski

Skip to content