5.2. Kemija vodnih sustava i tla

Zadatak:

Za određivanje koncentracije iona žive Hg²⁺ u morskoj vodi koristimo se atomskom emisijskom spektroskopijom. Kalibracijski podaci su dani u tablici:

Odredite molarnu koncentraciju c(Hg²⁺) ako je izmjereni intenzitet emisije uzorka mora I = 0,083.

Rješenje:

Primijetimo da je kalibracija provedena u terminima masene koncentracije iona Hg²⁺. Sad grafički prikažemo tablične podatke te ih uskladimo s pravcem I = aγ(Hg²⁺):

Jednadžba dobivenog kalibracijskog pravca glasi:

I = 0,00205 mL ng^-1·γ(Hg²⁺)

Dakle, uvrštavanjem dobivamo:

γ(Hg²⁺) = 40,49 ng mL^-1 = 40,49·10^-6 g dm^-3

Sad još masenu koncentraciju γ(Hg²⁺) trebamo pretvoriti u molarnu c(Hg²⁺). S obzirom na to da je veza molarne i masene koncentracije dana izrazom:

γ = cM

za to nam treba molarna masa Hg, koja iznosi M = 200,6 g mol^-1. Prema tome:

c(Hg²⁺) = 2,02·10^-8 mol dm^-3 = 20,2 nmol dm^-3

Valjkasti uzorak tla promjera 5 cm i duljine 8 cm sadrži 257 g svježeg tla. Nakon žarenja tog uzorka na 1100 °C, njegova masa iznosi 196 g. Odredite:

1. gravimetrijski udio vode u tlu;
2. volumetrijski udio vode u tlu;
3. gustoću rastresitog tla;
4. postotak praznog prostora u tlu;
5. postotak vodom popunjenog praznog prostora;
6. postotak zrakom popunjenog praznog prostora.

Uzmimo da je gustoća vode 0,997 g cm^–3.

Postupak:

Volumen uzorka je:

[latex]\mathit{V}=\mathit{r}^2\pi \cdot \mathit{h}[/latex]

[latex]\mathit{r} = 2,5[/latex] cm

[latex]\mathit{h} = 8[/latex] cm

[latex]\mathit{V} = (2,5 \space cm)^{2}\cdot 3,14 \cdot (8 \space cm) = 157[/latex] cm³

1. Gravimetrijski udio vode: 

[latex]\mathit{m}\left(voda\right)\space =257\space g-196\space g=61\space g[/latex]

[latex]\mathit{w}(voda)=\dfrac{\mathit{m}(voda)}{\mathit{m}(uzorak)}\cdot 100[/latex]

[latex]\mathit{w}(voda) = \dfrac{61 \space g}{256 \space g}\cdot[/latex] 100 %

[latex]\mathit{w}(voda) = [/latex] 24 %

2. Volumetrijski udio vode:

[latex]\mathit{v}(voda) = \dfrac{\mathit{V}(voda)}{\mathit{V}(uzorak)}\cdot[/latex] 100 %

[latex]\mathit{v}(voda) = \dfrac{\mathit{m}(voda)}{\rho(voda)\cdot\mathit{V}(uzorak)}\cdot[/latex] 100 %

[latex]\mathit{v}(voda) = \dfrac{61 \space g}{0,997\text{\space g cm}^{-3}\cdot 157 \space cm^{3}}\cdot[/latex] 100 %

[latex]\mathit{v}(voda) = 39[/latex] %

3. gustoća rastresitog tla

[latex]\rho(\text{suho tlo}) = \dfrac{\mathit{m}(\text{suho tlo})}{\mathit{V}(uzorak)}[/latex]

[latex]\rho(\text{suho tlo}) = \dfrac{196 \space g}{157 \space cm^{3}} = 1,25 \text{\space g cm}^{-3}[/latex]

4. postotak praznog prostora u tlu

Ako je gustoća čestice tla 2,6 g cm^–3, onda je volumen čestica tla:

[latex]\mathit{V}(\text{čestice tla}) = \dfrac{\mathit{m}(\text{suho tlo})}{\rho(\text{čestice tla})} = \dfrac{196 g}{2,6 \text{g cm}^{-3}}= 75,4 cm^{3}[/latex]

[latex]\mathit{v}(\text{prazni prostor}) = \dfrac{\mathit{V}(uzorak) - \mathit{V}(\text{čestice tla})}{\mathit{V}(uzorak)}\cdot[/latex] 100 %

[latex]\mathit{v}(\text{prazni prostor}) = \dfrac{157  cm^{3} - 75,4 cm^{3}}{157 cm^{3}}\cdot[/latex] 100 %

[latex]\mathit{v}(\text{prazni prostor}) = [/latex] 52 %

5. vodom popunjen prazni prostor

[latex]\text{(}vodom\space popunjen\space prazni\space prostor)=\dfrac{\mathit{V}(voda)}{\mathit{V}(prazni\space prostor)}\cdot 100 %\space [/latex]

[latex]\text(vodom\space popunjen \space prazni prostor) = \dfrac{\mathit{V}(voda)}{\mathit{v}(\text{prazni prostor})\mathit{V}(uzorak)}\cdot[/latex] 100 %

[latex]\text(vodom \space popunjen \space prazni \space prostor) = \dfrac{61 \space g}{0,997 \text{g cm}^{-3}\cdot 0,52\cdot 157 \space cm^{3}}\cdot[/latex] 100%

[latex]\text(vodom \space popunjen \space prazni \space prostor) = [/latex] 75 %

6. zrakom popunjen prazni prostor

[latex]\text(zrakom\space popunjen \space prazni \space prostor) = (1 - \text(vodom \space popunjen\space prazni \space prostor))\cdot[/latex] 100%

[latex]\text(zrakom \space popunjen \space prazni \space prostor) = (1 - 0,75)\cdot[/latex] 100 %

(zrakom popunjen prazni prostor) = 25 %