I.auditorna ITK-EZ 2015 2016

7/25/2019 I.auditorna ITK-EZ 2015 2016

1/5

I. AUDITORNA VJEBA

FSB

Zagreb,Katedra

za

inenjerstvo

vode

i

okolia

//

KolegijEKOLOKA

ZATITA

(ITK)

|

2015

1

KVANTITATIVNO IZRAAVANJE SASTAVA IZRAAVANJE KONCENTRACIJA

A. VODENE OTOPINE/SUSPENZIJE

A.1 Definiranje terminaOTOPINE homogene smjese istih tvari. U pravim (molekulskim) otopinama promjer otopljenihtvari je manji od 10-9m.Homogene tvari tvari koje su u svakom djeliu iste (isto eljezo, bakar, sumpor, kristalkuhinjske soli).Heterogene tvari sastavljene od meusobno odijeljenih djelia homogenih tvari (granit,mlijeko, dim, sivo eljezo).OTOPINE sadre dvije ili vie tvari pomijeanih u stanju molekulske disperzije, a tvari koje ineotopinu nazivamo KOMPONENTAMA.Komponenta koja se nalazi u otopini u obino puno veoj koliini od ostalih komponenata naziva seOTAPALOM(disperzna faza), dok se ostale komponente nazivaju OTOPLJENIM TVARIMA(dispergiranafaza).Treba napomenuti da i samo otapalo moe biti smjesa.

SUSPENZIJEkrupni disperzni sistemi u kojima su krute estice, vee od 0,45 m, dispergirane unekoj tekuini. Suspenzije redovito imaju zamueni izgled.Mehanikim postupkom filtracije odjeljujemo suspendirane tvari (talog koji zaostaje na filtru) odtekuine.Sljedea slika prikazuje raspon veliina estica pojedinih tvari:

Polumjer

atoma

Metalni

ioni Sintetske

boje

m

(log mjerilo)

10001001010,10,010,001

Crvena

krvna

zrnca

Pijesak

Aktivni ugljen

u granulama

Ugljena praina

Pelud

BakterijeVirusi

Duhanski dim

Azbestna praina

Koloidna silikaPesticidi

Soli u

vodi

Magla

OTOPINE GRUBE DISPERZIJEKOLOIDNE DISPERZIJE

Raspon veliina pojedinih estica


2/5

I. AUDITORNA VJEBA

FSB

Zagreb,Katedra

za

inenjerstvo

vode

i

okolia

//

KolegijEKOLOKA

ZATITA

(ITK)

|

2015

2

A.2 Kvantitativno izraavanje sastava otopina

Sastav otopina moe se izraziti sljedeim jedinicama:

mol/L, mol/kg, mg/L, mg/kg, ppm.

Koncentracije se najee izraavaju u postocima, pa je potreban oprez zbog greaka koje mogunastati. Razlikujemo:

maseni postotak (w/w)= %100otopinemasa

tvariotopljenemasa

volumni postotak (v/v)= %100otopinevolumen

tvariotopljenevolumen

maseno/volumni postotak (w/v)= %100otopinevolumen

tvariotopljenemasa

NAPOMENA: Izrazi se odnose na otopinu, a ne na otapalo!

Najee se za izraavanje koncentracije otopljenih tvari u vodenim otopinama upotrebljavajujedinice koje se temelje na molarnosti.Na primjer, znamo da morska voda sadri priblino 1,99% w/v klorida (% weight/volume = masa(g) klorida/100 mL otopine), pa je to:

L

mol0,561

mol

g35,5

L

g19,9

= .

Uobiajeno je koncentracije elemenata odnosno spojeva koji su prisutni u vrlo malim koliinamaizraavati kao mol/L, odnosno nmol/L.esto se takve niske koncentracije izraavaju u jedinicamaparts per million(ppm),parts per billion(ppb),parts per trilion(ppt).

Upotreba tih jedinica danas je iroko rasprostranjena, stoga je potrebno ukazati na neke problemevezane uz njihovu primjenu.Kada govorimo o vodenim otopinama jedinica ppm se uzima kao ekvivalentna jedinici gramotopljene tvari na milijun mililitara otopine, to je isto kao i g/mL, odnosno mg/L. Ove jedinicepodrazumijevaju gustou vode od 1 kg/L. To je obino dobra pretpostavka za rijeke, jezera i druge

izvore slatke vode, ali je netona za oceane gdje je gustoa 1,025 kg/L pri 15 C. U tim sluajevimaprikladnije je izraavati jedinice koncentracije na jednoznaan, nedvosmislen nain preko mase povolumenu, odnosno mase po masi.

Sljedea komplikacija vezana uz koritenje "parts per..." tipova jedinica proizlazi iz odabirakonkretne kemijske tvari kod raunanja mase, to je ilustrirano sljedeim primjerom:

+=

=

+

=

+

=

+

=

+

=

4NH

L

mmol0,56

L

4NHmol

4105,56L

4NHmol

18

1

0,01L

4NHg31010

L

4NHmg10

ppm10


3/5

I. AUDITORNA VJEBA

FSB

Zagreb,Katedra

za

inenjerstvo

vode

i

okolia

//

KolegijEKOLOKA

ZATITA

(ITK)

|

2015

3

Reakcijom nitrifikacijeamonijani duik se uz pomobakterija oksidira u nitratni ion, pri emu odjednog amonijevog iona nastaje jedan nitratni ion:

O2H4H2NO3O2NH 22asNitrosomon

24 ++ + ++

+ 3

rNitrobacte

22 2NOO2NO

+

=== 3

3343444 NOppm34,4L

NOmg1062105,56

L

NOmol105,56

L

NHmol105,56 .

Oito je da se vea brojana vrijednost nitrata (NO3-) iskazanih kao ppm ne moe tumaitinastajanjem dodatnih specija koje sadre duik, ve se objanjava njihovom razlikom u molarnojmasi, tj. M(NO3-) > M(NH4+).

Da bi se izbjegli ovakvi sluajevi potrebno je koncentracije (NH4+, NO3-) prikazati u odnosu na duik:

Nppm7,7L

Nmg7,7

NOmmol

Nmg14

L

NOmmol

62

34,4

L

NOmg34,4NOppm34,4

3

33

3 ====

, ili

Nppm7,7L

Nmg7,7

NHmmol

Nmg14

L

NHmmol

18

10

L

NHmg10NHppm10

4

44

4 ==== +

++

+ ,

ili ostaviti molarnu koncentraciju od 0,56 mmol/L koja je ista bez obzira radi li se o amonijaku,odnosno nitratu.

B. VRSTE TVARI

Za kvantitativno izraavanje sastava vrstih tvari koriste se maseni udjeli. Na primjer, prosjenakoncentracija vanadija u Zemljinoj kori iznosi priblino 160 g/g to je nedvojbeno ba 160 ppm.U ovom sluaju ppm predstavlja grame vanadija na milijun grama krutine i jednak je g/g odnosnomg/kg.

C. PLINOVI

Sastav plinova moe se izraziti sljedeim jedinicama:

mol/m3, g/m3, L/m3, ppm.

Kod plinova najee se koriste udjeli ili postotne koncentracije, ali su oni obino iskazani namolarnoj osnovi. Na primjer, molni udio duika u suhom zraku u troposferi iznosi 0,7808, tj.78,08%, to znai da na svakih 100 mola ukupne mjeavine (suhi zrak) dolazi 78,08 mola duika.S obzirom na to da se omjer volumena pojedinog plina (sudionika mjeavine) i volumena samemjeavine odnosi kao omjer parcijalnog tlaka tog plina pod kojim stoji u mjeavini i ukupnog tlakamjeavine, vrijedi da se za atmosferski tlak p= 101325 Pa, parcijalni tlak duika moe izraunatikao produkt volumenskog (molnog udjela) duika i tlaka mjeavine:

Pa107,911Pa1013250,7808 4= .


4/5

I. AUDITORNA VJEBA

FSB

Zagreb,Katedra

za

inenjerstvo

vode

i

okolia

//

KolegijEKOLOKA

ZATITA

(ITK)

|

2015

4

Za plinove niskih koncentracija "parts per..." familija jedinica se esto koristi, a one mogu bitiizraene na osnovi molariteta, volumena ili tlaka. Ako kaemo da je sadraj metana u suhom zrakutroposfere 1,7 ppmv, tada nas slovo "v" u jedinici podsjea na to da se radi o volumenskom,odnosno molnom udjelu metana u suhom zraku, tj. da u svakom molu zraka ima 1,7 mola metana

( ppmv1,7mol

mol101,7

mol1

mol1,76

==

). Prosjena molarna masa zraka iznosi 29 g mol-1. Stoga je

koncentracija metana od 1,7 ppmv isto to i 0,94 ppm s obzirom na masu (nema slovo "v" izajedinice ppm!), uz napomenu da se izraavanje koncentracija plinova na ovaj nain ipak rjeekoristi:

ppm0,94zrakag

CHg10

29

161,7

zrakag29

CHg16101,7

zrakamol

CHmol1,7ppmv1,7

4646

4=

=

==

.

Jedinice oblika masa po volumenu, mol po volumenu ili molekule po volumenu ee sekoriste za izraavanje koncentracije plinova i estica u atmosferi.

Pri temperaturi = 0 C i tlaku p = 101325 Pa (normalno stanje) volumen idealnog plinapriblino iznosi V = 22,41 L. Za kisik koji ima volumenski udio u zraku 20,95% (rO2= 0,2095)preraunavanje koncentracije u mg/L izvodi se na sljedei nain:

1L zraka sadri 1/22,41 mol, tj. 0,04462 mol zraka; M(O2) = 32 mg/mmol

Koncentracija kisika izraena u mg/L:

.L

Omg299,2

Ommol

Omg32

L

Ommol9,35

L

Ommol9,35

L

Omol0,00935

zrakamol

Omol0,2095

zrakaL

zrakamol0,04462

2

2

22

222

==

===

Dakle, pri normalnom stanju koncentracija kisika u suhom atmosferskom zraku iznosi 299,2 mg/L.

Primjer 1.: Potrebno je pretvoriti 1 ppmv SO2pri tlakup= 101325 Pa i = 0 C u g/m3!

p= 101325 Pa; T= 273 K; M(SO2) = 64 g/mol; Rm = 8,314 J/(molK).

zrakam

SOg2856m0,02241

SOg64

m0,02241

SOg6410zrakamol

SOmol10ppmv13

2

3

2

3

2626====

.

ODGOVOR: 1 ppmv SO2= 2856 g/m3

Jednadba stanja idealnog plina

pV= nRm T

Za n=1 mol i T= 298,15 K (= 25 C) slijedi volumen:

( )L24,46m0,02446

Pa101325

K298,15Kmol

J8,314mol13

==

=

=p

TRnV m .


5/5

I. AUDITORNA VJEBA

FSB

Zagreb,Katedra

za

inenjerstvo

vode

i

okolia

//

KolegijEKOLOKA

ZATITA

(ITK)

|

2015

5

Pri istom tlaku i pri T= 298,15 K, 1 ppm SO2= 2616 g/m3!

Primjer 2.: Prosjena koncentracija ozona u Jakarti iznosi 0,015 mg/m3, dok u Tokiju iznosi 20 ppbv.U kojem gradu je vea koncentracija ozona u zraku?

.m

Omg0,0428

zrakam0,02241

Omg10481020

zrakamol

Omol1020)(O 3 33 3

39

39

Tokio3 =

==

c

ODGOVOR: c(O3)Tokio> c(O3)Jakarta

Primjer 3.: Maksimalno doputena koncentracija CO na radnom mjestu iznosi 30 mL/m3 (30 ppm).Koliko je to mg/m3CO, ako je T= 293,15 K, a tlakp= 101325 Pa?

33

3

66

m

COmg1,164

m0,02405

COmg102810

zrakamol

COmol10COppm1 =

==

( ) 3m0,02405Pa101325

K293,15Kmol

J8,314mol1

=

== VTRnVp m

33m

COmg35

m

COmg1,16430COppm30 = .

ODGOVOR: 30 mL/m3CO= 30 ppm CO = 35 mg/m3CO

Napomena: Pri koncentraciji od 74 ppm CO u atmosferi, 10% hemoglobina (Hb) u krvi je blokirano zatransport kisika!

Primjer 4.: Ako koncentracija kisika u suhom zraku iznosi 299,2 mg/L, koliko je to ppmv O2?

2

26

23232

2

Oppmv209533zrakamol

Omol10209533

zrakamol

Omol10209,533

zrakamol

Omol10

32

22,41299,2

zrakamol22,41

1

Ommol32

1

299,2L

Omg299,2

==

====

ODGOVOR: 299,2 mg O2/L= 209533 ppm O2

I.auditorna ITK-EZ 2015 2016

Documents

Transcript of I.auditorna ITK-EZ 2015 2016