| Nahlásit

Koncentrace mědi ve vodě

Zadání:

Zjistěte koncentraci mědi (Cu2+) ve vodárenské nádrži ze které se odebírá pitná voda pro vaše bydliště. Jaké riziko představují pro kvalitu této vody komplexotvorná činidla,používaná v moderních pracích prášcích? Předpokládejte že koncentrace EDTA ve vodě může dosáhnout 10-5 mol/l.
Pokud nenajdete údaj o koncentraci těžkého kovu, předpokládejte že dosahuje maximální přípustné koncentrace pro vodárenskou vodu.

Zjištěné údaje:

Cu:
Limit pro pitnou vodu: 1 mg/l
Molární hmotnost : 63,54 g / mol
C10H16N2O8(EDTA):
Konecetrace ve vodě: 10-5 mol/l
Molární hmotnost: 292,245 g / mol [3]
Disociační konstanty: K1= 1,02 * 10 -2 H3Y- [4]
K2= 2,14 * 10 -3 H2Y2
K3= 6,92 * 10 -7 HY3-
K4= 5,49 * 10 -11 Y4-

Další údaje:
pH vody: 8
KCu(OH)2: 1,585 * 10 -19
Kc: 6,3 * 10 18


[H+] = 10-pH = 10-8 mol/l
[OH-] = 10-14/10-8 = 10-6 mol/l

1) Převod koncentrace Cu z mg/l na mol/l

63,54 g Cu ……….. 1 mol
0,001 g Cu ……….. x molů

x = 0,001/63,54 = 1,574 * 10-5 mol/l Cu


2) Výpočet koncentrace Cu2+ ve vodě


Zadání:

Zjistěte koncentraci mědi (Cu2+) ve vodárenské nádrži ze které se odebírá pitná voda pro vaše bydliště. Jaké riziko představují pro kvalitu této vody komplexotvorná činidla,používaná v moderních pracích prášcích? Předpokládejte že koncentrace EDTA ve vodě může dosáhnout 10-5 mol/l.
Pokud nenajdete údaj o koncentraci těžkého kovu, předpokládejte že dosahuje maximální přípustné koncentrace pro vodárenskou vodu.

Zjištěné údaje:

Cu:
Limit pro pitnou vodu: 1 mg/l
Molární hmotnost : 63,54 g / mol
C10H16N2O8(EDTA):
Konecetrace ve vodě: 10-5 mol/l
Molární hmotnost: 292,245 g / mol [3]
Disociační konstanty: K1= 1,02 * 10 -2 H3Y- [4]
K2= 2,14 * 10 -3 H2Y2
K3= 6,92 * 10 -7 HY3-
K4= 5,49 * 10 -11 Y4-

Další údaje:
pH vody: 8
KCu(OH)2: 1,585 * 10 -19
Kc: 6,3 * 10 18


[H+] = 10-pH = 10-8 mol/l
[OH-] = 10-14/10-8 = 10-6 mol/l

1) Převod koncentrace Cu z mg/l na mol/l

63,54 g Cu ……….. 1 mol
0,001 g Cu ……….. x molů

x = 0,001/63,54 = 1,574 * 10-5 mol/l Cu


2) Výpočet koncentrace Cu2+ ve vodě

C(Cu2+)=K(CuOH2)/(OH)na2=1,585 * 10-19/(10-6)2=1,585 * 10 -7 mol/l




3) Koncentrace Cu2+ ve vodě s EDTA


Cu2+ + Y4- = CuY2-


[ Cu Y 2- ] = Kc * [ Y4- ] * [ Cu2+ ] = Kc * ------------------- * [ Cu2+ ]
[ H+ ]

→ A [ HY3- ] → A [ EDTA ] – A [ Y4- ] – [ CuY2+ ]


Kc * K3 * [ Cu2+ ] (6,3 * 10 18 ) * ( 6,92 * 10 -7 ) * ( 1,585 * 10 -7 )
A = ------------------------- = -------------------------------------------------------------
[ H+ ] 10 -8


A = 6,862 * 10 15


A [ EDTA ] (6,862 * 10 15 ) * (10 -5 )
[ Cu Y 2- ] = = ------------------- = -----------------------------
1 + A 1 + 6,862 * 10 15

[ Cu Y 2- ] = 1 * 10 -5 mol /l


4) Celková koncentrace mědi ve vodě

Ccelk.= [Cu2+]+[CuY2-]= (1,585*10-7)+(1*10-5)= 1,01585 *10-5 mol/l Cu2+

5) Závěr

Limit pro měď v pitné vodě je 1,574*10-5 mol/l , limit tak nebyl překročen. Přesto po přidání EDTA stoupla koncentrace mědi ve vodě o 2 řády. To souvisí se schopností EDTA mobilizovat těžké kovy ze sedimentů.


Otázka zní: Jak by se musely změnit podmínky, aby byl limit ppřekročen?
Témata: chemie

18 reakcí

| Nahlásit
Odpověď je jednoduchá. Buď by se muselo změnit pH tak, aby stoupla koncentrace Cu(2+) z 0,01585*10^-5mol/dm3 na 0,574*10^-5mol/dm3, nebo by se musela zvednou koncentrace EDTA z 10^-5 mol/dm3 na 1,558*10^-5 mol/dm3. Příspěvek komplexu CuY(2-) je rovný koncentraci EDTA.
| Nahlásit
Děkuji, to jsem si myslela taky, ale při změně pH mi vychází stejná koncentrace (ještě zkusím zda nedělám numerickou chybu) a s tou koncentací jsem psala a přišla mi odpověď, že samozřejmě, ale že tak to nebylo myšleno...
| Nahlásit
Zkusme počítat, jak to bude vypadat při pH = 6.
pOH = 14-6 = 8 => c(OH) = 10^-8
C(Cu2+)=K(CuOH2)/(OH)na2=1,585 * 10-19/(10^-8)^2=1,585 * 10^-3 mol/dm3
Pokles na pH=6 tedy vede k dramatickému překročení limitu. Když budeme uvažovat c(EDTA) za konstantní, můžeme vypočítat, při jakém pH dojde k dosažení limitu 10,574*10^-5 mol/dm3:
c(Cu++) = 1,574*10^-5 - 1*10^-5 = 0,574*10^-5
Ks = c(Cu++)*c(OH-)^2 => c(OH-)^2 = 1,585*10^-19/0,574*10^-5 = 2,7613*10^-14
c(OH-) = √(2,7613*10^-14) = 1,662*10^-7; pOH = -log(1,662*10^-7) = 6,78
pH = 14 - pOH = 7,22.
Za předpokladu, že v sedimentu je dostatečná zásoba Cu(OH)2, způsobí překročení povoleného limitu koncentrace Cu++ pokles pH z hodnoty 8 na hodnotu 7,2.
OK?
| Nahlásit
Jé díky, zřejmě jsem tam měla numerickou chybu.
| Nahlásit
chyba nalezena, já a závorky na kalkulačce, ještě jednou díky
| Nahlásit
Mohu se zeptat, odkud se vzaly či vypočítaly výše uvedené disociační konstanty?

Disociační konstanty: K1= 1,02 * 10 -2 H3Y- [4]
K2= 2,14 * 10 -3 H2Y2
K3= 6,92 * 10 -7 HY3-
K4= 5,49 * 10 -11 Y4-

Stejně tak: Kc: 6,3 * 10 18 ?

Moc Vám děkuji za odpověď.
| Nahlásit
Jsou to disociační konstanty EDTA. Najdeš je v každých laboratorních tabulkách.
| Nahlásit
Dobry den, jak se prislo v tomto zadani na rovnovaznou konstantu, kdyz ve vzorecku jsou 2 nezname? Da se najit nekde v tabulkach? Diky za odpoved.
| Nahlásit
O který vzorec ti jde?
| Nahlásit
Jde o rovnovážnou konstantu Kc. Je zadáno že je to 6,3 * 10na18, ale odkud je ta hodnota zjištěna? mám stejné zadání, ale s olovem a kyselinou citronovou. děkuji
| Nahlásit
Možná by bylo názornější použít místo Kc β. Je to konstanta stability komplexu [CuEDTA].
Kc = [CuEDTA]/c(Cu++)*c(EDTA--) a najdeš je v tabulkách.
| Nahlásit
Děkuji za odpověď. Konstantu jsem hledala v tabulkách, prozatím jsem nenašla, tak budu pátrat ještě v jiných vydáních. Ale nyní se mi vyučující šťourá ve výpočtu. Položil mi otázku, proč si zrovna myslím, že při pH 8 se bude kyselina citronová vyskytovat hlavně jako HY2-, abych to podpořila výpočtem, což je ten problém, že netuším, jak mám dokázat výpočtem, že zrovna 3. disociační stupeň spadá k pH 8. Někde na chemické diskusi o kyselině citronové někdo psal, že přibližně do pH 6 se disociuje do 2. stupně, pak jsem tedy automaticky uvedla ten 3. stupeň, nádrž s pitnou vodou má pH 7,7.
A dále jsem vycházela z těchto rovnic:
1. H3Y = H2Y- + H+
2. H2Y- = HY2- + H+
3. HY2- = Y3- + H+

Nejsem žádný extra chemik, a proto toto zadání chápu tak z poloviny. Mohl byste mi prosím poradit, jak to má být správně? Děkuji :)
| Nahlásit
Obávám se, že vyučující má pravdu. C6H6O7(2-) je amfolyt a pH jeho roztoku je příbližně
pH = (pKa2 + pKa3)/2 = (4,77 + 6,39)/2 = 5,58.
Disociační konstanty jsou: pKa1 = 3,06; pKa2 = 4,77; pKa3 = 6,39.
Rozztok citronanu trisodného o koncentraci 0,1M bude mít pH přibližně (pKb = 14 - 6,39 = 7,61)
pOH = 0,5*(6,39 - log(0,1)) = 3,7 => pH = 14 - 3,7 = 10,3.
Mezi těmito hodnotami se bude roztok chovat jako pufr. Pro pH = 8 lze poměr C6H6O7(2-)/c6H5O7(3-) vypočítat pomocí Henderson-Hasselbalchovy rovnice:
pH = pKa2 + log(cit(3-)/cit(2-)) => log(cit(3-)/cit(2-)) = 8 - 6,31 = 1,69
cit(3-)/cit(2-) = 49; cit(2-) + cit(3-) = 100 => cit(2-) = 2%
Při pH = 8 je tedy téměř veškerá kys. citronová disociovaná do 3. stupně.
Jen pro jistotu cit(3-) je c(C6H5O7(3-) a cit(2-) je c(C6H6O7(2-).
Je to jen hrubý výpočet, ale pro odhad by měl stačit.
Bohužel konstanty stability citrátových komplexů taky nemám.
| Nahlásit
Aha, takže teď mám v tom krapet zmatek, co mu odepsat. Z těch rovnic je asi jasné, že třetí stupeň bude spíš Y3-, jsem to nesprávně uvedla. Ale k tomu vypočtu, který z nich můžu uvést jako důkaz?

U tohoto pH = pKa2 + log(cit(3-)/cit(2-)) => log(cit(3-)/cit(2-)) = 8 - 6,31 = 1,69
cit(3-)/cit(2-) = 49; nerozumím, proč je cit(2-) + cit(3-) = 100 => cit(2-) = 2% a co mi to vlastně říká?

Obávám se, že pokud uvedu vztah pH = (pKa2 + pKa3)/2 = (4,77 + 6,39)/2 = 5,58 určitě se zeptá, jak jsem na to přišla. :( Omlouvám se za mé dotazy, ale jsem z toho mimo.
| Nahlásit
Zkus se podívat sem: http://ach.upol.cz/ucebnice/protolyty23.htm
| Nahlásit
Takže když použiju vztah pH= Pk - log (c), koncentrace kyseliny je 10-6 mol/l:
pH= (3,06 + 6)/2= 4,53
pH= (4,77+6)/2= 5,37
pH= (6,39+6)/2=6,1

Chápu to dobře, že do posledního stupně se bude kyselina disociovat od pH 6? a Druhý stupeň bude v rozmezí od 5,3 - 6 pH?
| Nahlásit
Je to trošku složitější. pH kyseliny citronové počítáš dobře - to je to první pH.
Pokud ji budeš neutralizovat ekvivalentním množstvím NaOH na citrát sodný, dostaneš amfolyt. Iont cit(1-) bude jednak hydrolyzovat na kyselinu citronovou a jednak disociovat do druhého stupně.
pH jeho roztoku bude nezávislé na koncentraci (kromě extrémního zředění a bude
pH = (3,06 + 4,77)/2 = 5,45. V tomto stavu bude část cit(-) disociovaná na cit(2-) a část hydrolyzovaná na kyselinu citronovou.
Podobná situace nastane, když přídavkem ekvivalentního množství NaOH převedeš veškerou kyselinu na citrát disodný. Opět se jedná o amfolyt a pH jeho roztoku je
pH = (4,77 + 6,39)/2 = 5,58. Při tomto pH budou tedy v roztoku existovat jak ionty cit(-), tak ionty cit(2-) i ionty cit(3-) v rovnováze.
Je to trochu složité, ale je to dáno tím, že disociační konstanty jednotlivých stupňů u kys. citronové jsou velmi blízké.
Iont cit(3-) už amfolytem není, ve smyslu Bronstedtovy teorie je bází o pKb = 14- 6,39 = 7,61.
Pokud bychom tedy potřebovali počítat koncentraci cit(3-) při nějakém pH, doporučil bych vycházet odtud. Ale trochu problém jsou nízké koncentrace. Asi bude potřeba použít přesnější postupy, ne zjednodušené vzorce.
| Nahlásit
prosím, prosím, prosím ... u bodu č. 3 = koncentrace Cu2+ s EDTA ve vodě, jak z druhého řádku získali třetí řádek a co znamená písmeno A?
 Anonym
Odpovídat lze i bez registrace. Dodržujte pravidla Ontoly
Vložit: Obrázek