Lab Sem II Seral

Cuprins

CUPRINS

Lucrarea nr. 1 Instrumente i aparatur de laborator 4

Lucrarea nr. 2 Noiuni de chimie 66

Lucrarea nr. 3 Soluii lichide 70

Lucrarea nr. 4 Analiza apei 79 Lucrarea nr. 5 Caracteristici structurale I (densitate real) 91

Lucrarea nr. 6 Caracteristici structurale II (densitate aparent) 99

Lucrarea nr. 7 Caracteristici structurale III (densitatea n grmad, volumul de

goluri).

105

Lucrarea nr. 8 Caracteristici structurale IV (compactitate, porozitate, comportarea

n prezena apei).

112

Lucrarea nr. 9 Materiale granulare (granulozitate, modul de finee) 117

Lucrarea nr. 10 ncercari mecanice pe epruvete 143

Lucrarea nr. 11 Metale..................................... 158

Lucrarea nr. 12 Produse ceramice 167 Lucrarea nr. 13 ncercri mecanice pe materiale granulare 179

1. Msuri i instrumente de msur

4

LUCRAREA Nr. 1

MSURI I INSTRUMENTE DE MSUR

Determinrile de laborator presupun efectuarea de msurtori, mrimile

msurate devenind parametri de calcul pentru determinarea caracteristicii cutate. Pentru

a efectua msurtorile, sunt necesare instrumente / aparate de msur.

1.1. Reguli generale pentru efectuarea i exprimarea msurtorilor.

Instrumentele i aparatele de msur se caracterizeaz prin capacitate (sau

domeniu) i prin precizie.

capacitatea (domeniul) de msur exprim valoarea maxim a mrimii ce poate fi msurat printr-o singur aplicare (de exemplu, cu o rigl de 0,50 m, se

pot msura lungimi de pn la 50 cm; lungimi mai mari pot fi msurate prin

aplicarea de mai multe ori a riglei);

precizia exprim valoarea minim a variaiei mrimii ce poate fi determinat i se identific, de regul, prin mrimea minim marcat pe scala instrumentului

(de exemplu, o rigl gradat n milimetri va avea precizia de 10-3 m).

Capacitatea i precizia unui aparat de msur sunt n corelaie, n sensul c

o capacitate mai mic permite o precizie mai bun, ntruct sistemul constructiv al

aparatului poate fi mai sensibil i s sesizeze variaii mai mici ale mrimii.

Pentru precizia msurtorilor i protecia instrumentelor i aparatelor de

msur, se impun urmtoarele reguli:

instrumentul / aparatul de msur trebuie pregtit, dup caz, prin calare,

echilibrare, etalonare;

se vor asigura condiiile de mediu (temperatur, umiditate) necesare i se va

aclimatiza aparatul naintea efecturii msurtorii;

nu se va manevra aparatul prin atingerea / acionarea indicatorului, ntruct

deformarea acestuia conduce la citire eronat a msurtorilor;

se va alege aparatul cu capacitatea de msur corespunztoare, ntruct:


5

suprancrcarea conduce la deteriorarea sistemului constructiv al

aparatului;

capacitatea mult prea mare implic precizie redus;

capacitatea mai mic impune efectuarea msurtorii n mai multe

etape, cu apariia repetat a erorilor de msurare.

Mrimile se exprim, de regul, n unitile de msur din sistemul

internaional (S.I:), conform Anexei 1.1. Exprimarea n multiplii sau submultiplii unitilor

de msur este admis pentru evitarea calculelor cu valori mari sau cu multe zecimale.

n cazurile n care instrumentele / aparatele de msur (mai vechi) sunt

etalonate n uniti din alte sisteme de uniti, este necesar transformarea unitilor de

msur n unitile S.I., pe baza corelaiilor ntre acestea.

n toate cazurile, este obligatorie exprimarea caracteristicilor tehnice

determinate n unitile de msur prevzute de normele tehnice specifice.

1.2. Msurarea dimensiunilor (lungimilor)

Unitatea de msur pentru lungimi este metrul m; pentru uurin se pot folosi, numai pe durata determinrilor, subunitile sale: centimetrul cm i milimetrul mm.

Rigla, metrul i ruleta (fig.1.1.) permit msurtori cu precizia de 10-3 m. Msurarea se execut prin suprapunerea instrumentului pe dimensiunea ce

trebuie msurat, cu reperul 0 (zero) la limita din stnga, i se citete marcajul, de pe

instrument, care coincide cu limita din dreapta a dimensiunii. n cazul instrumentelor

flexibile se va urmri ca acestea s fie bine ntinse pe suprafaa pe care se efectueaz

msurarea.

Fig. 1.1. Msurarea dimensiunilor cu: a) metrul (articulat); b) ruleta

a)

b)


6

ublerul (fig. 1.2.) permite msurri de dimensiuni cu precizia de msurare 10-4 m.

Msurarea se execut prin cuprinderea corpului ntre "flcile" ublerului i

stabilirea dimensiunii, prin nsumarea urmtoarelor valori:

numrul milimetrilor ntregi din dreptul reperului zero al vernierului;

numrul reperului de pe vernier care coincide cu unul dintre reperii de pe rigla

ublerului, ca zecimi de milimetru.

Dimensiunile msurate cu ublerul se exprim n milimetri.

Micrometrul (fig. 1.3.) permite msurri de dimensiuni cu precizia de 10-5 m. Msurarea se execut prin cuprinderea corpului ntre reperii micrometrului i

stabilirea dimensiunii, prin nsumarea urmtoarelor valori:

numrul milimetrilor ntregi, marcai cu reperi nclinai, rmai descoperii de

tambur;

0,5 mm, dac ntre ultimul reper nclinat i limita tamburului rmne descoperit

un reper vertical;

numrul reperului de pe scala tamburului aflat n coinciden cu linia orizontal

de pe scala micrometrului, ca sutimi de milimetru;

aproximarea de miimi de milimetru, dac linia orizontal de pe scala

micrometrului este cuprins ntre reperii de pe tambur.

Dimensiunile msurate cu micrometrul se exprim n milimetri.

Acionarea micrometrului, pentru cuprinderea probei ntre reperi, se face

Fig. 1.2. ublerul

DETALIUL A

vernier scala

proba

falca mobil

falca fix

l=48 + 0,3 = 48,3 mm

DETALIUL A


7

numai din "butonul de acionare"; n caz contrar, dac se acioneaz de tambur, va fi

distrus urubul micrometric de naintare a reperului mobil.

Microcomparatorul (fig. 1.4.) permite msurarea unei dimensiuni, dar i variaia acesteia, cu precizia de 10-5 m.

Aparatul transform micarea de translaie a

"tijei palpator", printr-un sistem de roi dinate, n micarea

unghiular a acelor indicator (ca la un ceas).

Pentru determinarea dimensiunii, micro-

comparatorul se fixeaz ntr-un jug (fig. 1.5.), n care se

introduce o prism etalon cu dimensiunea precis cunoscut.

Se efectueaz citirea pe microcomparator, dup care se introduce proba ce

trebuie msurat i se face noua citire pe microcomparator. Se opereaz suma algebric

ntre dimensiunea prismei etalon i diferena celor dou citiri la microcomparator.

n cazul n care se urmrete variaia lungimii (datorit unor fenomene) se

buton de acionare reper

mobil reper fix

DETALIUL A

DETALIUL A proba

l = 60 + 0,5 + 0,33 + 0,003 =60,833 mm

Fig. 1.3. Micrometru

microcomparator

prism etalon

jug de msurare

urub de reglaj

Fig. 1.5. Msurarea cu microcomparatorul

tij palpator

manon de prindere

scal

Fig. 1.4. Microcomparator


8

repet msurtorile, variaia rezultnd, dup caz, prin diferenele de citiri la

microcomparator sau prin diferenele de lungimi determinate ca mai sus (vezi i fig.1.14.).

1.3. Msurarea volumelor Unitatea de msur pentru volume este m3, dar n tehnica de laborator

volumele mici se exprim, de regul, n cm3.

Pentru msurarea volumelor de lichide se folosesc instrumente din sticl, cu volumul

calibrat, sau cu scale continue de volum.

Pentru efectuarea msurtorilor, trebuie s fie respectate urmtoarele reguli:

lichidul i aparatul de msurare trebuie s aib temperatura de etalonare

nscris pe aparat, pentru a se elimina erorile de dilataie termic (a sticlei,

dar i a lichidului);

se va analiza scala fiecrui aparat, pentru determinarea preciziei de

msurare ntruct aceasta depinde de seciunea transversal a aparatului i,

implicit, scalele pot fi diferite;

citirea nivelului lichidului n aparat se va face perpendicular pe scal, n

planul tangent la meniscul ce se formeaz la suprafaa lichidului (fig. 1.6.e.)

datorit fenomenului de liofilie sau de liofobie;

aparatul trebuie s aib poziia vertical pentru asigurarea orizontalitii

meniscului.

Cilindrii gradai (fig. 1.6.a.) i pipetele gradate (fig. 1.6.b.) sunt folosite pentru dozri de lichide cu volume variabile, dar predeterminate; volumul se msoar pe scal i se

a) cilindrii gradai b) pipet cu scal c) pipet cu bul d) baloane cotate e) tangenta la menisc

marca marca

DETALIUL

planul de iti

menisc convex

menisc concav


9

transvazeaz n totalitate.

Pipetele cu bul (fig. 1.6.c) i baloanele cotate (fig. 1.6.d.) permit dozri numai la volumele pentru care sunt calibrate, prin

umplerea acestora pn la marc.

Biuretele (fig. 1.7.) permit dozarea continu a lichidelor, pn la necesitatea opririi. Reperul zero se afl la partea superioar a

biuretei, nct n momentul opririi (momentul producerii unui

fenomen urmrit n vasul de transvazare), se citete volumul de

lichid scurs din biuret.

Pentru materiale granulare (pulverulente) volumul se

msoar cu ajutorul unor vase volumetrice (fig. 1.8.) cu form cilindric, uneori prismatic, confecionate din tabl

de oel suficient de groas pentru ca, prin rigiditate, s se

pstreze forma vasului. Gulerul prelungitor ataat vasului

permite umplerea n exces, nct dup ndeprtarea

acestuia i eliminarea excesului de material (prin radere cu

o rigl metalic), ntregul volum al vasului s fie corect

umplut cu material.

1.4. Msurarea maselor Masa materialului reprezint cantitatea de substan i se exprim n

kilograme (kg). Pentru cantiti mici i cnd precizia de msurare impus este mare,

masele se exprim n grame (g).

Instrumentele pentru determinarea masei compar forele gravitaionale ce

se manifest asupra cantitii de material, respectiv asupra unor mase etalon (numite,

impropriu, greuti).

Balana tehnic (fig. 1.9.a.) este alctuit din dou platane agate de capetele unei prghii cu brae egale.; Pe unul dintre platane se aeaz materialul iar pe cellalt se

aeaz masele etalon, pn la echilibrare. Masa se calculeaz prin sumarea maselor

canea

reper 0

vas de reacie

stativ

Fig. 1.7. Biuret

guler prelungitor

vasul

Fig. 1.8. Vas volumetric


10

etalon aezate.

Cntarul cu cadran (fig. 1.9.b.) are dou platane, dar i un sistem de prghii

interioare care realizeaz msurarea

maselor pe cadran. n cazul n care masa

materialului este mai mare dect

capacitatea indicat de cadran, pe

platanul din stnga se pot aeza mase

etalon, masa total fiind calculat ca

sum a maselor etalon i a indicaiei

cadranului.

Bascula (fig. 1.9.c.) este destinat msurrii maselor mari (50 ... 100 kg) i are numai platanul pentru material, masa fiind

citit pe cadran.

Balana analitic (fig. 1.9.d.) este destinat msurrii maselor mici (200 g), cu precizia

de msurare de 10-3 g. Este conceput dup modelul balanei tehnice, dar masele etalon

foarte mici, sub form de inele din srm subire, sunt manevrate prin butoane i sunt

agate pe prghia balanei.

mase etalon material

material

cadran

a) balan tehnic b) cntar cu cadran c) bascul Fig. 1.9. Instrumente pentru msurarea maselor

mase etalon mici

d) balan analitic

buton ptr. manevra maselor etalon mici

platane

scala


11

1.5..Msurarea temperaturilor.

Unitatea de msur pentru temperaturi n SI este Kelvinul

(K), n lucrrile curente utilizndu-se i gradul Celsius (OC). Pentru

msurarea temperaturilor se folosesc termometre de laborator (fig. 1.10.).

La folosirea termometrelor este obligatorie meninerea

rezervorului n mediul pentru care se face msurarea temperaturii,

deoarece capilara termometrului nu prezint gtuire pentru meninerea

coloanei de mercur sau de alcool la valoarea maxim nregistrat (ca la

termometrele medicale).

1.6. Msurarea forelor.

Unitatea de msur a forei, n SI, este newtonul (N).

n laborator probele de materiale sunt

ncercate la prese.

Presele hidraulice funcioneaz pe baza principiului Pascal, ca multiplicator de for (fig.

1.11.). Conform acestui principiu, ntr-un sistem de

vase comunicante, cu seciunile S1 i S2 mult diferite

(S1


12

platan fix, fora F2 se va transmite probei.

Presele mecanice funcioneaz pe principiul basculelor (fig. 1.13.). Deplasarea, de ctre urub, a platanului fix i, implicit, a probei ctre platanul mobil face ca, printr-un

sistem mecanic de palpare, pendului cu greutatea G s fie rotit. Creterea unghiului de

rotire a pendulului face ca cuplul G x D s

creasc, crescnd, implicit, fora F din cuplul F x

d.

Cadranul presei este scalat n uniti

de for, corespunztor unghiului de rotire a

pendulului i greutii G ataat.

Inelele dinamometrice (fig. 1.14.) permit determinarea forelor pe baza msurrii, cu ajutorul

microcomparatoarelor, a deformaiei sub ncrcare.

Sunt executate din oeluri speciale i

sunt etalonate, nct n funcie de deformaia

nregistrat, se determin fora corespunztoare

din graficul de etalonare.

Sisteme cu prghii, permit ncercri pe probe relativ mici, la ncrcri de mai mic

inel

microcomparator

Fig. 1.14. Inel dinamometric

F

platan fix proba

manometr

pupitru de comand

platan mobil

Fig. 1.12. Pres hidraulic

G

D

platan mobil

cadran

platan fix

urub greutate

F

F

deplasare

Fig. 1.13. Principiul preselor mecanice

d


13

intensitate. multiplicri ale forei aplicate,

n fig. 1.15. se prezint, pentru

exemplificare, aparatulFruhling-Michaelis,

compus dintr-un sistem de prghii ce poate

multiplica de 10 ori sau de 50 de ori, fora

G ce se aplic prin ncrcarea

recipientului prin scurgerea unor alice din

plumb aflate n buncrul aparatului.

n momentul ruperii probei,

scurgerea alicelor se oprete, fora G se

determin prin cntrirea recipientului i

aplicarea relaiei de transformare din mas

n for:

]N[gmkG = [1.2.[

n care:

k este raportul de multiplicare al sistemului de prghii;

m este masa recipientului cu alice (kg);

g este acceleraia gravitaional (10 m/s2)

Unele instrumente, aparate i utilaje de laborator, mai vechi, pot fi etalonate

n alte uniti de for - kilogram-for (kgf), tone-for (tf) -, pentru transformare lundu-se

n considerare echivalena:

1 kgf = 1 daN = 10 N [1.3.]

buncr cu alice

recipient

sistem de prghii F/2

F G

Fig. 1.15. Aparat Fruhling-Michaelis

proba


14

ANEXA 1.1.

UNITI DE MSUR

Mrimea Denumire Simbol Expresia n SI

I. Uniti fundamentale

lungime metru m mas kilogram kg timp secund s intensitatea curentului electric amper A temperatur kelvin K cantitatea de substan mol mol

II. Uniti derivate

arie metru ptrat m2 volum metru cub m3 densitate kilogram pe metru cub kg/m3 frecven hertz Hz s-1 for newton N kg m s-2 presiune pascal Pa N m -2 energie, cantitate de cldur joule J kg m2 s-2 putere watt W kg m2 s-3 cantitate de electricitate coulomb C J A rezisten electric ohm V/A temperatur grad Celsius OC 273,05 T activitatea unui radionuclid bequerel Bq s-1 conductivitate termic watt pe metru kelvin w m-1 K-1 capacitate termic joule pe kilogram J/kg kg m2 s-2 K-1

Noiuni de chimie

66

LUCRAREA NR. 2. NOIUNI DE CHIMIE

msuri chimice, concentra ia solu i i lor

2.1. Uniti de msur folosite n chimie.

Atomii i moleculele, fiind particule materiale, au mas. Exprimarea maselor

absolute (n grame) este dificil pentru calcule, fapt pentru care n chimie s-a recurs la

exprimarea maselor relative (n uniti atomice de mas - u.a.m.), care reprezint a

dousprezecea parte din masa absolut a izotopului 12C.

Se definesc astfel:

masa atomic (relativ) a unui element chimic, ca raport ntre masa

absolut a atomului respectiv i a dousprezecea parte din masa absolut a

izotopului 12C;

masa molecular (relativ) a unei substane, ca raport ntre masa

absolut a moleculei substanei respective i a dousprezecea parte din

masa izotopului 12C.

Practic, masa molecular se calculeaz prin sumarea maselor atomice ale

atomilor din care se compune molecula respectiv.

Pentru a exprima n grame cantitile de substane, se definesc:

atom-gram - ul unui element chimic, care reprezint cantitatea,

exprimat n grame, numeric egal cu masa atomic (relativ) a elementului

respectiv;

molecula-gram (mol - ul) de substan, care reprezint cantitatea,

exprimat n grame, numeric egal cu masa molecular (relativ) a

substanei respective;

echivalent-gram ul (val -ul) reprezint cantitatea dintr-o substan,

Noiuni de chimie

67

exprimat n grame, numeric egal cu echivalentul chimic al substanei

respective.

Echivalentul chimic (Ech).reprezint cantitatea dintr-un element,

radical sau substan, care se combin / se substituie unui atom de hidrogen

In cazul reaciilor n care substanele nu-i modific valenele, echivalenii chimici

se calculeaz prin urmtoarele rapoarte:

pentru elemente chimice valen

atomicmasaEch = ; [1]

pentru acizi bazicitate

molecularmasaEch = , [2]

prin bazicitatea acidului nelegndu-se numrul protonilor H+ coninui de molecula

acidului;

pentru baze aciditate

molecularmasaEch = , [3]

prin aciditatea bazei nelegndu-se numrul gruprilor oxidril (OH-) coninute de molecula

bazei;

pentru sruri metaliciioniloraelectricsarcinametaliciioni.nr

molecularmasaEch = [4]

2.2. Concentraia soluiilor

Concentraia soluiei reprezint valoarea raportului ntre numrul

de pri de solut i numrul de pri de soluie, uneori de solvent.

n funcie de necesiti, prile pot fi exprimate n uniti de mas, de volum, n

moli sau vali, definindu-se corespunztor concentraiile procentual, molar, molal,

valar.

Concentraia procentual (C%) exprim numrul de pri de solut dizolvat n 100

pri de soluie, prile putnd fi exprimate n:

uniti de mas (C% g/g);

uniti de volum (C% v/v);

combinaii de uniti (C% g/v ; C% v/g).

Ca variant la concentraia procentual, cnd valorile acesteia sunt prea mici se

Noiuni de chimie

68

poate exprima concentraia promile (C0/00).

Concentraia molar (molaritatea) - Cm- exprim numrul de moli de solut

dizolvat ntr-un litu (1000 ml) de soluie.

Cnd 1 litru de soluie conine 1 mol de solut, soluia se numete soluie molar,

concentraia ei notndu-se "m" sau "1m".

Submultiplii i multiplii molaritii se noteaz prin fracii zecimale (0,1m; 0,01m

etc.) sau fracii ordinare (m/10; m/100 etc.), respectiv 10m; 100m etc.

Concentraia molal (molalitatea) - Cmolal- exprim numrul de moli de solut

dizolvat n 1000|g de solvent.

Concentraia valar (normalitatea) -Cn- exprim numrul de vali de solut dizolvat

n 1000 ml de soluie.

Similar molaritii, normalitatea se noteaz 0,01n; 0,1n; 1n; 10n; 100n etc., soluia

cu concentraia 1n numindu-se soluie normal.

In cadrul lucrrii practice, pe baza datelor din tabelul 2.1., se vor efectua calculele

necesare completrii tabelului 2.2. Elementele calculate vor fi folosite n lucrrile

urmtoare.

Tabelul 2.1.

Elem. chimic H C O Na Mg Cl K Ca P S Valena 1 4 2 1 2 1 1 2 5 6

Masa atomic 1,01 12,01 16,00 22,99 24,30 35,46 39,10 40,08 30,98 32,06

2.3. Calculul concentraiei amestecurilor de soluii

Dac dou sau mai multe soluii ale aceluiai solut, dar cu concentraii diferite, se

amestec, se va obine o soluie cu concentraia cuprins ntre valorile concentraiile celor

dou soluii amestecate.

Astfel, dac Vi i Cni sunt, respectiv volumele i concentraiile soluiilor,

concentraia rezultant C se calculeaz pe baza relaiei:

= ViC)ViCni( , [5]

relaie care rezult din faptul c fiecare soluie va introduce, n soluia final, o cantitate de

solut corespunztoare volumului i concentraiei sale.

Relaia 5 poate fi aplicat pentru:

Noiuni de chimie

69

calculul concentraiei ce rezult prin amestecare,

( )

=

== n

1ii

n

1iii

V

CVC [6]

calculul volumului necesar dintr-o soluie (n), celelalte (n-1) volume fiind impuse,

( )

+=+

=

=

1n

1i

1n

1iVnViCVnCnViCi [7]

( )

CC

CVVCV

n

1n

1iii

1n

1ii

n

=

=

= [8]

Tabelul 2.2.

Nr. crt. Solut

Masa molecular

(u.a.m.)

Echiva- lent

chimic

Cantitate CONCENTRAII solut

dizolvat (g/l soluie)

procentual

molari-tatea

normali-tatea

1 HCl 2 H2SO4 3 (COOH)2 4 H2O 5 NaOH 6 Ca (OH)2 7 CaCO3 8 CaSO4 9 CaCl2

10 MgCl2 11 Ca (HCO3)2 12 Mg (HCO3)2 13 Na2CO3 14 CaO

Soluii lichide

70

LUCRAREA NR. 3 SOLUII LICHIDE

pH ul i aplicaiile lui; prepararea soluiilor

1. pH -ul soluiilor apoase.

Datorit caracterului su acido-bazic (moleculei polare), apa poate desface

legturile chimice ale moleculelor substanelor pe care le dizolv, fenomen numit

disociere electrolitic i care poate fi descris schematic prin relaia: + + BAAB [1]

Disocierea electrolitic este un fenomen reversibil care decurge conform aciunii

maselor: viteza cu care se produce o transformare chimic, la o temperatur dat, este

proporional cu produsul maselor, deci, implicit, al concentraiilor substanelor care se

transform.

Fenomenul se va produce, astfel:

n sensul disocierii, cu viteza [ ]ABkV 11 = ; [2] n sensul recompunerii substanei, cu viteza [ ] [ ]+ = BAkV 22 [3] n care:

k1 i k2 sunt constante de proporionalitate care depind de temperatura sistemului;

[AB], [A+] i [B-] sunt concentraiile molare ale sistemului n substana AB i ionii A+,

respectiv B-.

La echilibrul dinamic (V1 = V2), rezult:

[ ] [ ] [ ] [ ] [ ][ ]ABBA

kk

KiBAkABk2

21

++ === [4]

Constanta K - constanta de disociere electrolitic - poate fi determinat prin

msurarea conductivitii electrice a soluiei i, n funcie de aceasta, substanele se

caracterizeaz ca:

electrolii tari, care n soluii apoase disociaz complet (HCl; H2SO4; HNO3; Ca(OH)2; NaCl; Na2SO4 etc.);

electrolii mijlocii (H3PO4; H2SO3 etc.); electrolii slabi (H2S; H2SiO3; H2CO3 etc.).

Apa pur sufer disociere electrolitic, avnd constanta K = 1,8 x 10-16.

Soluii lichide

71

Cum molaritatea apei este 55,5 i concentraiile ionilor rezultai (H+ i OH-) sunt egale,

se poate scrie:

[ ] [ ][ ] [ ] [ ]

14162

2

2

16 105,55108,1OHKHiOHOHH101,8K +

+ ===

== ;

de unde rezult ( Relaia este valabil pentru temperatura de cca. 25oC).

[ ] [ ] 710OHH + == [5]

Pentru uurina exprimrii, s-a apelat la valoarea logaritmului zecimal, cu semn

schimbat, a concentraiei protonilor H+, rezultai n urma disocierii electrolitice, valoare

numit puterea, sau exponent al activitii, ionilor de hidrogen (Noiune propus de

Srensen 1909) .

pH = - lg [H+] [6]

Pentru pH = 7, cazul apei pure, rezult c soluiile sunt neutre, ntruct [H+]=[OH-].

Cnd n ap se dizolv un electrolit, disocierea electrolitic se produce conform

urmtoarelor scheme:

acidOHHOHbaz

bazOHHOHacid 3++

++

+

In soluiile apoase diluate H3O+ este cel mai tare acid, iar HO- este cea mai tare

baz, nct, corespunztor modificrii raportului ntre concentraiile protonilor de hidrogen

i gruprilor oxidril, valoarea pH -ului se modific.

pentru pH < 7, [H+] > [OH-], soluia avnd caracter acid;

pentru pH > 7, [H+] < [OH-], soluia avnd caracter bazic.

2. Determinarea pH -ului soluiilor.

PH -ul soluiilor se poate determina prin metode colorimetrice, folosind indicatorii de

pH, sau prin metode electrice.

Indicatorii de pH sunt substane organice care, prin ionizare / schimbri

structurale, i modific culoarea. Modificarea culorii (virajul) se produce n domenii de

valori ale pH -ului specifice indicatorilor (Tabel 1.). numite domenii de viraj sau intervale

de tranziie.

Soluii lichide

72

Indicator pH Culoarea, n mediu: acid bazic Fenolftaleina incolor roie Turnesol roie albastr Albastru de bromtimol galben albastr Rou de metil roie galben Metiloranj roie galben Metilviolet verde violet

Indicatorii se pot folosi sub form de soluii (de regul alcoolice), din care se

introduc 1 - 3 picturi n soluia de analizat, sau sub form de hrtie de filtru impregnat,

care se umezete cu soluia de analizat. Valoarea pH -ului se stabilete prin compararea

culorii obinute cu scala etalon de culori ale indicatorului folosit.

Determinarea pH -ului prin metode electrice, numite metode poteniometrice, se

bazeaz pe msurarea tensiunii electromotoare a unei pile galvanice format, n soluia

de analizat, dintr-un electrod de referin (cu potenial cunoscut) i un electrod de msur

al crui potenial variaz n funcie de concentraia ionilor H+ din soluia de analizat.

Electrodul de msur este alctuit dintr-un balon de sticl semipermeabil, n

interiorul cruia se introduce o soluie de concentraie precis cunoscut i un electrod

metalic de contact. Tensiunea electromotoare ce ia natere, ca urmare a dezechilibrului

de potenial ntre electrozi, prin tranzitarea peretelui balonului de ctre ionii H+, n tendina

de egalare a concentraiilor soluiilor (din balon, respectiv de analizat), amplificat de

sistemul electronic al aparatului (numit pH-metru sau poteniometru) este msurat pe

scala etalonat n uniti pH.

3. Aplicaii ale pH -ului soluiilor. Titrarea.

Ionii de hidrogen sunt prezeni n toate mediile apoase. Toate procesele chimice

care au loc n astfel de medii sunt influenate de aceti ioni, fie direct, cnd acetia

particip nemijlocit n proces, fie indirect. Din aceast cauz pH -ul trebuie considerat ca

un parametru important n numeroase procese de laborator, industriale sau naturale.

Metoda colorimetric fiind expeditiv, pH -ul lichidelor (apelor) este primul

parametru care poate avertiza asupra impurificrii acestora i nivelului de agresivitate

chimic.

Pe baza relaiei de definiie, cunoscnd natura solutului i constanta de disociere

electrolitic a acestuia, n funcie de pH se poate calcula molaritatea soluiilor apoase

diluate.

Soluii lichide

73

In tehnica de laborator, metoda colorimetric poate fi aplicat n operaia de titrare,

pentru determinarea concentraiei unei soluii, folosind o alt soluie de concentraie precis

cunoscut.

La titrare, ntr-un volum cunoscut de soluie cu concentraie necunoscut (soluie

titrat), n care s-au introdus 1 - 3 picturi de soluie de indicator, se adaug, din biuret,

(pictur cu pictur), o alt soluie (soluie de titrare) cu concentraia cunoscut.

Condiiile de realizare a titrrii sunt:

solutul din soluia titrat s reacioneze cu solutul din soluia de titrare, reacie n urma creia amestecul de soluii s se neutralizeze;

s se cunoasc precis concentraia uneia dintre soluii; s se utilizeze indicatorul care vireaz n domeniul pH ului pe care l determin

produsul de reacie;

pe ntreaga durat a titrrii soluia titrat s fie agitat pentru a se asigura reacionarea soluilor.

Titrarea este terminat cnd se ajunge la momentul de echivalen, adic atunci

cnd cei doi solui au reacionat n proporii echivalente. Acest moment este evideniat de

obinerea culorii corespunztoare pH ului determinat de concentraia soluiei n produsul

de reacie a celor doi solui.

Cunoscnd legea echivalenilor chimici, conform creia substanele reacioneaz

ntre ele n numr egal de echivaleni i exprimnd concentraiile soluiilor prin normaliti,

n momentul de echivalen se poate considera realizat egalitatea:

V1 Cn1 = V2Cn2 , din care rezult 1

221 V

VCnCn = [7]

n care:

V1 i V2 sunt volumele soluiilor amestecate, n momentul de echivalen;

Cn1 i Cn2 sunt normalitile soluiilor (Cn1 necunoscut).

n lucrarea practic se vor executa:

determinri, cu indicatori pH, pentru cazurile prevzute n tabelul 3.2.

titrri demonstrative cu soluii de NaOH, HCl, i (COOH)2, cu concentraiile indicate de

conductorul lucrrii.

Reaciile specifice titrrilor sunt:

OH2OCNaOCHNaOH2 2422422 ++ [8]

OHNaClHClNaOH 2++ [9]

Soluii lichide

74

Tabel 2. Rezultate practice

SOLUIA Indicatorul (soluie) Culoarea Caracterul

soluiei

PH ul, cu

hrtie Observaii

Apa distilat Ap potabil

Soluie de NaOH Soluie de HCl

Soluie de (COOH)2 Ap de var

Suspensie de ciment

3.4. Reguli minimale de protecie a muncii.

Substanele chimice pot fi caustice. In consecin, se impun urmtoarele reguli: Nu se vor mirosi substanele chimice. Nu se vor face amestecuri de substane dect n conformitate cu indicaiile

conductorului lucrrii.

Recipientele ce conin soluii sau substane chimice vor fi nchise i se vor manipula cu grij, pentru evitarea spargerii.

Se va evita contactul substanelor chimice cu pielea sau cu mbrcmintea. In cazul contactului accidental, se va proceda la tamponarea rapid a zonei cu vat mbibat cu

soluie diluat cu caracter electrochimic opus (pentru neutralizare) i la splarea cu

ap.

Deversarea soluiilor la canalizare se face numai dup diluarea i neutralizarea lor. Dup terminarea lucrrilor, vasele i aparatura se vor spla cu ap potabil.

5. Prepararea soluiilor

In tehnica de laborator, pentru prepararea soluiilor cu anumite concentraii, apar

urmtoarele probleme principale:

eliminarea din solvent a unor substane coninute de acesta i care pot reaciona cu

solutul formnd substane impurificatoare pentru soluia care se prepar;

dozarea corect a solutului;

Soluii lichide

75

verificarea concentraiei obinute pentru soluia preparat prin determinarea

concentraiei exacte realizate;

obinerea unei soluii cu concentraie impus, prin amestecarea a dou soluii cu

concentraii diferite.

5.1. Purificarea solvenilor

In cazul soluiilor apoase, prima problem se rezolv prin folosirea ca solvent a

apei distilate, proaspt fiart. Prin distilare se elimin srurile iar prin fierbere se elimin

gazele eventual dizolvate.

Totodat, ntreaga aparatur de laborator folosit la prepararea soluiei se va spla cu

ap potabil, apoi cu ap distilat, iar recipientul n care se va pstra soluia, respectiv

aparatura folosit pentru dozarea soluiei se va spla, n final, cu soluia pe care o va

primi.

Recipientele de pstrare a soluiilor trebuie nchise ermetic.

In cazul solvenilor care nu pot fi distilai se adaug substane chimice care reacioneaz

cu substanele impurificatoare dnd noi substane care, fie c nu reacioneaz cu solutul,

fie c precipit i pot fi separai prin filtrare sau decantare.

5.2. Dozarea solutului

n ceea ce privete dozarea corect a solutului, problema se rezolv diferit, n

funcie de starea acestuia (pur sau impur, solid sau n soluie, stabil sau instabil n

condiiile de depozitare).

Situaiile care se pot ntlni pot fi exemplificate, n principiu, prin urmtoarele patru

cazuri:

Cazul I: Solutul este pur i stabil n condiiile de depozitare.

n acest caz, cantitatea necesar de solut se dozeaz ct mai precis (cu balana analitic,

cu biureta sau cu pipeta) i se introduce ntr-un volum mai mic de solvent, dup totala

dizolvare urmnd a se completa volumul de soluie prin adugare de solvent.

Cazul II: Solutul este stabil n condiiile de depozitare, dar se prezint n stare

impurificat cu alte substane chimice.

Soluii lichide

76

Cazul se exemplific prin prepararea unei soluii de acid oxalic n ap, cu

concentraia 0,1n.

Acidul oxalic este un acid organic cu compoziia chimic redat de formula

(COOH)2. Se prezint sub form cristalizat cu dou molecule de ap, stare n care este

stabil fa de gazele atmosferice.

In starea n care urmeaz a fi dozat, acest solut va avea, deci, formula chimic

(COOH)2 2H2O.

Pentru prepararea unui litru de soluie 0,1n este necesar o cantitate de 0,1 val de

acid oxalic chimic pur, adic o cantitate de 0,1 x 45,019 = 4,5019 grame.

La cntrirea acestei cantiti, se introduce, ns, i apa de cristalizare (care la

dizolvare va deveni solvent), nct este necesar suplimentarea cantitii de solut cristalin

cu cantitatea de ap de cristalizare pe care o conine.

innd seama de formula chimic, rezult c fiecare val de acid oxalic chimic pur

va conine 2 val de ap.

Pentru prepararea soluiei trebuie, deci dozat cantitatea de acid oxalic cristalin de:

( )[ ] ( ) ( )[ ] ( ) g3035.6035.631.0008.92019.451.0val2val11.0val1.0 OHCOOHOH2COOH 2222 ==+=+=

Cazul III: Solutul este instabil n condiiile de depozitare

Cazul se exemplific prin prepararea unei soluii de hidroxid de sodiu n ap, cu

concentraia 0,1n.

Hidroxidul de sodiu reacioneaz uor cu bioxidul de carbon (atmosferic),

carbonatndu-se conform ecuaiei:

OHCONaCONaOH2 2322 ++ [10]

ntruct carbonatarea granulelor de hidroxid este variabil, nu se poate doza

cantitatea exact de 0,1 val (4 g) de hidroxid de sodiu pur.

Pentru rezolvarea problemei, se prepar o soluie cu concentraia uor superioar,

creia urmeaz a i se determina precis concentraie i a i se corecta, prin diluare, pn la

concentraia cerut.

Practic, se cntrete o cantitate mai mare (5-7) g de granule de hidroxid de sodiu,

carbonatat superficial, se spal cu ap distilat (pentru ndeprtarea stratului carbonatat)

i se dizolv n ap distilat pentru a obine 1 litru de soluie.

Concentraia soluiei astfel obinute se va determina prin titrare cu soluie de acid

oxalic 0,1n, n prezena fenolftaleinei:

Soluii lichide

77

se msoar V1=20 cm3 de soluie de acid oxalic, cu concentraia Cn1=0,1n, se introduce

ntr-un vas Erlenmeyer, se nclzete la temperatura de (60-70)oC, pentru eliminarea

eventualului bioxid de carbon dizolvat, se rcete la temperatura de 20oC i i se adaug 2

picturi de soluie alcoolic de fenolftalein 2% soluia rmne incolor, ntruct

fenolftalein este incolor n mediu acid;

Se umple (la marca 0) o biuret cu soluia de NaOH, creia trebuie s i se

determine concentraia Cn2;

se introduce, n picturi, din biuret, soluia de NaOH n soluia de acid oxalic, pn la

obinerea culorii slab-roz, persistent (momentul de echivalen);

se citete, pe biuret, volumul V2 de soluie de NaOH consumat.

Pe toat durata titrrii, vasul Erlenmeyer trebuie agitat pentru a se uniformiza

concentraia produsului de reacie.

In timpul titrrii se produce urmtoarea reacie chimic de formare a oxalatului de sodiu:

OH2OCNaOCHNaOH2 2422422 ++ [11]

Se calculeaz normalitatea Cn2 , a soluiei de NaOH, cu relaia:

2

1121122 V

VCnCnVCnVCn

== [12], [13]

Pentru a corecta normalitatea la valoarea Cn=0,1n, un volum iniial (Vini) de soluie

cu normalitatea Cn2 trebuie adus, prin diluare cu ap distilat, la volumul final (Vfin),

calculat cu relaia:

fVCn

CnVVCnVCnV ini

2inifin2finini === [14], [15]

unde f este numit factorul soluiei.

Volumul de ap (Vapa ) cu care trebuie diluat volumul de soluie Vini, n sensul

menionat, va fi:

( )1fVVVV iniinifinapa == [16]

Cazul IV: Solutul este instabil n condiiile de depozitare i se afl n soluie cu

concentraia aproximativ cunoscut.

Cazul se exemplific prin prepararea unei soluii 0,1n, de acid clorhidric.

Acidul clorhidric este gazos n condiii normale. Pentru utilizare, se dizolv n ap,

fiind fabricat (ca reactiv de laborator) n soluie cu concentraia de 37% (m/m) i

densitatea =1,19 g/cm3 (date marcate pe eticheta flaconului).

Volumul de soluie ce ar trebui dozat, pentru a obine 0,1 val de acid clorhidric pur,

rezult din urmtorul raionament:

Soluii lichide

78

( ) ( )gazosHClHCl g65.3val1.0 = [17]

Pentru concentraia de 37%, cele 3,65 g de acid clorhidric se vor regsi n masa

(msol) de soluie:

g86.91003765.3msol == [18]

ceea ce corespunde unui volum Vsol de soluie:

3

sol

solsol cm3.819.1

86.9mV ==

= [19]

ntruct nu se poate conta pe concentraia soluiei , se procedeaz n mod similar

cazului III: se prepar o soluie cu concentraie uor superioar celei cerute (folosind un

volum mai mare de soluie de acid clorhidric), se determin concentraia exact a soluiei

preparate (prin titrare) i se dilueaz pentru a obine concentraia impus.

Titrarea se execut, n cazul acidului clorhidric, cu soluie de hidroxid de sodiu

0,1n , n prezena indicatorului metil-orange.

ntr-un vas Erlenmeyer se introduc 20 cm3 soluie de NaOH i 1-2 picturi de metil-

orange soluia se va colora n galben;

Se titreaz cu soluie de HCl (conform indicaiilor de la cazul III), pn la obinerea

culorii portocalie (culoarea cojii de ceap uscat).

In timpul titrrii, se produce reacia de obinere a clorurii de sodiu:

OHNaClHClNaOH 2++ [20]

Se calculeaz normalitatea soluiei de acid clorhidric i volumul de ap cu care

trebuie diluat, pentru a fi adus la normalitatea impus, n mod similar cazului III.

5.3. Reguli minimale de protecie a muncii.

In cadrul lucrrilor practice se vor respecta regulile de protecia muncii, indicate la

pct. 4., completate cu urmtoarele:

Pentru diluarea soluiilor de acizi, se va proceda la introducerea soluiei n ap, pentru evitarea fierberii acidului (datorit cldurii de hidratare) i stropirea cu acid

concentrat.

Agitarea vasului Erlenmeyer, n cadrul operaiei de titrare se va realiza cu grij (pentru evitarea spargerii), prin micri circulare (pentru evitarea stropirii).

La nclzire vasele vor fi manipulate cu cletele de laborator i vor fi agitate permanent

deasupra flcrii, fiind inute n poziie uor nclinat spre exterior

Analiza apei

79

LUCRAREA NR. 4 ANALIZA APEI

analiza calitativ: identificarea unor ioni;

analiza cantitativ: duritatea temporar i total.

Apa este un factor indispensabil organismului uman. nc din cele mai vechi timpuri

aezrile umane au fost de-a lungul rurilor sau pe malul mrilor. Necesarul zilnic de apa al

omului este de aproximativ 1.5-2 litri consumat ca atare ,dar pentru curaenia corporal omul

folosete zilnic aproximativ 40 litri de ap. Organizatia Mondial a Sntii consider ca optim

pentru acoperirea acestor nevoi o cantitate de 100 litri in 24 ore.

Apa folosit de om trebuie s ntruneasc anumite proprieti organoleptice fizice si

chimice. Aceste proprieti pot fi determinate cu ajutorul analizei fizico-chimice a apei. In acest

sens , unele determinari se fac la locul de recoltare , astfel:

- determinrile organoleptice (gust, miros ), determinarea temperaturii, fixarea oxigenului

dizolvat si a hidrogenului sulfurat , determinarea clorului rezidual, a bioxidului de carbon

liber si agresiv, determinarea de Ph.

- determinarea turbiditii, a suspensiilor, determinarea reziduului, determinarea fosfatilor, a

oxidabilitii formelor de azot, determinarea fierului, a duritii temporare , a manganului.

- Determinarea alcalinittii si aciditaii, determinarea duritatii totale si determinarea fluorului.

Proprietile organoleptice ale apei sunt reprezentate de acele caracteristici care impresioneaz

organele noastre de sim.,adic gustul i mirosul apei.

Gustul apei este dat de coninutul n substane chimice si n primul rnd de srurile minerale

si de gazele dizolvate (oxigenul si bioxidul de carbon). Excesul sau carena unora dintre aceste

componente poate imprima apei un gust neplacut (fad ,slciu,amar,dulceag).

Mirosul apei este legat de asemenea de prezena n exces a unor elemente naturale sau

provenite din purificarea apei, ca i din unele transformri la care sunt supuse n ap anumite

substane chimice ,mai ales poluante.

Att gustul ct i mirosul apei, dei au ca principal caracteristic un mare grad de

subiectivitate , totui au din punct de vedere sanitar o valoare deosebita. In primul rnd

influena lor asupra utilizrii apei este hotrtoare , poate duce la excluderea folosirii apei

respective. Gustul i mirosul apei pot servi i ca indicatori de poluare a apei.

Apa potabil nu trebuie s aib miros caracteristic i trebuie s aib un gust plcut. In caz

contrar apa poate prezenta subtane poluante care sunt dauntoare sanatii.Prezena

Analiza apei

80

substanelor poluante n ap poate fi evidentiat prin culoare apei.Chiar i temperatura apei

poate fi un indicator indirect de poluare , mai ales pentru apele subterane ,unde se tie c

temperatura este constant. Variaia acestei temperaturi ns , paralel cu variaia temperaturii

aerului ,indic existena unei comunicri cu exteriorul i deci posibilitatea de ptrundere n

sursa de apa a poluanilor din afar.

Astzi exist o preocupare continu la nivel naional si mondial de nbuntire continu a

calitaii apei potabile. In unele ri din vestul Europei se urmaresc 45 de indicatori referitor la

calitatea apei , iar normele Comisiei Economice Europene (C.E.C.) aprobate n 1980,

recomand urmrirea continu a 62 de caracteristici ale apei potabile.

Planul mondial de supraveghere a calitii apelor face parte din Sistemul mondial de

supraveghere a mediului inconjurator (G.E.M.S.) iniiat prin Programul Naiunilor Unite i

prevede urmrirea calitii apelor prin trei categorii de parametri:

a) parametri de baz -temperatura

-pH

-conductibilitate

-oxigen dizolvat

-colibacili

b) parametri indicatori ai polurii persistente:

-cadmiu

-mercur

-compusi organo-halogenati

-compusi organo metalici

-uleiuri minerale

c)parametri obionali:

-carbon organic total

-consum biochimic de oxigen

-metale grele

-arsenic

-bor

-sodiu

-cianuri

-uleiuri

-streptococi

Analiza apei

81

n ara noastr , ca n toate rile lumii , exist legi speciale n lupta mpotriva polurii

apelor. .La Stokholm n anul 1972 a fost prima conferint mondial pentru protecia mediului

nconjurtor iar ONU a lansat Programul Naiunilor Unite pentru Mediul Inconjurator, prin

care s-au iniiat o serie de aciuni pentru ameliorarea situatiei existente si promovarea

calitaii apei inclusiv a celei din mri si oceane.

Contradictia dintre trile bogate si cele srace se reflect n acest element vital al vietii si

dezvoltrii care este apa , aducnd decalajul si aa enorm ntre bogati i sraci. Dup

statistici recente n tarile srace 3 din 5 persoane au acces la apa potabil , 75% dintre

locuitori nedispunnd de instalaii sanitare cu minim de igien. De aceea O.N.U. conchide

ca principal preocupare a societaii n prezent i n viitor va trebui s fie reprezentata de

evitarea sau limitarea polurii apei ca prima aciune de meninere a actualelor surse

naturale ale omenirii.

Apele naturale i cele industriale pot fi considerate adevrate soluii datorit

substanelor pe care le conin dizolvate.

Apele de precipitaii, traversnd atmosfera mai mult sau mai puin poluat, dizolv

mici cantiti de gaze (O2, N2, NH3, CO2, oxizi de azot, H2S ,SO3).

Apele de suprafa i cele freatice dizolv unele componente ale rocilor cu care vin

n contact i pot conine sruri de Ca, Mg, Na, K, sruri de Al, Fe, Si n stare coloidal,

particule de argil i nisip n suspensie, precum i substane organice.

Coninutul de sruri din ap provoac neomogeniti n numeroase procese

industriale unde aceasta se folosete (depuneri de piatr n instalaiile centralelor termice,

defecte lan vopsirea i albirea esturilor, coroziune etc.).

n construcii, apa folosit pentru prepararea mortarelor i betoanelor de ciment

trebuie s ndeplineasc anumii indici calitativi i cantitativi privind coninutul total de

sruri, pH-ul, prezena substanelor organice etc., n caz contrar putnd apare fenomene

de coroziune a acestor materiale (tabel anexa 4.1 conform STAS 790-1984).

1. Analiza calitativ a apei.

Prezena unor ioni n apa de analizat se poate stabili prin analize chimice calitative

(identificri) folosind un reactiv specific. Acesta reacioneaz cu un anumit ion din ap cu

apariia unui precipitat, a unei coloraii intense, degajarea unor gaze, miros, fenomene

uor de observat.

Analiza apei

82

Deoarece substanele dizolvate n ap se afl de regul disociate n ioni, reactivul

specific, care mpreun cu ionul de identificat, s formeze un precipitat sau un complex

colorat.

1.1. Identificarea cationilor Ca2+, Fe3+, NH4+, Pb2+.

Ionii Ca2+, prezeni adesea n apele naturale, au ca reactiv specific acidul oxalic sau orice sare solubil i disociabil a acestuia, mpreun cu care formeaz un precipitat

alb cristalin de oxalat de calciu:

Ionii Fe3+ se identific cu soluie sulfocianur de potasiu KSCN cu care se formeaz cationul complex [Fe(SCN)]2+ colorat n rou intens:

Fe3+ + SCN- [Fe(SCN)]2+ [2]

Ionii NH4 se identific cu reactivul Nessler (o soluie alcalin de iodur dubl de Hg i K) cu care formeaz un precipitat amorf, rou-brun de iodur de mercur i amoniu:

NH4 + KOH NH3 + K+ + H2O

[3]

Ionii Pb2+ se identific cu soluie de cromat sau bicromat de sodiu sau potasiu care precipit srurile de plumb sub forma cromatului de Pb de culoare galben:

Pb2+ + CrO42- PbCrO4 [4]

2 Pb2+ + HOH + Cr2O72- PbCrO4 + 2H+ [5]

4.1.2. Identificarea anionilor Cl-, SO42, NO2-.

Ionii Cl- provin prin disocierea clorurilor dizolvate n ap i acidului clorhidric. Reactivul specific este azotatul de argint AgNO3. Ionul specific Ag+ precipit Cl- sub form de

NH2I + 7KI + 2H2O Hg Hg

NH3 + 2K2HgI4 + 3KOH O

COO-

COO-

+ Ca2+ COO-

COO-

Ca2+ [1]

Analiza apei

83

clorur de argint AgCl un precipitat alb brnzos, insolubil n soluii diluate ce conin Cl-

dar solubil n exces de ioni de Cl-.

Cl- + Ag+ AgCl [6]

AgNO3 este reactivul specific pentru ionii de halogeni Cl-, Br-, I-, cu excepia F, cci

AgF este solubil.

Ionii SO42- provin prin disocierea sulfailor dizolvai n ap i a acidului sulfuric prezent n apele reziduale. Reactivul specific este BaCl2, ionul specific este Ba2+, cu care

formeaz un precipitat alb cristalin de sulfat de bariu.

SO42- + Ba2+ BaSO4 [7]

n exces de ioni de H2SO4 identificarea cu ionul Ba2+ nu are loc cci precipitatul

format se dizolv sub forma sulfatului acid de bariu Ba(H SO4)2.

Ionii de azotit NO2 provin prin disocierea azotiilor n ap. Identificarea lor se bazeaz pe oxidarea KI la iod liber (I2) de ctre ionii NO2- n mediu acid, reacie nsoit de

colorarea apei de analizat n brun.

Apa de analizat de aciduleaz cu cteva picturi de HCl i apoi se trateaz cu

cteva picturi de reactiv specific (KI). n cazul existenei anionului NO2-, soluia se

coloreaz n brun datorit iodului eliberat di reacie:

2NO2 + 2KI + 4HCl I2 + 2NO + 4Cl- + 2K+ + 2H2O [8]

Prezena iodului este i mai bine evideniat dac dup reacie se adaug cteva

picturi de tetraclorur de carbon (CCl4) care dizolv prin agitare iodul format, colorndu-se

n violet.

4.1.3. Identificarea substanelor organice. Prezena substanelor organice n ap se pune n eviden printr-o metod

indirect, bazat pe aciunea lor reductoare asupra permanganatului de potasiu n mediu

acid:

2KMnO4 + 3H2SO4 K2 SO4 + 2MnSO4 + 3H2O + 5O [9]

Analiza apei

84

Oxigenul atomic rezultat va oxida puternic substana organic.

Presupunnd c aceasta ar fi acidul oxalic, se va descompune astfel:

[10]

Dac apa de analizat conine substane organice vor avea loc reaciile menionate

n urma crora ionul MnO4- (permanganic) violet se va transforma n Mn2+ incolor, deci

soluia se decoloreaz.

Dac apa de analizat nu conine substane organice, soluia nu-i schimb culoarea

violet a ionului permanganic.

Pentru cantiti mici de substane organice este necesar s se nclzeasc proba

de ap de analizat.

4.1.3.1. Aparatur i materiale

Eprubete; Apa de analizat; Sticle picurtoare cu reactivi specifici; Hrtie indicatoare de pH.

4.1.3.2. Efectuarea determinrii n eprubete se introduc 2-3 ml ap de analizat i cteva picturi din soluia

reactivului specific. n cazul existenei ionului cutat, se va produce o reacie uor de

recunoscut.

4.1.3.3. nregistrarea rezultatelor Datele analizei calitative a apei se trec n tabelul 4.1.

Tabelul 4.1.

Ionul cutat Reactivul specific Reacia de identificare Prezena ionnului

COOH

COOH + 5O 10CO2 + 5H2O 5

Analiza apei

85

4.1.4. Determinarea pH-ului apei

Ph-ul apelor variaza putin fata de ph-ul neutru datorita prezentei CO2

,bicarbonatilor si carbonatilor.apele dure au ph-ul mai ridicat comparativ cu apele

moi.ph-ul apelor rezidualepoate fi acid sau alcalin si constituie o cauza a perturbarii

echilibrului biologic al bazinului receptor, impiedicand desfasurarea normala a

procesului de autopurificare. Pentru determinarea ph-ului apei se folosesc metode

colorimetrice sielectrorimetice.

Apa poate avea un pH acid din cauza acizilor minerali sau organici prezeni ca

atare n ap sau din cauza hidrolizei acide a srurilor provenite din acizi tari i baze slabe.

PH-ul alcalin al unor ape se explic prin prezena hidroxizilor alcalini i alcalino-

pmntoi sau a srurilor cu hidroliz alcalin, provenite din acizi slabi i baze tari.

Determinarea experimental se poate face cu hrtie indicatoare (lucrarea 3) sau cu

pH-metrul.

4.2. Analiza cantitativ a apei. Duritatea apei este data de prezenta tuturor cationilor din apa in afara de cationii

metalelor alcaline. Deoarece ionii de calciu si magneziu se gasesc in apa in cantitate

mult mai mare fata de ceilalti cationi, determinarea duritatii va consta din determinarea

concentratiei acestor ioni. Apele dure sunt neplacute la gust; la fierberea apei sarurile

in exces se depun pe vase, cazane, conducte si/sau impiedica o buna fierbere a

legumelor; cu sapunul dau saruri insolubile fiind neeconomice. Apele moi sunt

incriminate de producerea unor afectiuni cardio-vasculare.

Duritatea apei este de doua feluri: duritate temporara sau carbonata, data de

bicarbonatii de calciu si magneziu prezenti in apa si duritatea permanenta sau

necarbonata data de celelalte saruri de calciu si magneziu (azotati, sulfati, cloruri,

fosfati etc).

Suma celor doua duritati formeaza duritatea totala . Duritatea excesiva a apei are

implicatii de ordin economic.

Conventional , duritatea se exprima in grade de duritate care pot fi grade germane

(1 grad = 10 mg CaO) sau grade franceze (1 grad = 10 mg CaCO3). La noi in

tara,exprimarea duritatii se face in grade germane.

Analiza apei

86

Distilator ap depuneri de srui

Coninutul de sruri de Ca2+ i de Mg2+ din ap formeaz duritatea total a

acesteia. Duritatea total DT se compune din duritatea temporar (Dt) i duritatea

permanent (Dp):

DT = Dt + Dp [11]

Duritatea temporar sau alcalinitatea apei este dat de carbonaii acizi de calciu i

de magneziu din ap, sruri nestabile termic care se descompun prin fierberea apei n

carbonai greu solubili. Acetia formeaz depunerile de crust pe pereii instalaiilor din

centralele termice.

Ca(HCO3)2 CaCO3 + CO2 + H2O [12]

Mg(HCO3)2 MgCO3 + CO2 + H2O [13]

Duritatea permanent este dat de srurile de calciu i de magneziu, stabile termic,

sulfai (CaSO4, MgSO4) i cloruri (CaCl2, MgCl2).

Duritatea apei se exprim n grade de duritate (Od):

Gradul de duritate francez reprezint un coninut de sruri de calciu i de magneziu

echivalent cu 10 mg CaCO3 la 1000 ml ap;

Gradul de duritate german reprezint coninutul de sruri de calciu i de magneziu

echivalent cu 10 mg CaO la 1000 ml ap.

n ara noastr se folosete exprimarea n grade germane i din acest punct de

vedere apele se clasific astfel:

pn la 9Od ape cu duritate mic; (925) Od ape cu duritate mijlocie; mai mare de 25 Od ape foarte dure;

Analiza apei

87

Duritatea apei se mai poate exprima i n miliechivaleni (milivali) CaO la 1000 ml

ap (1 mval CaO = 28 mg CaO).

4.2.1. Determinarea duritii temporare. Duritatea temporar a apei se determin titrnd un volum de ap, exact msurat, cu

soluie de HCl 0,1n n prezen de metil orange drept indicator.

4.2.1.1. Aparatur i materiale. Flacoane Erlenmeyer de 250 ml; Biuret; Pipet cu bul de 100 ml; Stativ i clem pentru biuret; Metil orange; Soluie de HCl 0,1n; Probe de ap de analizat.

4.2.1.2. Efectuarea determinrii. n biuret se introduce soluie de HCl 0,1n pn la diviziunea 0. ntr-un flacon

Erlenmeyer se msoar cu pipeta cu bul 100 ml ap de analizat i se adaug 2-3 picturi

de indicator metil orange. Se titreaz coninutul flaconului cu soluie de HCl 0,1n din

biuret pn la virajul indicatorului de la galben la portocaliu. Se citete cu precizie

volumul de soluie de Hcl 0,1n folosit la titrare. Se titeaz 2-3 probe de ap.

4.2.1.3. nregistrarea rezultatelor. La titrare au loc urmtoarele reacii chimice:

Ca(HCO3)2 + 2HCl CaCl2 + 2CO2 + 2H2O [14]

Mn(HCO3)2 + 2HCl MnCl2 + 2CO2 + 2H2O [15]

Pentru exprimarea duritii temporare n grade germane se stabilete raportul de

combinare a HCl cu CaO pe baza urmtoarei reacii chimice:

2HCl + CaO CaCl2 + H2O [16]

Deci raportul de combinare este: 1 mol HCl (36,5 g) se combin cu a moli CaO (28

g).

Notnd cu a numrul de ml de soluie HCl 0,1n folosit la titrarea unei probe de ap i

tinnd seama de raportul de combinare de mai sus, rezult:

1 ml soluie HCl 0,1n (36,5 g) 2.8 mg CaO

a ml soluie HCl x mg CaO

x = a 2,8 mg CaO

Analiza apei

88

Deci proba de 100 ml ap de analizat are un coninut de sruri de calciu i de

magneziu echivalent cu a 2,8 mg CaO. n 1000 ml ap coninutul acestor sruri va fi

echivalent cu 10 a 2,8 mg CaO.

innd cont de definiia gradului de duritate german, se poate face urmtorul calcul:

10 mg CaO / 1000 ml ap 1Od

10 a 2,8 mg CaO / 1000 ml ap . 1Od

de unde: y = 10 a 2,8 / 10 = a 2,8 Od

Deci duritatea temporar va fi:

Dt = y = a 2,8Od

Rezultatele titrrii celor 2-3 probe de ap de analizat se trec n tabelul 5.2.

4.2.2. Determinarea duritii totale a apei. Duritatea total a apei se determin prin titrare complexometric, metod ce se

bazeaz pe proprietatea ionilor Ca2+ i Mg2+ din ap de a forma combinaii complexe cu

anumite substane. Combinaiile complexe conin un ion sau atom central n jurul cruia

sunt legai prin legturi coordinative mai muli atomi sau molecule simple.

Titrarea complexometric se efectueaz cu soluia srii disodice a acidului etilen

diaminotetraacetic, sare denumit i complexon III. Ca indicator, la aceast titrare se

folosete negru eriocrom T.

4.2.2.1. Aparatur i materiale. Flacon Erlenmeyer de 250 ml; Biuret; Pipet de 25 i 2 ml; Stativ i clem pentru biuret; Soluie de complexon III 0,01n; Soluie tampon (preparat din NH4Cl i NH3 25% n anumite proporii); Indicator negru eriocrom T.

Analiza apei

89

4.2.2.2. Efectuarea determinrii. Din proba de ap care a fost titrat foarte exact cu soluie HCl 0,1n pentru

determinarea duritii temporare, se iau cu pipeta 50 ml i se introduc ntr-un flacon

Erlenmeyer. Coninutul flaconului se fierbe 3-4 minute pentru a elimina CO2 existent n

ap. Dup rcirea flaconului n aer i apoi ntr-un curent de ap, se introduce un vrf de

spatul (cca. (0,2-0,3) g) i se adaug 2 ml soluie tampon, pentru realizarea pH-ului 8-10.

Se titreaz imediat coninutul flaconului Erlenmeyer cu soluie de complexon III

0,01n din biuret, pn ce culoarea trece de la rou la albastru. Se citete exact volumul

de soluie utilizat la titrare.

4.2.2.3. nregistrarea rezultatelor. Calculul duritii totale se face cu relaia:

DT = 2 n 0,561Od [ ]18 n care:

n numrul de ml soluie complexon III folosit la titrarea probei de ap;

0,561 cantitatea n mg CaO care corespunde la 1 ml soluie complexon.

Rezultatele titrrii a 2-3 probe de ap se trec n tabelul 5.2.

4.3. Duritatea permanent.

Se calculeaz ca diferen ntre duritatea total i cea temporar:

Dp = DT - Dt [ ]19

Tabelul 2.

Nr. probei

Duritate temporar Dt (Od) Duritate total DT (Od) Duritate permanent

Dp (Od)

Categoria apei

Volum prob (ml)

a ml sol HCl 0,1n a 2,8

Volum prob (ml)

x ml soluie complexon 2 n 0,561

1 100 50 2 100 50 3 100 50

Anexa 1.

Analiza apei

90

STAS 790-84: Condiii pentru apa folosit la prepararea mortarelor i betoanelor de ciment.

S fie limpede, s nu conin suspensii organice sau anorganice; S nu aib gust i miros pronunat; S corespund caracteristicilor din tabel:

Caracteristica Condiii de admisibilitate Concentraia ionilor de H+, pH 5-10 Coninut total de sruri mg / dm3 max. 2000 Sulfai (SO42-) mg / dm3 max. 2000 Cloruri (Cl-) mg / dm3 max. 500 Carbonai (CO32-) i hidrocarbonai (CO3H-) mg / dm3 max. 1000 Magneziu Mg2+ mg / dm3 max. 500 Alcalii sub form de Na2O mg / dm3 max. 600 Substane organice mg / dm3 max. 500 Pierderi la calcinare a substanelor insolubile mg / dm3 max. 800

Densitatea real (absolut)

91

LUCRAREA NR. 5 CARACTERISTICI STRUCTURALE I

densitatea real

Densitatea (real) a unui material se definete prin valoarea raportului ntre masa i

volumul su real (lipsit de pori).

Densitatea se calculeaz cu relaia:

= Vm [ kg/m3 ] [1]

n care: m = masa probei, n kg

V = volumul format din particulele constituente, n m3

Pentru calculul densitii se va determina masa probei (prin cntrire) i volumul

format din particulele constituente prin metode specifice funcie de starea fizic (lichid

sau solid) i a posibilitii de confecionare a epruvetelor.

Densitatea materialelor solide lipsite de pori

Metoda prin msurtori directe

Metoda se aplic n cazul cnd se dispune de corpuri de prob (epruvete) cu

form geometric regulat (cub, cilindru, prism) fr tirbituri la muchii.

Aparatur i materiale: balan tehnic de capacitate mai mare dect cea probabil a

probei, ubler, proba fasonat.

Efectuarea msurtorilor

Pentru a lua n consideraie abaterile inevitabile de la forma geometric ideal,

dimensiunile cu care se va calcula volumul probei vor reprezenta medii aritmetice ale

dimensiunilor reale.


92

Fig..1. Modul de msurare a dimensiunilor epruvetelor

(a- cubice; b- cilindrice)

- la epruvetele cubice sau prismatice (fig.5.1.a.) se msoar (n sensul acelor de

ceasornic) toate muchiile, la o distan de 5 mm de margine, ai , bi i ci ( i = 1...4);

- la epruvetele cilindrice (fig.5.1.b) se msoar dou diametre perpendiculare la 5

mm de suprafaa bazelor i mijlocul epruvetei di (i = 1...6) i patru nlimi pe direcia

generatoarelor corespunztoare diametrelor msurate hi ( i = 1...4).

nregistrarea i interpretarea rezultatelor.

Lungimile se msoar cu o precizie de 0,1 mm i se trec n tabelul 1.

Masa probei se msoar cu o precizie de 0,1 g i se trece n tabelul 1.

Tabelul 1

Forma cubic dimensiuni 1 2 3 4 media aritmetic

a b c

volum (cm3)

masa (g)

- - - -

= Vm

- - - - g/cm3 kg/m3


93

forma cilindric dimensiuni 1 2 3 4 5 6 media

d (cm) h (cm) V (cm3) m (g) g/cm3

kg/m3

Se calculeaz mediile aritmetrice ale dimensiunilor, volumul epruvetei i densitatea

(cu o precizie de trei cifre semnificative).

Densitatea materialelor solide poroase Materialele solide prezint n structura lor pori i goluri, astfel nct pentru

determinarea volumului real este necesar s li se distrug structura, transformndu-le

ntr-o pulbere fin, astfel nct s putem considera c particulele prfoase rezultate nu

mai pot conine pori nchii. Pentru aceasta, materialul supus determinrii se sfrma n

piuli de oel, apoi se mojareaz i se trece prin sita cu ochiuri de 0,2 mm. Pulberea

rezultat se usuc la mas constant.

Volumul real al pulberii se determin prin introducerea acesteia ntr-un lichid ce nu

reacioneaz chimic cu materialul de ncercat i determinarea volumului de lichid dislocuit

Fig.2. -vase cotate, picnometru cu dop rodat


94

Aparatur i materiale: mojar, sit nr.0125, balan analitic (sau tehnic), picnometru (vas cotat), biuret, ap distilat, proba de materia

Efectuarea msurtorilor. Se pot aplica dou metode de determinare a densittii:

1.Metoda biuretei;

2.Metoda picnometrului.

1.Metoda biuretei este expeditiv dar aproximativ i presupune urmtoarea succesiune de operaii:

-se cntrete (m1) un balon cotat cu volumul (Vb) ;

-se introduce n balon o cantitate de (10...30) g de pulbere i se recntarete

balonul (m2);

-se umple biureta cu lichidul de referin;

-se aeaz balonul sub biuret i se deschide robinetul acesteia pentru a permite

lichidului s picure n balonul cotat;

-in timpul acestei operaiuni trebuie n permanen agitat lichidul din balon pentru

eliminarea aerului;

-cnd nivelul lichidului ajunge la marca balonului, biureta se nchide pentru a

permite citirea volumului de lichid scurs (V1).


= [2]

Metoda picnometrului sau metoda msurtorilor de mase este mult mai precis i const n:

- se cntrete picnometrul gol i uscat (m1) ;

-se umple picnometrul cu lichid de referin, i se pune dopul, se terge la exterior

de lichidul deversat prin capilar i se recntrete (m2)

ml =m2-m1 reprezint masa lichidului care ncape n picnometrul gol.

-se golete picnometrul i se usuc;

- se introduce n picnometru o cantitate de( 10...30 )g pulbere uscat la mas

constant i se recntrete picnometrul cu material m3 ;

Mm=m3-m1 reprezint masa materialului introdus.

- se introduce n picnometru, peste pulbere, lichidul de referin, astfel nct s se


95

umple aproximativ 2/3 din volumul acestuia i se elimin aerul prin fierbere pe baie

de nisip timp de 15 minute;

- dup rcire, picnometrul se umple cu lichidul de referin, i se pune dopul, se

terge la exterior i se recntrete (m4)

Diferena ( m4-m3 ) reprezint masa lichidului de referin care a ncput n

picnometru, peste materialul solid.


]/[2

3

23

13 cmgmmmm

mm

ap

=

[3]

n lucrarea de fa se va folosi metoda msurtorilor de volum (metoda biuretei)

nregistrarea i interpretarea rezultatelor

Msurtorile de volum V1 , Vi i Vf i de mas se trec n tabelul 2.

Tabelul.2.

Nr. crt.

Volumul vasului V1

cm3

Masa vasului gol

m1 (g)

Masa vasului cu pulbere m2

(g)

Volumul de lichid scurs din biuret

e21

12

VVmm

= V2

1 2

Media g/cm3

kg/m3

Se calculeaz densitatea cu o precizie de trei cifre semnificative

Ca rezultat se ia media aritmetic a dou determinri.

Densitatea lichidelor Lichidele sunt lipsite de pori, astfel nct volumul pe care l ocup reprezint

volumul real adic al particulelor constituente.

Densitatea lichidelor se apreciaz prin determinarea masei unui volum cunoscut de

lichid sau prin msurtori directe folosind aparate speciale - densimetre.

Volumul probei se impune prin umplerea unor recipieni de volum cunoscut, iar masa se


96

determin prin cntarire.

Densitatea lichidelor servete la determinarea masei volumelor de lichid i ca

parametru de calcul al densitii materialelor solide, cnd sunt folosite ca lichide de

referin, iar n cazul soluiilor, la determinarea concentraiilor lor.

Determinarea densitii lichidelor prin cntrire

. Aparatur i materiale: - picnometru cu capacitate de 50 cm3, cu dop de sticl prevzut cu dop capilar ;

-balan analitic;

-termometru 0-100 0C;

-ap distilat;

-hrtie absorbant;

-soluii cu diferite concentraii de clorur de calciu.

Efectuarea msurtorilor.

Picnometrul splat cu ap distilat, uscat n etuv la 1050C i rcit, cu volumul

etalon V, se cntrete la balana analitic (m1) cu o precizie de patru cifre semnificative.

Se umple picnometrul cu lichidul de analizat , se terge la exterior cu hrtie

absorbant i se cntrete (m2)

Imediat dup cntrire se determin temperatura lichidului t .

Determinarea se repet pentru diferite temperaturi ale apei distilate.


Valorile msurate m1, m2 , V i t .se nscriu n ordine n tabelul 3.

Tabelul 3

Nr. crt.

m1 (g)

m2 (g)

V (cm3)

t 0C

g/cm3

200C

1 2

media 1 2

media 1 2

media 1 2

media 1 2


97

media Se calculeaz densitatea lichidului pentru temperatura

= V

mm 12 [3]

Se calculeaz factorul de corecie

C020

= [4]

Pentru apa distilat valoarea factorului este dat n tabelul 4.

Tabelul 4

t 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 18 1,00039 1,00036 1,00032 1,00028 1,00021 19 1,00021 1,00017 1,00013 1,00009 1,00004 20 1,00000 0,99995 0,99991 0,99987 0,99985 21 0,99971 0,99974 0,99964 0,99965 0,99961 22 0,99956 0,99951 0,99947 0,99942 0,99938

Se corecteaz valoarea densitii determinat la temperatura t cu factorul de

influen calculul densitii corespunztoare temperaturii de 200C la care se refer

valorile din normele tehnice.

Determinarea densitii lichidelor cu ajutorul densimetrelor (areometre) Metoda se aplic pentru lichidele cu vscozitate redus i se bazeaz pe legea lui

Arhimede, aparatele fiind etalonate pentru un anumit interval al densitii.

Conform legii lui Arhimede:

Vlichid x x g = mcorp x g i =

Aparatur i materiale:

-densimetru,

-cilindru din sticl gradat de 500 cm3;

-termometru pentru intervalul de temperatur 0...1000C;

- ap distilat;

-soluii cu diferite concentraii de clorur de calciu.

Densimetrul (fig.3) este compus dintr-un cilindru de sticl nchis, lestat la partea

inferioar i gradat n uniti de densitate.


98

Fig.3. Densimetru

Efectuarea determinrilor Se determin temperatura lichidului aflat n cilindrul gradat.

Se introduce densimetrul n lichid, astfel nct s nu ating pereii cilindrului. Se

citete valoarea densitii la partea superioar a meniscului format de lichid (fig..3.). n

momentul citirii densimetrul trebuie s se afle n repaos.

Se repet determinarea pentru temperaturi diferite sau pentru concentraii diferite.


Temperaturile i densitile corespunztoare acestora, msurate, se nscriu n

tab.5.

Tabelul 5

i i

Densitatea aparent

99

LUCRAREA NR.6 CARACTERISTICI STRUCTURALE II

(densitatea aparent)

Densitatea aparent a unui material (a) reprezint masa unitii de volum aparent (format din particule constituente i discontinuitile din acest volum - pori, goluri, capilare,

fisuri etc.)

ntruct n porii ce comunic cu exteriorul se poate gsi apa absorbit, care ar

modifica esenial masa unitii de volum, densitatea aparent se raporteaz de cele mai

multe ori la materialul uscat la masa constant. In cazul cnd masa s-a msurat pentru o

anumit umiditate , aceasta se va specifica n mod expres.

Volumul aparent se poate determina prin msurtori pe epruvete sau prin metoda

volumului de lichid dislocuit.

Determinarea densitii aparente prin msurtori directe

Metoda se aplic n cazul cnd se dispune de corpuri de prob (epruvete) cu form

geometric cunoscut .

Aparatur i materiale: balan tehnic avnd capacitatea mai mare dect cea

probabil a probei; etuv, ublere, proba fasonat.


Probele fasonate se usuc la masa constant la 1055C dac materialul nu

impune o alt temperatur. Se consider c proba a ajuns la masa constant dac dup

pstrarea timp de 4 ore n etuv diferena de mas ntre dou cntriri succesive este mai

mic de:

- 0,02 g n cazul cntririi la balana analitic;

- 0,2 g n cazul cntririlor la balana tehnic

Dup aducerea probei la masa constant, aceasta se pstreaz n exicator pentru

rcire timp de o or.

Fig.1. - exicator

Densitatea aparent

100

Se cntrete proba la balana tehnic cu o precizie de 0,1 g (m)

Se execut msurarea dimensiunilor probei conform procedeului explicat anterior.


Rezultatele msurtorilor a, b , c i m se trec n tabelul 1.-a,b

Epruveta cubic

Tabelul 1.a

Forma cubic dimensiuni 1 2 3 4 media aritmetic

a b c

volum (cm3)

masa (g)

- - - -

= mV

- - - -

g/cm3 kg/m3

Epruvet cilindric

Densitatea aparent

101

Tabelul 1.b

dimensiuni 2 3 4 5 6 media d (cm) h (cm) V (cm3) m (g)

g/cm3

kg/m3

Se calculeaz mediile aritmetice ale dimensiunilor, volumul aparent i densitatea

aparent (cu o precizie de trei cifre semnificative). Rezultatul final se exprim n kg/m3 .

Determinarea densitii aparente prin metoda volumul de lichid dislocuit Metoda msurrii volumului de lichid dislocuit Principiul metodei const n determinarea volumului de lichid de referin, pe care

proba l dislocuiete cnd aceasta este imersat n lichidul respectiv.

Metoda se aplic pentru probe de o form oarecare i cnd nu exist

incompatibilitate ntre materialul din prob i lichidul folosit n experiment.

Pentru a se evita absorbia lichidului de referin n porii deschii ai probei, dup

efectuarea cntririi n stare uscat la mas constant este necesar pregtirea probei fie

prin saturare , fie prin parafinare.

Pregtirea probei prin saturare cu lichid de referin.

In cazul cnd materialul din prob nu reacioneaz chimic cu apa, sau n prezena

acesteia nu se produce distrugerea structurii, proba se satureaz cu ap dup cum

urmeaz:

Se introduce proba n vasul de saturaie i se toarn ap distilat pn la 1/4 din

nlimea probei, meninndu-se nivelul timp de 2 ore. Se adaug ap distilat pn cnd

nivelul n vasul de saturaie ajunge la 3/4 din nlimea probei, lsndu-se astfel timp de 24

ore. Se acoper proba cu ap distilat i dup 24 de ore se scoate, se terge cu o crp

umezit pentru a ndeprta apa adsorbit, se cntrete i se reintroduce n vasul de

saturaie. Se repet operaia de cntrire din 24 n 24 ore pn cnd diferena ntre dou

cntriri succesive este mai mic de 0,05% din masa obinut la ultima cntrire. Se

obine masa probei saturate ms .

Densitatea aparent

102

Pregtirea probei prin parafinare.

In cazul n care materialul din prob reacioneaz chimic cu apa sau aceasta distruge

structura materialului, proba se parafineaz.

Pentru parafinare, proba uscat se introduce, n mai multe reprize , ntr-o baie de parafin

topit astfel nct pe suprafaa probei se formeaz un strat de parafin impermeabil i

continuu de aproximativ 1mm grosime. Dup parafinare este necesar recntarirea probei,

pentru determinarea masei probei parafinate. Masa parafinei aderent la suprafaa probei

se calculeaz ca diferen ntre masa probei parafinate i masa probei uscate la mas

constant. Cunoscnd densitatea parafinei 0,92 g/cm3 se poate calcula volumul de

parafin dispus pe suprafaa probei.

Aparatur i materiale: balan tehnic de capacitate mai mare dect cea

probabil a probei; cilindru gradat; ap distilat, proba de material.


Se cntrete cu o precizie de 0,1 g proba de ncercat (m)

Se toarn n cilindrul gradat apa distilat pn la un nivel cel puin egal cu nlimea

probei de ncercat . Se citete volumul V1.

Se introduce n cilindrul gradat proba de ncercat .

Se citete volumul V2 (fig.2.)

Fig.2. Msurarea volumul de lichid dislocat

V

V

Densitatea aparent

103


Masa (m), volumele V1 i V2 se trec n tabelul 3.

Tabelul 3.

m (g)

V1 (cm3)

V2 cm3

V2-V1 (cm3) =

12 VVm

Proba 1 Proba 2 Media g/cm3

kg/m3

Se calculeaz diferena volumelor V2 i V1 ce reprezint volumul probei. Se

calculeaz densitatea cu o precizie de trei cifre semnificative, n g/cm3 i se transform n

kg/m3 .

Metoda balanei hidrostatice.

Metoda se aplic n cazul probelor mici sau cnd se urmrete obinerea unei

precizii ridicate.

Aparatur i materiale: balan hidrostatic, proba de material, apa distilat. Balana hidrostatic (fig.4.) este o balan tehnic la care unul din platane este

astfel adaptat nct s poat susine printr-un fir foarte subire proba de material i un vas

n care se gsete ap distilat i care permite imersarea total a probei.

Fig.4. Balana hidrostatic

Densitatea aparent

104

Efectuarea determinrii.

Proba de analizat se cntrete la balana hidrostatic, n aer, notndu-se cu m1 masa acesteia. Se suspend proba cu ajutorul firului sub talerul balanei hidrostatice, se

imerseaz n vasul cu ap distilat i se cntrete din nou , notndu-se cu m2 masa probei. Masa probei n stare uscat se noteaz cu m


Rezultatele cntririlor m1 i m2 se trec n tabelul 6.5.

Tabelul 6.5.

Proba m (g) m1 (g) m2 (g) V = )cm(mm 3

a

21

Vm

=

1 2 3

Media g/cm3 kg/m3

Se calculeaz volumul (V) probei i densitatea materialului cu o precizie de patru

cifre semnificative.

Rezultatul este media aritmetic a trei rezultate care nu difer ntre ele cu mai mult de

0,5%.

Metoda se aplic pentru probe unitare fr o form geometric regulat. Pentru a

mpiedica ptrunderea lichidului de referin n porii deschii ai materialului din prob,

aceasta se pregtete naintea efecturii determinrii prin saturare sau prin acoperire cu

un strat de parafin.

Densitatea n grmad; Volumul de goluri

105

LUCRAREA NR.7 CARACTERISTICI STRUCTURALE III

(densitate n grmad, volumul de goluri) Densitatea n grmad se refer la materialele sub form de granule (pietri, nisip,

piatr spart) sau de pulbere (ciment, ipsos) i reprezint raportul dintre masa m a materialului granular i volumul su n grmad Vg care cuprinde volumul materialului, al porilor si i al golurilor dintre granule.

Densitatea n grmad se calculeaz cu relaia:

[ ]3g

g m/kgVm

= [1]

n care: m = masa probei, kg;

Vg = volumul n grmad, m3.

Materialul granular se poate afla la diferite stri de ndesare, astfel nct valoarea densitii

n grmad se determin pentru dou stri :

-starea afnat (ga), corespunztoare ndesrii ce rezult prin turnarea materialului granular n grmad (fr compactarea lui).

-starea ndesat (gi),corespunzatoare ndesrii maxime ce poate fi obinut la materialul granular respectiv.

Principiul metodei de determinare a densitii n grmad const n aflarea masei nete de

material granular care umple, n anumite condiii precizate, un vas etalon (cu volum precis

cunoscut).


106

Pentru a obine rezultate reprezentative este necesar corelarea volumului vasului etalon

folosit pentru impunerea volumului n grmad cu dimensiunea maxim a granulelor ce

compun materialul granular.

TABEL7.1.

Densitatea n grmad n stare afnat

Materialul trebuie pregtit prin uscare la mas constant pentru determinarea

densitii n grmad n stare afnat i uscat sau pstrat la umiditatea natural pentru

determinarea densitii n grmad n stare afnat i umed.

Aparatur i materiale: balan tehnic de capacitate mai mare dect cea probabil a probei, vase etalon de capacitate variabil n funcie de mrimea maxim a

granulelor, scaf, rigl metalic


Se cntrete vasul gol (m) , n g.

Se aeaz vasul etalon pe masa de lucru i se umple cu materialul granular

lsndu-l s cad din scaf, de la nlimea de 10 cm de la partea superioar a vasului .

Dup umplerea n exces , se niveleaz cu ajutorul riglei metalice materialul granular. Se

cntrete vasul umplut cu materialul granular (m1) (fig

max

(mm)

Vvas

etalon

(dm3 )

Dimensiuni interioare

(mm)

diametru nlime

7,1 1,00 108 109

31,5 5,00 185 186 >31,5 10,00 234 233


107

Fig.7.1a,b. umplerea vasului volumetric n exces

Fig.7.2. ndeprtarea excesului de material cu rigla metalic


108

Inregistrarea i interpretarea rezultatelor

Volumul vasului etalon (V1), masele vasului gol (m) i umplut cu material (m1) se

nscriu n tab.7.2.

Se calculeaz densitatea n grmad n stare afnat cu o precizie de trei cifre

semnificative.

Tabelul 7.2.

Nr. crt V ( cm

3) m (g) m1 (g) Vmm1

ga

=

material foarte fin 1 2 3

media g/cm3 kg/m3

material fin 1 2 3

media g/cm3 kg/m3

material grosier 1 2 3 media g/cm3

kg/m3

Densitatea n grmad n stare ndesat

Aparatur i materiale: balan tehnic de capacitate mai mare dect cea probabil a probei, vase etalon prevzute cu guler, de capacitate variabil n funcie de mrimea

maxim a granulelor, scaf, rigl metalic, masa vibrant .

Efectuarea msurtorilor Se aeaz vasul etalon pe masa de lucru, i se ataeaz gulerul prelungitor i se

umple cu materialul de ncercat. Dup umplere, materialul se ndeas prin vibrare pe

masa vibrant timp de 3 minute. Se ndeprteaz gulerul ,se ndeprteaz surplusul de

material prin nivelare cu ajutorul riglei metalice. Vasul umplut cu material se cntrete

(m1).


109

nregistrarea i interpretarea rezultatelor Volumul vasului etalon (V) , masele vasului gol (m) i umplut cu material (m1) se

nscriu n tab.7.3.

Se calculeaz densitatea n grmad n stare ndesat cu o precizie de trei cifre

semnificative.

Tabelul 7.3.

Nr. crt V ( cm

3) m (g) m1 (g) Vmm1

g

=

material foarte fin 1 2 3

media g/cm3

kg/m3 material fin

1 2 3

media g/cm3

kg/m3 material grosier

1 2 3

media g/cm3

kg/m3

Volumul de goluri

Volumul de goluri (Vgol) reprezint proporia n care volumul spaiilor libere ce rmn ntre granule particip la formarea volumului n grmad a materialului granular.

Principiul metodei de determinare const n msurarea volumului de lichid care ncape

ntr-un vas de volum cunoscut, umplut cu material granular.

Condiiile de reprezentativitate a probei sunt aceleai cu cele enunate la determinarea

densitii n grmad.


110

Determinarea experimental a volumului de goluri

Aparatur i materiale: vase etalon de capacitate variabil n funcie de mrimea

maxim a granulelor , scaf, rigl gradat, cilindru gradat, materialul de ncercat


Materialele granulare mai mari de 7,1 mm se satureaz ntr-o baie de ap, apoi se

scurg timp de 30 min. pe un ciur de 31,5 mm. Materialele granulare se introduc n vasul

volumetric n aceleai condiii ca pentru determinarea densitii n grmad n stare

afnat. Excesul de material se ndeprteaz prin radere cu o rigl metalic.

Volumul de ap care ncape peste materialul granular din vasul volumetric poate fi

determinat prin doua metode:

-msurarea apei cu ajutorul unui cilindru gradat.

-cntrirea vasului volumetric cu material, nainte i dup umplerea lui cu ap distilat.

Diferena celor dou mase reprezint masa de ap, respectiv volumul de ap (1g/cm3).

n cazul ambelor metode , trebuie urmrit ca nivelul apei s ajung la nivelul superior al

recipientului.

Volumul apei exprim volumul golurilor, care se raporteaz la volumul vasului(volumul n

grmad n stare afnat al materialului granular).

Fig.7.3. umplerea vasului volumetric cu ap


111

Inregistrarea i interpretarea rezultatelor .

Volumul vasului etalon (Vv) i volumul de ap necesar pentru umplerea acestuia

(Va) se nscriu n tab.7.4. Se calculeaz volumul de goluri cu o precizie de dou cifre

semnificative .

Tabelul 7.4.

Nr. crt.

Vv (cm3)

Va (cm3)

100VVV

v

agol = (%)

material granular fin 1 2

media material granular grosier

1 2

media

Compactitate; Porozitate; Comportarea la ap

112

LUCRAREA NR. 8 CARACTERSITCI STRUCTURALE IV

compactitate, porozitate; comportarea la ap (absorbie de ap, variaia de volum a materialelor granulare

n prezena apei)

Compactitatea

Compactitatea (C) reprezint proporia n care volumul aparent al materialului este

ocupat cu particulele constituente ale acestuia.

Compactitatea se va calcula cu relaia:

100100VaVrC a

== (%)

n care: Vr = volumul constituenilor din prob

Va = volumul aparent al probei

a = densitatea aparent

= densitatea

Pentru calcul se vor folosi rezultatele obinute anterior

100aC = [%]

Porozitatea Porozitatea reprezint proporia n care volumul aparent (Va) al materialului este format din

pori (Vpori).

n= x100 [%]

n funcie de caracterul porilor, porozitatea se numete:

Porozitatea total (nt) ,dac se consider volumul tuturor porilor.

nt = 100 C (% )

Porozitatea aparent - deschis (na) reprezint proporia n care volumul aparent este constituit din porii deschii (care comunic cu exteriorul) i se calculeaz cu relaia :

100V1.mmnal

usa

= (%)

Compactitate; Porozitate; Comportarea la ap

113

n care:

ms = masa probei n stare saturat, n g

mu = masa probei n stare uscat, n g

l = densitatea lichidului de referin , n g/cm3

Va = volumul aparent al probei, n cm3

Tabelul 1

Nr.crt ms (g)

mu (g)

lichid (g/cm3)

Vinitial (cm3)

Vfinal (cm3)

Va=(Vf-Vi) (cm3)

na (%)

1 2

media

Rezultatul este media a dou determinri , m

Lab Sem II Seral

Documents

Transcript of Lab Sem II Seral