Werkstuk over de analyse van zeewater

Dit is een werkstuk over de kwalitatieve en kwantitatieve analyse van een zeewater-monster. Dit is een profielwerkstuk.

Profielwerkstuk: Analyse van zeewater

• Inhoudsopgave
• Inleiding
• Benodigdheden
• Uitwerking reactie Ca+ en Mg2+
• Uitwerking reactie Cl-
• Uitwerking reactie SO4-
• Conclusie

Inleiding:

De keuze voor ons onderwerp is een redelijk bewogen onderdeel geweest in het proces naar het profielwerkstuk toe.
Op de eerste profielwerkstukdag hebben wij, Meeran en Berend, gezocht naar een onderwerp wat ons aansprak en een raakvlak had met scheikunde. Wij vonden na enig zoeken op het internet een onderwerp wat ons erg aansprak en een grote mate van populariteit had bij onze medeleerlingen. Dit onderwerp was: welk huisgemaakt explosief verbrandt het schoonst. Na enig overleg met alle drie de TOA’s, waarvan de heer Weijtmans het totaal niet eens was met het door ons gekozen onderwerp, hebben wij gebeld naar de gemeente omdat zij of een andere instantie toestemming moest geven voor het experimenteren met explosieve stoffen.

Door de gemeente werden wij doorgestuurd naar de EOD zijnde de Explosieve Opruimings Dienst. Helaas konden en mochten deze heren niets zeggen noch mochten zij toestemming geven om deze experimenten uit te voeren. Zij verwezen ons door naar het leger. Na wat tijden in de wacht en vele andere contactofficieren werden wij doorverbonden met de wapenmeester van de landmacht.

Ook hij mocht niets zeggen en raadde ons aan ons hier niet langer druk over te maken omdat in zijn ogen wij hier nooit toestemming voor zouden krijgen. Hij vertelde ons ook dat wij het eens moesten proberen bij de politie. De politie echter zei dat zij hier geen verstand van hadden en dat wij het eens moesten proberen bij de brandweer. De brandweer vond dit vervolgens een vreemde gedachte en zei dat ook zij hier niets over mochten zeggen.

Zij gaven ons een nummer van de gemeente waar wij het maar eens moesten gaan proberen. Dit was een ander nummer dan dat wij eerder geprobeerd hadden dus hebben wij ook dit nummer geprobeerd. Hier nam de veiligheidsafdeling van de gemeente op en hier hebben wij nogmaals onze vraag gesteld. Ook hier mochten zij niets zeggen over iets van zulke aard.
Hierna hebben wij ons genoodzaakt gezien dit onderwerp helaas te laten varen.

Door een toeval las Berend dat er goud zit in zeewater. Dus hebben wij gedacht dit als onderwerp te nemen. Helaas is de concentratie goud in zeewater zo laag( 6.3 kilo in een kubieke kilometer(!!)) dat het voor ons geen mogelijkheid was dit aan te tonen laat staan het als vaste stof te kunnen isoleren. Dus zijn wij ons gaan wenden tot de grotere concentraties van stoffen in zeewater. Hiervan hebben wij de grootste 4 genomen en geprobeerd deze aan te tonen en de hoeveelheid te bepalen. Ook hebben wij voor de concentraties die te klein waren om voor ons op school aan te tonen contact opgenomen met de TU Delft om bij hen een experiment uit te voeren in een ICP-AES, dit is een apparaat waarmee het monster dat geïnjecteerd wordt in een plasma toestand wordt gebracht.

Hierdoor gaan de stoffen waaruit het monster bestaat fotonen uitzenden met een heel specifieke golflengte. Deze worden opgevangen en door de computer in het apparaat vergeleken met spectra die specifiek zijn voor een bepaalde stof. Door deze vergelijking kan de computer precies aangeven welke stoffen zich in het monster bevinden. Of een AAS, wat een apparaat is dat bijna gelijke werking heeft als de ICP-AES maar wat deze doet is dat hij het monster niet in een plasma toestand brengt maar er gewoon een lichtstraal op af schiet en kijkt welke frequenties van het licht worden geabsorbeerd door het monster. Dit vergelijk de computer dan weer met een aantal die zijn geprogrammeerd en kan je dan direct vertellen welke stoffen er in het monster voorkomen. Helaas konden wij hier niet terecht omdat de machine en ook de begeleidende studenten al waren volgeboekt door andere scholieren met een onderzoek waarvoor ook dit apparaat nodig was.

Vervolgens hebben wij het iets dichter bij huis gezocht en zijn gaan bellen met de chemische afdeling van de Hogeschool Rotterdam. Na veel heen en weer gebel en gemail was het ook hier niet mogelijk om de experimenten uit te voeren. Ook hadden ze geen ICP-AES wat wij wel graag zouden willen hebben. Dus hebben wij ons toegelegd op de grotere concentraties stoffen in zeewater. Choride-ionen, sulfaationen, calciumionen en magnesiumionen. Wij hebben het gehalte natriumionen niet gemeten omdat dit een stof is die bijna overal goed mee reageert en daarom zeer moeilijk aan te tonen is. Wij zijn toen in Hoek van Holland 30 liter gaan halen nog in de overtuiging dat wij in Delft konden gaan testen, omdat wij dachten dat we daar veel water voor nodig zouden hebben hebben we veel water meegenomen. Op het strand aangekomen stond daar windkracht 9 en was de zee erg wild. Hierdoor werd het vullen van de jerrycans een nogal lastig karwei. Uiteindelijk is het toch gelukt en moesten wij door het mulle zand 30 kilo terug tillen.

Benodigdheden:

• erlenmeyer
• filtreerpapier
• trechter
• pipet (10 ml)
• buret
• zeewater
• (nauwkeurige) weegschaal
• maatkolf (100 ml)
• brander
• bariumchloride, EDTA, en zilvernitraat (allen oplossingen)
• eriochroom zwart T
• kaliumchromaat
• binas
• technisch handboek
• kaartenbak afdeling scheikunde

Uitwerking reactie Mg2+ en Ca+

Bij deze reacties hebben wij gebruik gemaakt van de titreervloeistof EDTA, ehtyleendiaminetetra-acetaat. Dit is een stof die de eigenschap heeft een aantal stoffen te kunnen isoleren uit een mengsel door het desbetreffende ion in te kapselen. Dit is ook het geval bij magnesium en calcium. Als indicator hebben wij eriochroom zwart T gebruikt. Helaas heeft EDTA de eigenschap om zowel magnesium als calcium in te kapselen dus is het niet in een keer te bepalen wat de verschillende concentraties zijn. Hiervoor moet eerst een totale titratie worden uitgevoerd en vervolgens een aangepaste. Beiden zullen hierna worden beschreven. Voor de totale titratie hebben wij 10 ml zeewater gebruikt en hier een spatelpunt eriochroom zwart T aan toe gevoegd. Deze oplossing hebben we vervolgens verhit tot 70oC. De titratie wordt uitgevoerd met 0.01 M EDTA-oplossing.

Volgens de aanwijzingen in het chemische handboek hebben we getitreerd tot een kleur verandering ontstond van rood naar blauw waarbij de voorwaarde was dat de blauwe kleur gedurende 20 seconden bleef bestaan. Om vervolgens de concentratie calcium te bepalen wordt het watermonster eerst gefilterd. Van het filtraat wordt 10 ml in een erlenmeyer gebracht en er wordt 1.5 ml NaOH-oplossing aan toe gevoegd. Ook wordt er een spatelpunt calcon-indicator aan de oplossing toe gevoegd. De calcon-indicator wordt bereid door 200 mg calcon in een mortier samen te wrijven met 100 g NaCl. Aan deze oplossing wordt ook weer een spatelpunt eriochroom zwart T toegevoegd. Deze oplossing wordt niet verhit. Ook hier wordt getitreerd met een oplossing van 0.01 M EDTA. Hier mocht volgens de handleiding de titratie beëindigd worden beschouwd als de kleur van de oplossing 1 minuut niet meer verandert. Om de concentratie magnesium te bepalen moeten de waardes gevonden bij de eerste titratie en de tweede van elkaar worden afgetrokken. Namelijk de totale waarde van alle ingekapselde magnesium en calcium en de waarde van alleen het ingekapselde calcium.

Voor de gemeenschappelijke titratie was 59.43 ml EDTA-oplossing nodig:

• De reactie van Ca en Mg en EDTA is 1:1
• We gebruikten 0.01 M EDTA-oplossing dus hadden we 59.43*0.01= 0.05943 mol Ca en Mg in het zeewater. In de aangepaste titratie, dus voor alleen Ca hadden we 15.45 ml nodig.
• Dit betekent dat er 15.45*0.01=0.01545 mol Ca aanwezig is in het zeewater.
• Het gehalte Mg is te bereken door de eerste waarde af te trekken van de tweede.
• 0.5943-0.1545=0.4398 mol Mg aanwezig is. Als je dit omrekent naar gram per liter wordt dat.
• 0.01545*40.08=0.619236 gram per liter.
• En voor Mg wordt dat 0.04398*24.31=1.0691538 gram per liter.
• Door deze waardes weer bij elkaar op te tellen krijg je een totaal gehalte van 1.67 gram per liter.
• Volgens BINAS is de totale waarde van Ca en Mg in zeewater: 1.714 gram per liter.
• Dus in totaal komen we redelijk bij de door anderen gemeten waarde in de buurt alleen verschillen onze onderlinge verhoudingen nogal van de gemeten waardes.

Uitwerking reactie Cl

Om de concentratie Cl- te kunnen bepalen hebben wij dit getitreerd met zilvernitraat. Hiervoor hebben we eerst 10 ml zeewater in een erlenmeyer gebracht met een pipet. We gebruiken kaliumchromaat als indicator en in de erlenmeyer hebben we een oplossing mat 0.1 M zilvernitraat. We hebben eerst 1.7 gram zilvernitraat afgewogen en dit opgelost in 10 ml demiwater. Dit hebben we vervolgens in een maatkolf van 100 ml gebracht en aangevuld tot de 100 ml streep. Het zilvernitraat lost op in de oplossing en zo krijgen we een zilvernitraatoplossing. Dit lengen we aan tot 100 ml. In de erlenmeyer doen we ook nog 4 ml 5% kaliumchromaat-oplossing. Dit zeewater wordt getitreerd met een AgNa-oplossing. De titratie wordt ten einde beschouwd als de roodbruine kleur ook na flink omschudden niet terugkeert. Ook wordt een blanco bepaling uitgevoerd. Hierbij wordt in een evengrote erlenmeyer een hoeveelheid kaliumchromaat-oplossing wordt gebracht waaraan 0.5 gram calciumcarbonaat is toegevoegd. Er wordt getitreerd met zilvernitraatoplossing. De titratie is ten einde als de roodbruine kleur niet meer verdwijnt ook niet na goed schudden.

Bij deze reactie moet eerst een beetje zilverchloride neerslaan voor de omslag zichtbaar wordt tijdens de titratie. Hierdoor is de werkelijke hoeveelheid zilvernitraat iets kleiner dan de hoeveelheid gebruikte zilvernitraat.

• Volgens de BINAS zit er 19.455 gram Chloride in een liter zeewater.
• Dit is 19.455/35.45=0.54 mol per liter.
• We hebben van de 0.1M zilvernitraat-oplossing 5.42 ml nodig gehad.
• Ag reageert met Cl in 1:1 We hebben 0.1*5.42=0.542 mol Ag nodig gehad.
• Dus ook 0.542 mol Chloride.
• 0.542*35.455=19.21661 gram per liter.
• Ook deze waarde komt redelijk overeen met de waarde in BINAS.

Uitwerking reactie SO4-

We bepalen de hoeveelheid sulfaat in zeewater door middel van een neerslag reactie. In de BINAS staat dat er in 1 liter water gemiddeld 2.715 gram sulfaat zit. Het zou heel mooi zijn als wij ook op ongeveer 2.7 gram uitkomen. Wij doen eerst een kwalitatieve bepaling. Hiervoor zoeken we in de BINAS op welke positieve ionen een neerslag vormen met sulfaat. Dat zijn de volgende stoffen: Ba²+, Pb2+ en Hg. Hg kunnen we helaas niet gebruiken omdat Hg tevens een neerslag vormt met Cl-. Ook Pb2+ kunnen we niet gebruiken wegens het feit dat meneer Sardjoe niet houdt van Pb2+. Hierdoor hebben we geen andere keus dan met Ba2+ verder te gaan. We gebruiken een oplossing van 0.1 Molair bariumchloride (aq). We hebben chloride gekozen om dat chloride verder met niks reageert. Nu voegen we een overmaat bariumchloride (aq) toe aan 200 ml zeewater. Duidelijk is te zien dat er al gauw een neerslag ontstaat (barium reageert met sulfaat, hierdoor ontstaat de neerslag). Dit was onze kwalitatieve bepaling, we gingen hier niet heel secuur te werk. Want ons bedoeling met deze kwalitatieve bepaling is om te kijken of er wel degelijk een neerslag ontstaat. Theoretisch en praktisch gezien is ons proefje geslaagd.

Nu is het tijd om een kwantitatieve bepaling te doen:

• Volgens de BINAS zit er gemiddeld 2.715 gram sulfaat in 1 liter zeewater.
• 96.06 g sulfaat is 1 mol. Dat betekent dus dat 2.715 g sulfaat 5.65*10-4 mol is.

We weten ook dat barium met sulfaat reageert in de molverhouding 1:1. Dus we hebben 5.65*10-4 mol barium nodig, eigenlijk hebben we voor 200 ml veel minder nodig maar we nemen een overmaat vandaar dat we er vanuit gaan dat we 1 liter zeewater hebben. We ehbben al eerder verteld dat we 0.1 Molair bariumchloride gebruiken. Er zit dus 0.1 mol barium in 1000 ml, dus 5.65*10-4 mol barium in 5.65 ml 0.1 molair bariumchloride.

We hebben dus 5.64 ml 0.1 molair bariumchloride nodig. Wij voegen echter een overmaat bariumchloride toe om er zeker van te zijn dat alle sulfaationen neerslaan. Onder een overmaat verstaan wij 12 ml bariumchloride. Nadat we 12 ml bariumchloride hebben toegevoegd laten we het mengsel een tijdje staan zodat het rustig kan neerslaan.
Na het mengsel 20 minuten te hebben laten staan komen we terug.

Vervolgens filtreren we het mengsel met een filtreerpapier dat gevouwen in een trechter ligt en die op zijn beurt in een erlenmeyer uitmondt. Er blijft bariumsulfaat achter op het filtreerpapier. We zouden nu in principe alleen de massa hoeven te wegen en dan zouden we klaar zijn. Maar er is nog een probleem, want het filtreerpapier bevat ook vocht waardoor het een andere massa heeft. We moeten dus op één of andere manier alle vocht zien te ontrekken. Wij dachten om het filtreerpapier + bariumsulfaat een paar dagen in de stoof (bij biologie) te zetten. Op dat moment kwam Marcel met een “geniale” plan, hij zei dat we aceton over het papier moesten gieten. Want aceton is namelijk een vluchtige stof dus alle water zou er binnen een paar minuten mee moeten verdampen. Dus we besloten om Marcel te volgen. Na een kwartiertje voelde het filtreerpapier kurkdroog aan dus we gingen er vanuit dat alle vocht weg was. Dus Meeran pakt het filtreerpapier en loopt ermee naar de stoof, helaas kwam dit hem duur te staan. Er stond een raam open en een windvlaag nam alle bariumsulfaat mee, heel jammer. Maar toch bedankt Marcel. Na dit incident besloten we om dit proefje te herhalen maar het dan in de stoof te zetten. Gedurende drie dagen lieten we het filtreerpapier in de stoof staan. De massa van alleen het filtreerpapier hadden we al voor dit proefje je bepaald, namelijk: 0.8 gram.

Na drie dagen haalden we het filtreerpapier uit de stoof en wogen het meteen af. De massa van het filtreerpapier + bariumsulfaat is 2.118 g. Massa filtreerpapier met bariumsulfaat -massa filtreerpapier is massa bariumsulfaat2.118-0.8=1.318 g bariumsulfaat. Nu moeten we erachter zien te komen hoeveel gram sulfaat dat is. Molmassa van sulfaat is 96.06 g en molmassa van barium is 137.3 g. Dus sulfaat maakt 41.16 % van de massa uit 0.4116 * 1.318= 0.543 gram sulfaat in 200 ml zeewater. Dat is 2.713 gram sulfaat in 1 liter zeewater. In de binas (tabel 64A) staat: 2.715 g sulfaat in 1 liter zeewater. We zijn dan ook zeer tevreden met ons resultaat, we hadden zelf niet verwacht dat we ongeveer op dezelfde waarde zouden uitkomen. Wat dat betreft is dit proefje meer dan geslaagd.

Conclusie

Het verbaast ons hoeveel stoffen er in zeewater voorkomen. Ook al zijn dat kleine concentraties. Wel vonden we het heel jammer dat we nergens terecht konden om de kleine concentraties te kunnen onderzoeken. Natuurlijk hadden we graag meer bepalingen willen doen, maar helaas dat zat er niet in. Ook zijn we veel problemen tegen gekomen. We hebben veel tijd verloren in het kiezen van een ander onderwerp. Want we hadden al veel dingen voorbereid voor onze eerste keuze (bommen). En zochten we verder en probeerden er achter te komen hoe we nog meer bepalingen konden doen, in het bijzonder kleine concentraties.

We waren eerst van plan goud te winnen uit zeewater maar toen we erachter kwamen dat dit niet mogelijk was ging ons droom verloren, helaas. Ook vinden we het erg jammer dat we niet zo veel medewerking kregen van zowel de TU in Delft als de Hogeschool Rotterdam, beide promoten heel erg dat ze zo veel doen voor scholieren. De TU was sowieso niet makkelijk te bereiken, posten op een forum en wachten op reactie, en wilde ons ook niet helpen een alternatief te vinden. De Hogeschool was iets vriendelijker maar kon ons na veel contact over de mail, met vele verschillende mensen die ons steeds weer doorverwezen naar de volgende, niet helpen want het was ook daar helaas te druk. Op school hebben we veel gehad aan mr. Sardjoe, die ons heeft geholpen aan de stoffen en ook heeft bijgestuurd in de proeven. Mede hierdoor zijn onze proeven goed verlopen en hebben we ook waardes gevonden die in de redelijke marges liggen van de waardes gevonden door andere meer gespecialiseerde onderzoeken. © 2008 - 2010 Skir, gepubliceerd in Werkstuk (Educatie en School) op 14-04-2008. Het auteursrecht van dit artikel ligt bij de infoteur. Zonder toestemming van Skir is vermenigvuldiging van dit artikel verboden. Meer...

Verwante artikelen

• Een werkstuk maken: Veel mensen hebben een probleem met het maken van een werkstuk. Een werkstuk is een verkorte maar doch uitgebreide samenvatting met betrekking op een bepaald onderwerp. Als je een goede s…
• Het water van de Noordzee: De Noordzee is verbonden met de Atlantische Oceaan. Het zoute zeewater is voortdurend in beweging door stromingen, wind en getij.
• Beleggen: Analyse van het aandeel: Aandelenanalyse is een manier waarmee je kan bepalen wanneer en in welk aandeel je moet beleggen. Ook kan je met deze analyse aandelenkoersen voorspellen. Er is de fundamen…
• Collage maken, knutselen met papier: Een collage kun je zelf thuis maken. Het is een eenvoudige techniek waar je schitterende resultaten mee kunt bereiken. En je materiaal kost je nauwelijks iets.
• Beleggen: technische analyse beter dan fundamentele analyse?: In tegenstelling tot de technische analyse bestudeert de fundamentele analyse juist de economische krachten van vraag en aanbod die ten grondslag…

Bronnen en/of referenties

• http://nl.wikipedia.org/wiki/Zeewater