Projekt doświadczenia uczniowskiego


Uwaga! Teksty zawierają odnośniki do różnych źródeł internetowych zaznaczone kolorem i podkreśleniem . Aby połączyć się z takim źródłem, należy kliknąć myszką najeżdżając kursorem na wyróżniony tekst.
Zapraszam do korzystania z tej możliwości.
A.M.

 
Na podstawie opisu można wykonać doświadczenie polegające na zmiękczeniu wody wodociągowej lub studziennej za pomocą wymieniacza jonowego ZEROLIT®[1][2][3] firmy The Permutit Company Ltd. - England, stanowiącego mieszaninę kationitowo-anionitową.

Cel doświadczenia

Celem doświadczenia jest zapoznanie uczniów z jedną z metod zmiękczania wody. Jej efektem będzie zmniejszenie zużycia środków piorących (tu mydła) do wytworzenia obfitej piany, świadczącej o dobrych właściwościach myjących i piorących otrzymanego roztworu. Mniejsze zużycie środków piorących pozwala na zmniejszenie ich ładunku w ściekach komunalnych, co jest korzystne z punktu widzenia ochrony środowiska.

 

Schemat zestawu do dejonizacji.
Dla powiększenia rysunku
proszę kliknąć myszą

 Materiały i odczynniki

Do wykonania ćwiczenia należy przygotować następujące materiały i odczynniki: próbówki szklane lub polietylenowe 2 szt., strzykawkę jednorazową 20 ml, zlewkę lub inny pojemnik (kieliszek, szklanka itp.) o pojemności 100 - 200 ml, odcinek bandaża lub gazy o powierzchni ok. 1 dm2, łapę do biuret lub inny rodzaj zamocowania, mydło toaletowe - starte na wiórki, wężyk PCV średnicy 3mm o długości 20 cm, ok. 250 ml 5% roztworu NaCl w wodzie destylowanej, żywicę jonowymienną ZEROLIT® (lub inną o podobnym działaniu) w ilości ok. 10 ml (po namoczeniu w wodzie destylowanej).

Wykonanie zestawu

Model kolumny jonitowej można wykonać z cylindra strzykawki jednorazowego użytku. Usunąć tłok ze strzykawki. Na wylot nasunąć wężyk. Strzykawkę umocować w pozycji pionowej i na jej dnie za pomocą bagietki lub ołówka umieścić odcinek bandaża lub gazy (3) wcześniej zwilżony wodą destylowaną. Na tak wykonany "ruszt" przenieść wcześniej namoczony i spęczniony w wodzie destylowanej ZEROLIT® (2). 

Wężyk ukształtować tak, aby stanowił zamknięcie hydrauliczne (syfon) kolumny (rys.), co umożliwi regulację szybkości przepływu zmiękczanej wody. Probówkę umieścić pod wylotem syfonu.

 

 
Przebieg doświadczenia

Do probówki nalać ok. 20 ml wody wodociągowej. Dodać szczyptę (ok. 200mg) wiórków mydlanych. Zatkać kciukiem i intensywnie wstrząsnąć zawartością. Obserwować powstawanie i utrzymywanie się piany. Dodać kolejne porcje mydła.
Dla dokładniejszego dozowania mydła można przygotować jego alkoholowy roztwór i dozować kroplami.

Zanotować ilość mydła dodaną do probówki, powodująca powstanie obfitej i trwałej piany. Probówkę odstawić. Następnie rozpocząć zmiękczanie wody (1) wlewając ją do kolumny i odbierając eluat (4) do drugiej probówki. Szybkość dozowania ustalić na odbiór ok. 1 kropli na sekundę. Po zmiękczeniu ok. 50 ml wody wykonać test z wiórkami mydlanymi dla tej samej, co za pierwszym razem objętości wody. Porównać ilość mydła zużytą do wytworzenia obfitej piany w wodzie zmiękczonej.

Regeneracja kolumny.

Po zmiękczeniu kilkudziesięciu lub więcej mililitrów wody zdolności jonowymienne kolumny zostaną wyczerpane. Można je przywrócić w operacji regeneracji. Regenerację można przeprowadzić za pomocą 5% wodnego roztworu NaCl. Roztwór należy przepuszczać przez kolumnę aż do przywrócenia jej zdolności jonowymiennych. Ponieważ świeży ZEROLIT® jest jonitem pracującym w cyklu wodorowym (de facto powoduje demineralizację wody), a po regeneracji roztworem NaCl przechodzi w cykl sodowy (wymienia jony Ca2+i Mg2+ na jony Na+), jego sprawność zmiękczająca nieco zmaleje. Będzie się to objawiać zwiększonym zużyciem mydła potrzebnym do wytworzenia piany. Powinno to jednak w dalszym ciągu stanowić wyraźną różnicę pomiędzy wodą nie zmiękczoną a zmiękczoną. 

 
Wnioski

Doświadczenie wykazuje, że zużycie środków piorących jest mniejsze przy stosowaniu wody miękkiej do mycia i prania.
Kolumny jonitowe stosowane są w instalacjach przemysłowych, pralniach itp., ale również np. we współcześnie produkowanym sprzęcie gospodarstwa domowego takim jak zmywarki do naczyń. W krajach wysoko rozwiniętych wchodzą często w skład domowych instalacji wodociągowych, szczególnie w miejscowościach, w których woda zawiera duże ilości rozpuszczonych minerałów. Te instalacje są oczywiście w pełni zautomatyzowane. Od użytkownika wymagają okresowego uzupełniania reagentów regenerujących jonity.

* * *

Więcej informacji można znaleźć pod:

http://zabib.chemie.uni-erlangen.de/people/Markus_Hemmer/aaskurs/bglm_14.htm

http://www.jwifilters.com/othersites.htm
 
 

Opr. Adam Myśliński