Aquest laboratori guia els estudiants a través de l'anàlisi química de l'aigua de riu utilitzant tècniques colorimètriques i volumètriques senzilles. Mesuren el pH, determinen la duresa de l'aigua amb titulació EDTA i quantifiquen les concentracions de nitrats i fosfats mitjançant proves basades en reactius. L'activitat posa èmfasi en la importància ambiental del monitoratge de la qualitat de l'aigua. Els estudiants desenvolupen habilitats en la manipulació de mostres, la precisió i la interpretació de dades. Al final, relacionaran les troballes experimentals amb la salut ambiental.
Objectius educatius
L'objectiu educatiu principal d'aquest laboratori és fomentar la comprensió de com la química contribueix a les ciències mediambientals. Els estudiants apreciaran que l'avaluació de la qualitat de l'aigua és fonamental per a la salut de l'ecosistema, el consum humà i el control de la contaminació. A nivell conceptual, els estudiants:
- Reconèixer el significat del pH, la duresa, els nitrats i els fosfats en aigües naturals.
- Aprèn els principis del mètode de titulació (complexació EDTA-ió metàl·lic) i dels assajos colorimètrics (colorants indicadors, reaccions basades en reactius).
- Enllaçar resultats numèrics (ppm, mg/L, pH) amb implicacions ambientals com l'eutrofització, l'acidificació i la potabilitat de l'aigua.
A nivell tècnic, els estudiants:
- Manipular de manera segura material de laboratori, reactius i instruments electrònics (pH-metre).
- Aconsegueixi fluïdesa en la mesura de petits volums de líquids amb comtes gotes, pipetes i cilindres graduats.
- Registrar, interpretar i comparar els resultats amb escales de referència estàndard.
En general, aquest laboratori combina conceptes de química mediambiental amb competències essencials de laboratori, ajudant els estudiants a connectar l'anàlisi química amb preocupacions de sostenibilitat del món real.
Protocol
Preparació
Per recollir aigua de riu, tens dues opcions:
- Opció 1: Utilitzant un vas de precipitats buit de 100 ml, recolliu una mostra de l'aigua del riu als vostres peus
- Opció 2: Utilitzar directament l'aigua ja recollida aquest matí al vas de precipitats “aigua de riu”
PART A: Mesurament del pH
- Amb el cilindre graduat, mesura 20 ml d'aigua de riu.
- Transferiu els 20 ml d'aigua de riu al tub d'assaig 1.
- Utilitzant el comptagotes, afegiu 2 gotes d'indicador universal de pH (pH i) al tub d'assaig 1.
- Buida l'excés del comptagotes a la safata de recuperació.
- Submergeix elèctrode del pHmetre al tub d'assaig 1.
- Amb una vareta de vidre, barreja el contingut del tub d'assaig 1.
- Compara el color obtingut amb la carta de pH.
- Esbandiu l'elèctrode del pHmetre amb aigua destil·lada.
- Asseca l'elèctrode del pHmetre amb un paper de cuina.
PART B : Mesura de la duresa de l'aigua
- Amb el cilindre graduat, mesura 20 ml d'aigua de riu.
- Transferiu els 20 ml d'aigua de riu al tub d'assaig 2.
- Amb el comptagotes, afegeix 10 gotes de solució tampó al tub d'assaig 2.
- Buida l'excés del comptagotes a la safata de recuperació.
- Comprova el pH de la solució amb el pH-metre. Assegura't que sigui superior a 10.
- Amb la pipeta, afegiu 10 mL d'eriocrom negre (EB) 0,51 TP3T al tub de prova 2.
- Barrejar amb la vareta de vidre i observar el color de la solució.
- Amb la pipeta, afegeix 1 ml d'EDTA al tub d'assaig 2.
- Remeneu la solució amb la vareta de vidre.
Nota: Assegureu-vos que l'exemplar es col·loqui davant d'un fons de cartolina negra per poder distingir clarament els canvis de color.
- Repetiu els passos 8 i 9 fins que la solució canviï de color de nou. Anoteu el nombre de mL afegits.
- El volum d'EDTA afegit es troba a la taula de resultats.
- Segons la quantitat afegida, determineu la duresa de l'aigua del riu.
- Duresa baixa: 5 ml o menys d'EDTA afegit
- Duresa mitjana: entre 5 i 10 ml d'EDTA afegit
- Duresa alta: entre 10 i 15 ml d'EDTA afegits
- Tenia molt alta: S'han afegit més de 15 mL d'EDTA.
Nota: L'escala colorimètrica és aproximada, calen proves quantitatives addicionals per determinar el resultat exacte.
- Assegureu-vos que la pipeta estigui completament buida (0 ml).
PART C: Mesurament de la concentració de nitrats
- Amb el cilindre graduat, mesura 20 ml d'aigua de riu.
- Transfereix els 20 ml d'aigua de riu al tub d'assaig 3.
- Utilitzant el comptagotes, afegiu 10 gotes de la solució agent reductor de nitrat (NO3 (R)).
- Buida l'excés del comptagotes a la safata de recuperació.
- Barrejar amb la vareta de vidre.
- Amb el comptagotes, afegeix 10 gotes de reactiu de Griess.
- Buida l'excés del comptagotes a la safata de recuperació.
- Barrejar amb la vareta de vidre.
- Consulteu l'escala colorimètrica (ppm NO3) per determinar la concentració de nitrats de l'aigua del riu.
Nota: Assegureu-vos que l'exemplar es col·loqui davant d'un fons de cartolina negra per poder distingir clarament els canvis de color.
Nota: L'escala colorimètrica és aproximada, calen proves quantitatives addicionals per determinar el resultat exacte.
PART D : Mesurament de la concentració de fosfat
- Amb el cilindre graduat, mesura 20 ml d'aigua de riu.
- Transferiu els 20 ml d'aigua del riu al tub d'assaig 4.
- Amb el comptagotes, afegeix 10 gotes de la solució de molibdat d'amoni (MoO42-).
- Buida l'excés del comptagotes a la safata de recuperació.
- Barrejar amb la vareta de vidre.
- Amb el comptagotes, afegeix 10 gotes de la solució d'àcid ascòrbic (Vit C).
- Buida l'excés del comptagotes a la safata de recuperació.
- Barrejar amb la vareta de vidre.
- Consulteu l'escala colorimètrica (ppm PO₄) per determinar la concentració de fosfats de l'aigua del riu.
Nota: Assegureu-vos que l'exemplar es col·loqui davant d'un fons de cartolina negra per poder distingir clarament els canvis de color.
Nota: L'escala colorimètrica és aproximada, calen proves quantitatives addicionals per determinar el resultat exacte.
- Buidar els tubs d'assaig a la safata de recuperació.
Resultats previstos
Al final de l'experiment, els estudiants haurien de ser capaços de:
- Defineix el paper de cada paràmetre mesurat: pH, duresa, nitrats, fosfats.
- Interpreteu com les mesures individuals reflecteixen l'estat químic d'un ecosistema fluvial.
- Reconeix que cada prova es basa en reaccions químiques específiques.
Gràfics
Indicador de pH
Nitrats
Fosfats
Resultats Tècnics
- Prepareu mostres de manera consistent i realitzeu mesures amb atenció a la reproductibilitat.
- Apliqueu tant els mètodes instrumentals (pHmetre) com els mètodes clàssics (indicadors de color, titulació amb EDTA).
- Documenteu amb precisió els resultats en un quadern de laboratori i compareu-los amb taules de referència.
Resultats Analítics
- Traduïu resultats experimentals bruts en avaluacions significatives de la qualitat de l'aigua:
- pH: 5,9 (lleugerament àcid).
- Duresa: 60 mg/L Mg²⁺, basat en 6 mL d'EDTA (duresa mitjana).
- Nitrats: 60 ppm, per damunt dels límits recomanats per a aigua de consum.
- Fosfats: 40 ppm, risc elevat d'eutrofització.
- Avalua críticament si els resultats indiquen una qualitat de l'aigua segura, límit o problemàtica.
- Discutiu les possibles fonts d'error.
Resum de tasques per rang de qualificació
9è-10è (Nivell Introductori)
- Enfocament: Observacions i interpretacions senzilles.
- Afegir reactius, observar canvis de color, utilitzar la escala de pH i registrar resultats bàsics.
- Resultat d'Aprenentatge: Els estudiants identifiquen si l'aigua és àcida, dura o rica en nutrients, sense càlculs detallats.
11è de secundària (Nivell intermedi)
- Enfocament: Raonament quantitatiu i introducció a l'estequiometria.
- Tasques: Realitzar la titració amb EDTA, mesurar volums de reactius i comparar les dades amb la classificació de duresa.
- Resultat d'aprenentatge: Els estudiants connecten volums de reactiu (mL d'EDTA) amb valors de duresa de l'aigua i interpreten concentracions en ppm.
Batxillerat (nivell avançat - preuniversitari)
- Enfocament: Anàlisi d'impacte ambiental i consideració d'errors.
- Tasques: Calcular la duresa en mg/L d'equivalents de CaCO₃, comparar valors de nitrats/fosfats amb estàndards, proposar fonts de contaminació.
- Resultat d'aprenentatge: Els estudiants interpreten dades de química en termes mediambientals i avaluen la qualitat de l'aigua contra els estàndards.
Nivell d'enriquiment
- Enfocament: Avaluació global de la qualitat de l'aigua i context ampli.
- Tasques: Avaluar críticament la sensibilitat del mètode, discutir millores (p. ex., espectrofotometria), proposar estratègies de gestió.
- Resultat d'aprenentatge: Els estudiants connecten les mesures a escala de laboratori amb els enfocaments professionals i els marcs de monitoratge ambiental.
Equipament de laboratori
Instruments
- Béker de 100mL
- cilindre graduat de 25 ml
- Gotejador
- pipeta de 10 ml
- Barra de vidre
- Mesurador de pH
- Tubetes d'assaig de 50ml x4
Productes
- Aigua de riu
- Búfer
- Indicador de pH universal
- Negre d'erionoma
- EDTA
- Agent reductor de nitrats
- Reactiu de Griess
- Solució de molibdat d'amoni
- Solució d'àcid ascòrbic