مقرر :كيمياء تطبيقية ()2 رمز المقرر TPCH4019 االشغال التطبيقية السنة الجامعية 2022/2021 من اعداد د.نصرالدين الناصر جامعة التقنية والعلوم التطبيقية بالرستاق 1 الفصل الثاني . الفهرس 2 تحديد الكتلة الحجمية لمسحوق االسمنت اوالسيراميك بالطريقة الهولندية............... )طريقة مقياس البيكروماتر( 1 لعينة اسطوانية من االسمنت دراسة تطبيقية............................................. 7 اختبار توافق عجين االسمنت.............................................................. 11 تعريف السيراميك........................................................................... 14 كيفية صنع الزجاج.......................................................................... 17 معايرة خليط من حمض الكبريتيك وحمض الفوسفوريك................................. 20 تحليل المياه.................................................................................. 25 مالحظة عن التقرير العمل المطلوب يتمثل فى تقرير لكل جلسة لهذه الدراسات .ويكون معد على النحو التالي :مقدمة ؛ الهدف ؛ .النتائج؛ المناقشة واالستنتاج على أن يتضمن التقرير مقدمة موجزة للغاية ووصفًا لإلعداد التجريبي ومبدأ القياس والمصادر الرئيسية المحتملة للخطأ .ويمكن ان تقوم بتحليل جميع النتائج التجريبية المتاحة 3 تحديد الكتلة الحجمية لمسحوق االسمنت اوالسيراميك بالطريقة الهولندية (طريقة مقياس البيكروماتر) .1المعدات المستعملة: -جهاز – .Pycnometerميزان دقيق ؛ -فرن ؛ مدق .2الهدف: قياس الكثافة المطلقة لمادة صلبة بعد تحويلها إلى مسحوق و ذلك مقارنة بكتلتها و حجمها الحقيقي. .3مراحل التجربة : اخذ قطعة من العينة المراد االشتغال بها سواءا كان خليطا متجانسا من السيراميك او الطين او االسمنتت وسحقها جيدا بواسطة المدق ثم نعمل على غربلتها للحصول علي حبيبات ذات حجم أقل من 160ميكرومتر ( modulus 23 .)sieve يجفف المسحوق الناتج في فرن ( 115درجة مئوية) وتتركه يبرد في مجفف desiccatorكي ال يلتقط رطوبة الهواء. نقوم بمعايرة pycnometerوفقًا للخطوات التالية :يتكون مقياس pycnometerمن دورق به أنبوب شعري وسيفون زجاجي صغير مزود بسدادة مطاطية مناسبة لمقياس .pycnometerيتم تحديد الحجم من خالل وزنين على ميزان دقيق كالتالي: 4 الوزن األول :مقياس pycnometerفارغ .P1 امأل القارورة بالماء المقطر حتى العالمة ،مع الحرص على عدم ترك أي فقاعات هواء بالداخل. ندون درجة حرارة الماء ( T1درجة مئوية). الوزن الثاني pycnometer :مليء بالماءP2 : نستنتج الحجم: :d1كثافة الماء عند T1معطاة بالجداول. oيتم إدخال المسحوق المجفف في القارورة الفارغة والجافة بكمية بحيث يكون الحجم الممتلئ يعادل حوالي الربع من حجم .pycnometer oنقوم بوزن ثالث + pycnometer ،المسحوق=P3 oنقوم بتسخين pycnometerمع المسحوق والماء لمدة 30دقيقة. سا رابعًا لوزن + pycnometerمسحوق +ماء = .P4 oنجري قيا ً حسابات كثافة المسحوق: ستكون كثافة المسحوق هي حاصل قسمة كتلته بالحجم الفعلي. كتلة المسحوق: M = P3 - P1. حجم الماء الموجود في القارورة مع المسحوق: حيث :d2كثافة الماء عند ( T2درجة مئوية). حجم المسحوق ()Vp – Ve 5 الكتلة الحجمية التقرير العمل المطلوب يجب أن يتضمن التقرير مقدمة موجزة للغاية ووصفًا لإلعداد التجريبي ومبدأ القياس والمصادر الرئيسية المحتملة للخطأ. حساب كثافة مسحوق االسمنت و عينة من الطين . 6 دراسة تطبيقية لعينة اسطوانية من االسمنت -1مقدمة :يعد اجراء اختبارات ميكانيكية طبقا للمواصفات العالمية المتفق عليها اجراء ضروري لمعرفة الخصائص الفيزيائية و الكيمائية لالسمنت او السيراميك من حيث قوة التحمل و الهشاشة وبالتالي تقويم مدى جاهزية المادة لالستعمال . -2االختبارات الميكانيكية :اختبار الضغط ينتج عن أي قوة يتم تطبيقها على مادة ما يؤدي إلى احداث تشوه ينتج عنه تغيير في موقع الذرات .اعتمادا على أهمية القوة المطبقة على الجسم ،فإن التشوهات التي يتعرض لها تكون مرنة أو بالستيكية أو تؤدي إلى تمزق. يستخدم اختبار الضغط لتحديد ضغوط كسر المواد (الخرسانة ،السيراميك ،إلخ) .تكون قطعة االختبار أسطوانية أو مكعبة الشكل أو على شكل قرص بمواصفات معينة حيث يتم ضغطه بين لوحين حديديين صلبين وبالتالي يخضعان لقوتين محوريتين متعاكستين .يتم بذلك رسم المنحنى "القوة × مسافة التحول" و يسمح ذلك بتحديد معامل يونج ، E وقوو مدى المرونة ،Reواإلجهاد النهائي أو المقاومة Rmلـالمواد الهشة . 7 و كنيجة لها يمكن ان نرسم رسم تخطيطي لعينة اختبار ضغ ط جر أسطواني ويمكن تتبع تطورها أثناء االختبار من الممكن أيضًا تحديد خصائص معينة يحددها اختبار الشد: الصالبة هي دالة لطاقة الروابط بين الذرات أو الجزيئات المكونة للمادة .يتم قياس الصالبة بشكل أساسي بواسطة معاملYOUNG.وكلما زاد هذا المعامل ،زادت صالبة المادة. تحدد المقاومة أقصى ضغط تدعمه المادة قبل االنكسار .تعتمد هذه المقاومة على قوة الروابط ولكن أيضًا على شكل األجزاءأو عيوبها. تتوافق اللدونة مع قدرة المادة على التشوه بشكل دائم قبل االنكسار .كلما زاد االستطالة عند الكسر ،زادت مرونة المادة فيصفرا ،فإننا نتحدث عن مادة هشة .يمكن أن تظهر المادة صغيرا جدًا أو االعتبار .من ناحية أخرى ،عندما يكون التشوه الدائم ً ً الهشة قوة عالية جدًا )الرسم البياني التالي). 8 منحنى اإلجهاد واالنفعال .مواد مختلفة الصالبة والليونة -3العمل التجريبي العيينة عينة اسطوانية لالسمنت بعد مرور 28 يوما آلة الجر 9 .1على آلة الجر ،قم بأخذ قراءات لمسافة التحول .2ارسم المنحنيين ) F (ΔLو (.)σ .3احسب بتحديد معامل يونج وفقا لكل قراءة 10 وفقًا لـقوة االجهاد . σ اختبار توافق عجين االسمنت :وقت التصلب (حسب المواصفات) تقديم : يتبع تصلب األسمنت عملية بطيئة ،ويمكن أن تستمر المقاومة الميكانيكية للمادة في النمو لعدة أشهر .من المهم جدًا معرفة وقت تثبيت الخرسانة الخاصة بي من أجل تنفيذ التجريد وتجنب التأخير في موقع البناء والعقوبات التي قد تنجم عن ذلك .قبل أن تصل إلى مرحلتها النهائية وأثناء ترطيبها ،تمر عجينة األسمنت بثالث مراحل متتالية (انظر الشكل :)1 مرحلة الخمول :يبقى العجين على ما يبدو دون تغيير على الرغم من بدء التفاعالت األولى. بداية ونهاية اإلعداد :بعد ساعة إلى ساعتين ،بالنسبة لمعظم األسمنت ،تحدث زيادة مفاجئة في اللزوجة ،مصحوبة بإطالق للحرارة -هذه هي بداية اإلعداد .تكون نهاية اإلعداد فعالة عندما يتوقف اللصق عن التشوه ويصبح مادة صلبة. التصلب :يستمر ترطيب األسمنت وتستمر المقاومة الميكانيكية في الزيادة لعدة أشهر .المقاومة لمدة 28يو ًما هي قيمة التحكم التقليدية. للظروف المناخية أثناء التنفيذ تأثير كبير على وقت تحديد الخرسانة؛ تعتبر الزيادة في درجة حرارة الخرسانة سببًا في فقدان قابلية التشغيل ويشارك كل مكون فيها بشكل مختلف وفقًا للجرعة والحرارة المحددة .لذلك من المفيد العمل على نسبة W / C لتعديل االتساق إلى قيمة مناسب. العملي: يستخدم اختبار االتساق لتحديد الكمية المثلى من الماء لخلط مادة رابطة من أجل الحصول على عجينة عادية .المعجون الناتج له مقاومة محددة لالختراق بواسطة مسبار قياسي. مبدأ االختبار: يتم إجراء االختبار للعثور على كمية الماء التي يجب خلطها دائ ًما وفقًا لنفس العملية مع كتلة من األسمنت ،حيث يغوص مسبار جهاز Vicatفقط ( )1 ± 6مم من قاع القالب. المعدات المستخدمة أثناء االختبار في الجدول التالي :سحاحة .ميزان .خالطة طبقا ً للمواصفة EN 196-1و جهاز VICAT 11 وضع التشغيل قبل بدء االختبار ،يجب ترطيب كوب الخلط والمضرب وتجفيفهما للحصول على النتائج المقدرة .ثم ننتقل إلى ما يلي: . 1قم بوزن 500جم 1-جم من األسمنت واسكبه في وعاء الخلط. . 2أضف الكمية المحسوبة من الماء إلى خزان الخالط( نبدأ بنسبة كتلةW / C = 0.21). . 3ضبط السرعة 140دورة في الدقيقة (سرعة بطيئة) 12 . 4قم بتشغيل الخالط . 5اخلط العجينة لمدة 90ثانية بسرعة بطيئة . 6توقف لمدة 15ثانية ،قم بفك الكوب وأعد باستخدام ملعقة ،كل العجينة ملتصقة بالخزان خارج منطقة الخلط. .7ارفعي الكوب واخلطيه لمدة 90ثانية بسرعة عالية. . 8امأل القالب المتجمد بالعجين الذي تم الحصول عليه ،وقم بتسوية السطح من خالل وضعه على حافة القالب. . 9ضع القالب الكامل على جهاز ، Vicatواضبط مستوى الصفر للمسبار (المسبار مماس لحافة القالب)( .انظر الشكل )2 . 10قم بتوسيط القالب في محور المسبار ،قم بخفض المسبار بعناية حتى يتالمس مع العجين ،قم بفك المسمار بحيث يخترق المسبار تحت وزنه في العجين. بعد 30ثانية ،الحظ قيمة االكتئاب ¨ ¨dقراءة على فهرس الجهاز (انظر الشكل). •إذا كانت d = 6 ± 1مم ،يكون االختبار حاس ًما واالتساق طبيعي. •إذا كانت d ≤ 5مم ،يكون المعجون رطبًا جدًا ويجب إعادة االختبار بكمية أقل من الماء. •إذا د 7مم ،فإن العجينة تكون صلبة للغاية ويجب إعادة االختبار بمزيد من الماء. يكرر االختبار بمحتويات مائية مختلفة حتى يتم العثور على إحداها بمسافة 6مم 1 ±مم .سجل المحتوى المائي لهذا المعجون بنسبة ٪0.5بالقرب من محتوى الماء للحصول على االتساق القياسي https://www.youtube.com/watch?v=sQgJzuP9TA4 استغالل النتائج للحصول على عجينة ذات قوام عادي ،نبدأ أوالً بإضافة كمية من الماء E = 0.26 * Cإلى األسمنت مع C = 0.5كجم ( E / ، )C = 0.26ثم لقيم مختلفة ( E / Cفرق = )0.05تم قياس القيم المقابلة dبواسطة اختبار ، Vicatيتم رسم المنحنى التالي من أجل الحصول على E / Cالمقابل لـ d = 6mm ± 1 13 اقرا تعريف السيراميك السيراميك مواد غير عضوية تنقسم إلى عائلتين رئيسيتين حسب استخداماتها: دورا متزايد األهمية بفضل خصائصه العازلة والحرارية والكهربائية والميكانيكية. •السيراميك التقني أو الخاص الذي يلعب ً •الخزف التقليدي المعد لالستخدام المنزلي مثل الخزف واألدوات الصحية والطوب ،إلخ... من بين الخزفيات التقليدية ،هناك أدوات صحية تمثل حصة جيدة من سوق مواد السيراميك. المواد الخام للسيراميك المواد الخام بشكل عام هي معادن طينية شائعة االستخدام في صناعة السيراميك .يعد اختياره مه ًما من وجهة نظر قابلية التشغيل بقدر أهمته من سلوك التجفيف او سهر المواد غير عضوية... هناك عدة أنواع من المواد ،وهي المواد البالستيكية وغير البالستيكية والمواد المضافة. . 1. 1عجينة لدن ) (plasticبالستيكية وهي بشكل أساسي من الصلصال التي لها خاصية إعطاء معجون بالستيكي بالماء يمكن تشكيله بسهولة ويصبح صلبًا وقاسيا وغير قابل للتغيير بعد الحرق او الطهئ .يمكن تعريفها على أنها أكثر أو أقل من سيليكات األلومينيوم ،الناتجة عن تحلل الصخور. . 2. 1مواد غير بالستيكية مزيالت الشحوم تؤدي إضافة مواد إزالة الشحوم إلى الطين إلى تقليل لدونتها وتقليل االنكماش أثناء التجفيف أو الحرق .وذلك ألن الزيادة في حجم مادة إزالة الشحوم أثناء الحرق تعوض انكماش الطين وتسهل هروب الغازات والماء. مواد مسهلة للتكون العجين )(fondant تتمثل الوظيفة الرئيسية للمواد المسهلة في تكوين طور زجاجي ،بمفرده أو من خالل التفاعل مع المكونات األخرى للعجين ، مما يسمح بإعادة ترتيب الحبوب بشكل جيد وبالتالي يسهل تكثيف األجزاء الخزفية ويسمح بتخفيض درجة حرارة الطهئ. المضافات المضافات الرئيسية المستخدمة في منتجات السيراميك هي مواد رابطة و مواد للتشتيت ()binders and deflocculants. 14 خواص السيراميك خاصية المواد مهمة جدا بغية االستعماالت الحصرية حيث تقارن مزايا مادة على أخرى ليتم اختيارها في تطبيق معين .يمكن أن تكون الخاصية ثابتة أو دالة لعدة متغيرات مستقلة ،مثل درجة الحرارة. هناك ثالث فئات رئيسية من الخاصيات: فيزيائية :سلوك المواد تحت تأثير درجات الحرارة أو المجاالت الكهربائية أو المغناطيسية أو الضوء (البصريات) ؛ كيميائية :تميز سلوك المواد في بيئة تفاعلية ميكانيكية :يعكس سلوك المواد عندما تتعرض للتوتر بفعل قوى خارجية. تتعلق الخواص الميكانيكية بسلوك المواد عندما تتعرض لقوى خارجية .الخصائص الميكانيكية الرئيسية هي: *المقاومة :تحدد أقصى ضغط يمكن أن تتحمله المادة قبل االنكسار .ترتبط المقاومة ارتبا ً مباشرا بصالبة المادة. طا ً *الصالبة :مقاومة المادة لالختراق. *التحمل :وهي القدرة على تحمل الضغوط دون تشويه شكلها المرن .يعتمد على قوة الروابط بين الذرات أو الجزيئات (وحدة يونغ) Young's modulus إذا ثبت سلك من أحد طرفيه وجذب من الطرف اآلخر بقوة Fعمودية على مساحة مقطعه A 0وزاد طوله األصلي L 0بمقدار ΔLفإن معامل يونغ Yيعطى بالعالقة اآلتية: - Iمفاهيم اإلجهاد والتوتر عندما يتعرض جسم مادي لقوى خارجية ،يتم إنشاء ضغوط داخلية .مع هذه الضغوط ترتبط بالتشوهات (وجود عالقة بين اإلجهاد واالنفعال). اإلجهاد )stress ( :σاإلجهاد هو قياس لمتوسط كمية القوة المطبقة على وحدة المساحة ،وبالتالي تكون متجانسة مع الضغط ويتم التعبير عنها بالباسكال. االنفعال (باإلنجليزية (Strain) :أو التشوه ( (Deformationهو تشوه المواد نتيجة فعل اإلجهاد .يتم استخدام فكرة التشوه لتحديد كيفية تمدد األطوال وتغير الزوايا في الوسط .هناك طريقتان للتشوه :مرن وبالستيك. 15 تكون االستطالة ) ( موجبة إذا اكتسبت المادة طوال (بالشد) ،وتكون سالبة إذا نقص الطول باالنضغاط .وألن موجب دائ ًما، فإن إشارة االنفعال موافقة دائ ًما إلشارة االستطالة. االنفعال هو كمية ال بعدية .فال يوجد وحدة لالنفعال وهذا واضح من اختزال الوحدات في عالقة االنفعال .وبكل حال قد تكتب وحدة لالنفعال مثل متر/متر فقط للداللة على أن العدد يدل على تغير في الطول. التشوه :مرن يقابل الزيادة المنتظمة والتدريجية في المسافة بين الذرات :تشوه عكسي. →المعادن :مرونة عالية ←السيراميك :مرونة عالية جدًا *التشوهات البالستيكية :إذا تم إلغاء القوة المطبقة ،يبقى التشوه :تشوه ال رجوع فيه. →المعادن :لدونة جيدة ←السيراميك :ضعف اللدونة القيود التقليدية هي: التشوه الطبيعي :إجهاد عمودي على السطح S. 16 جر بسيط ضغط اقرا كيفية صنع الزجاج تحذيرات خذ حذرك دائ ًما حول مصادر الحرارة العالية وال تحاول صنع الزجاج حول األطفال أو الحيوانات األليفة أبدًا. إطفاء الحرائق الساخنة للغاية بالماء قد يجعل حالتها أسوأ .على سبيل المثال إذا كان الحريق درجة حرارته 2000مئوية فهو ساخن كفاية لشطر الماء إلى مكوناته (أي ذرتي الهيدروجين واألكسجين) مما ينتج كمية هائلة من الطاقة الحرارية ]٦[.يفضل مع الحرائق شديدة السخونة إبقاء دلو كبير من التراب أو الرمل بجانبك.تحتوي طفايات الحرائق فئة د على كلوريد الصوديوم (ملح المائدة) ،وتستخدم إلطفاء حرائق المعادن. .I المعدات المستعملة: .1رمل السيليكا (ثاني أكسيد السيليكون) .2كربونات الصوديوم (صودا) .3أكسيد الكالسيوم (جير) .4أكاسيد وأمالح أخرى (مثل أكسيد المنجنيز واأللومنيوم والحديد والمنجنيز أو أمالح الصوديوم أو الكالسيوم) (اختياري). أكسيد الرصاص (اختياري) .5بوتقة مقاومة للحرارة ،وقالب أو أنبوبة مجوفة .6فرن .II - مراحل التجربة : نسبة 70%من الوزن تكون من السيليكا اذ يمكن استخدام بعض رمال الشواطئ ً بدال من رمل السيليكا النقي ،بالرغم أن الزجاج الناتج سيكن معت ًما ملط ًخا أو ذا جودة أقل .استخدم أبيض وأدق وأكثر صورة متسقة متاحة من الرمل .رمل السيليكا. مخضرا عند وجوده. يطلق عليه أيضًا رمل الكوارتز ،وهو المكون األساسي في تصنيع الزجاج .فالحديد يجعل الزجاج ً ارت ِد كمامة إذا كنت تتعامل مع رمل السيليكا رقيق الحبيبات حيث من شأنه أن يسبب تهيج الحلق والرئتين. إذا لم تتمكن من العثور على رمل خا ٍل من شائبات الحديد فيمكنك إبطال تأثيرها الملون بإضافة كميات صغيرة من ثاني أكسيد المنجنيز، مخضرا فاترك الحديد! أما إذا أردت زجا ًجا ً 17 - بنسبة مواد مضافة لخليط الزجاج ب .%30-26 ضف كربونات الصوديوم وأكسيد الكالسيوم للرمل .كربونات الصوديوم المعروفة بصودا الغسيل تخفض درجة ا ِ الحرارة للحد الالزم لتصنيع الزجاج تجاريًا ،ومع ذلك فهي تسمح بمرور الماء إلى الزجاج ،لذا يتم إضافة الجير أو أكسيد الكالسيوم إلبطال تلك الخاصية .يمكن إضافة أكاسيد الماغنسيوم أو األلومنيوم أيضًا لجعل الزجاج أكثر متانة. 18 تحديد عسرة مياه الحنفية مقدمة هناك نوعان من الماء ،عذبة و عسرة : المياه العذبة هي المياه التي تحتوي على عدد قليل من األيونات أو (بعبارات غير كيميائية ،وهي ليست مالحة) :المياه العذبة إنها مياه من األنهار والبحيرات ومياه األمطار واألنهار الجليدية وأراضي الخث ،إلخ تحتوي المياه العذبة عادة على أقل من غرام واحد من المواد الصلبة الذائبة (مثل األمالح والمعادن والمواد المغذية) لكل لتر. الماء العسر ،مقارنة بالمياه العذبة ،هي المياه الذي يحتوي على نسبة عالية من المعادن .، الماء العسر عموما ليس ضارا بالصحة ولكن يمكن أن يشكل مشاكل خطيرة في البيئات الصناعية ، .دون استخدام وسائل كيميائية متخصصة ،غالبا ما يشار إلى الماء العسر بعدم تكوين الرغوة عند استخدام الصابون أو منتج الغسيل عند تحريكه في الماء. يعن مصطلح صالبة المياه؟ * ماذا ي هو العيار الهيدروتيدي ،أو صالبة :صالبة المياه ناتج خصوصا عن اجود أيونات الكالسيوم والمغنيسيوم مؤشر تمعدن المياه صالبة المياه :العيار الهيدروتيدي ) ، (T.H.أو صالبة المياه ،هو مؤشر تمعدن المياه .ويرجع ذلك أساسا إلى أيونات الكالسيوم والمغنيسيوم. يتم التعبير عن الصالبة في ملغ /لتر من CaCO3مثال :في الدرجة الفرنسية ° fفي فرنسا ( 1درجة فرنسية تتوافق مع 4-10مول /لتر ،أو 4ملليغرام من الكالسيوم أو 2.4 ملليغرام من المغنيسيوم لكل لتر من الماء). بشكل عام ،يتم التمييز بين العسر الدائم :العسر التي تستمر بعد تمغلية الماء و نزع المعادن وخاصة Caو Mgوالعسرالمؤقت (عكس العسر الدائم) مجموع االثنين هو العسل الكلي. وقد حددت صالبة المياه بالمعايير التالية- 19 + 35 عرس جدا 25- 35 عرس 15-- 25 لطيف 5--15 متوسط خفيف T.H= [Ca +2 ]mg/l +[Mg2+]mg/l 20 0-5 حلو جدا TH الماء أهداف التجربة: )aتقديرعسرالماء الكلي )bتقدير تركيز الكالسيوم والماغنسيوم في مياه الشرب نظرية التجربة: العسرة :Hardness وهي قابلية الماء على ترسيب الصابون أي الخاصية التي تبطل عمل الصابون وفي العادة فإن الماء العسر يعرف بأنه: الماء المحتوي على كميات غير مرغوب فيها من أمالح الكالسيوم ) (Caوالماغنيسيوم( )Mgالذائبة في الماء إما على صورة أمالح بيكربونات ) (HCO3−أو كلوريدات ) (Cl−وكبريتات ) (SO4−2و نترات االيونات المذكورة آنفا وهذه األمالح·:تكون مع محلول الصابون رواسب غير قابلة للذوبان حيث تحل االيونات الموجبة الكالسيوم ) (Caوالماغنيسيوم) )Mgمحل الصوديوم والبوتاسيوم في الصابون فيكون رواسب دهنية غير قابلة للذوبان في الماء. كما أنها تؤدي الى ترسب قشور لها معامل توصيل حراري منخفض على أسطح التسخين عند استخدامها في الغاليات. وتنشأ المياه العسرة عندما تسقط مياه االمطار على االرض وتذيب االمالح من التربة وتزداد قابلية ذوبان امالح التربة إذا زادت حامضية المياه او وجود غاز CO2الناتج عن عمليات التخمر في التربة. وهناك انواع من العسرة منها: -1العسرة الكربونية او المؤقتة carbonate or temporary hardnessالناتجة عن وجود كربونات و بيكربونات االيونات (الكالسيوم والماغنسيوم) ويمكن ان تترسب (ازالتها) بالغليان. -2العسرة غير الكربونية او الدائمة noncarbonate or permanent hardnessالناتجة عن تواجد كبريتات وكلوريدات وفلوريدات ونترات االيونات (الكالسيوم والماغنسيوم) ،وال يمكن ان تترسب (ازالتها) بالغليان. -3العسرة الوهمية pseudo hardnessالناتجة عن التراكيز العالية اليونات الصوديوم لذا يؤثر على سلوك الماء للصابون وتحول دون رغوته بسبب خاصية االيون المشترك. 21 وعسرة المياه تختلف باختالف المورد المائي فالمياه الجوفية أكثر عسرة من المياه السطحية واعتمادا على نوع الترسبات الصخرية التي تجري فيها المياه .وتمثل عادة قيمة العسرة التركيز الكلي اليونات الكالسيوم والمغنيسيوم معبرا عنها بداللة كربونات الكالسيوم. من أهم طرق ايجاد عسرة المياه: طريقة المعايرة باستخدام :EDTA :Na2-EDTAوهو ملح الصوديوم لالثيلين ثنائي االمين رباعي حامض الخليك ()Ethylene Diamine Tetraacetic Acid disodium Salt ويمكن تطبيقها في ايجاد عسرة المياه الجوفية الواطئة التركيز والعالية ايضا حيث تقيس طريقة الـ EDTAالعسرة الناتجة عن ايونات الكالسيوم والماغنيسيوم فقط في وسط قاعدي عند pH=10حيث يحل ايون Caوايون Mgالمسببان للعسرة محل ايون الصوديوم في Na2- EDTAومالحظة نقطة التعادل باستعمال دليل Eriochrome Black-Tحيث يختفي اللون االحمر الخمري الذي يدل على وجود ايون Ca وايون Mgويظهر اللون االزرق الختفاء هذه االيونات من المحلول. يقدر عسر الماء بحساب تركيز كربونات الكالسيوم ،بوحدات ،ملجم/لتر ( )mg/Lأوجزء لكل مليون جزء (.)ppm معادالت التفاعل للمعايرة (:)a .1أثناء المعايرة Ca+2 + H2Y−2 → CaY−2 + 2H+ Ca+2 + MgY−2 → CaY−2 + Mg+2 .2عند نقطة النهاية Mg+2 + HIn−2 → MgIn− + H+ MgIn− + H2Y−2 → MgY−2 + HIn−2 + H+ (ازرق) حيث HIn−2يمثل دليل االريوكروم بالك تى ()EBT H2Y-2تمثل محلول EDTA معادالت التفاعل للمعايرة (:)b 22 (عديم اللون) (عديم اللون) (احمر) يتم إجراء هذه التجربة عمليًا على خطوتين متتاليتين حيث يتم في الخطوة األولى حساب حجم EDTA القياسي الذي يكافئ كالمن الكالسيوم والماغنسيوم بأستخدام دليل االير وكروم بالك تى ( )EBTعند (.)pH=10 والخطوة الثانية يتم فيها حساب حجم EDTAالقياسي الذي يكافئ الكالسيوم فقط وتتم هذه الخطوة عند ( )pH=12حيث تتم إضافة هيدروكسيد الصوديوم 1مول/لتر لتعديل قيمة pHويستخدم دليل الميروكسيد في هذه المعايرة للوصول الى نقطة التكافؤ .1عند pH= 10 pH=10 )Ca + EBT → Ca−EBT(RED Ca−EBT(RED) + EDTA → Ca−EDTA(blue) + EBT +2 .2عند pH= 12 Mg+2 + 2OH− → Mg(OH)2 pH=12 → Ca−Murexid Ca+2(sample) + Murexid pH=12 → Ca−EDTA + Murexid Ca−Murexid + EDTA المحاليل والكيماويات المطلوبة: محلول Na2- EDTAتركيزه ( : )0.01 Mويحضر هذا المحلول كاألتي،يتم تجفيف عينة من ملح Na2- EDTAثنائى الماء لمدة ساعتين على درجة حرارة 80في فزن تجفيف،ثم تبرد هذه العينة في مجفف ثم يتم وزن وزنه مقدارها 3.723جم من العينة ثم تذوب في الماء الخالي من االيونات في دورق قياسي سعة 1000مل ثم يكمل الحجم بالماء الخالي من االيونات حتى العالمة ثم رج المحلول للتجانس،ويتم حفظ المحلول بعد تحضيره في أوعية من البولي أيثلين الن محلول االديتا له القدرة على التفاعل مع الكاتيونات الثنائية الداخلة في تركيب الزجاج. محلول منظم ( )pH=10وهوعبارةعن ( )NH4Cl-NH3ويحضر بإذابة 64جم من ملح كلوريد االمونيوم في الماء الخالي من االيونات ثم يضاف إليه 57مل من محلول االمونيا المركز في دورق 23 قياسي سعة واحد لتر ويكمل الحجم حتى العالمة ويرج المحلول جيدا للتجانس ويتم تخزينه في قنينة مصنوعة من البولي ايثلين. دليل االيروكروم بالك تي ()EBT يمكن استخدام هذا الدليل على صورة محلول أو علي هيئة ملح ،و يتم تحضيره عندما يكون على صورة محلول بإذابة 200ملجم من الملح الصلب للدليل في 15مل من ثالثي ايثانول أمين و 5مل من الكحول االيثيلى النقي .وعندما يستخدم الدليل على هيئة محلول فانه يكون صالح فقط الى عدة أيام أما تحضيره في صورة ملح صلب يتم بطحن 1جم من الدليل مع 200جم من ملح الطعام NaClويتم االحتفاظ به في قنينة محكمة حتى ال يتلف بالرطوبة دليل الميروكسيد ويحضر هذا الدليل بطحن 0.4جم من دليل الميروكسيد مع 100جم من ملح الطعام NaClويتم الخلط جيدا ويتم حفظ الدليل في أوعية محكمة الن رطوبة الهواء تساعد في تلف الدليل وهذا الدليل يتغير لونه من اللون الوردي القرنفلي الى اللون األرجواني عند انتهاء المعايرة أي عند نقطة النهاية محلول هيدروكسيد الصوديوم تركيزه ( )1 Mويحضر هذا المحلول بإذابة 4جم من ملح NaOHفي كمية من الماء المقطر المغلي مسبقا في دورق قياسي سعة 1لتر ويكمل الحجم حتى العالمة ويرج المحلول جيدا للتجانس مقياس ( pHجهاز قياس الحموضة )pH محلول 0.005موالرى من ( )Mg-EDTAويحضر هذا المحلول بإضافة كميات متكافئة من كلوريد الماغنسيوم ( )MgCl2 0.01Mو ( )EDTA 0.01 Mويتم استخدام هذا المحلول في حالة العينات التي ال تحوي أيون ماغنسيوم حيث يتم إضافة حوالي 1مل من ( )Mg-EDTAللعينة المدروسة خطوات التجربة: اوال :ايجاد العسر الكلى للماء )1نظف أدوات التجربة جيدا بالماء المقطر ثم بالماء الخالي من االيونات )2بعد تنظيف السحاحة بالماء يتم تنظيفها بقليل من محلول EDTAالقياسي المستخدم في التجربة وذلك للتخلص من بقايا الماء ثم إمالء السحاحة بمحلول EDTAالقياسي ( )0.01Mمع التأكد من عدم وجود فقاعات هواء وامتالء الجزء ما تحت الصنبور حتى ال يحدث خطأ في قراءة الحجم 24 )3خذ 50مل من عينة الماء بواسطة الماصة القياسية في دورق المعايرة (دورق مخروطي) ثم أضف الى الدورق (2مل) من المحلول المنظم ،و 1مل من معقد ( )Mg−EDTAوال يضاف هذا المحلول المعقد إال في ) حالة التأكسد من عدم احتواء العينة على ايون الماغنسيوم) ثم يضاف الدليل EBTحوالي خمس قطرات إذا كان الدليل على صورة محلول أو ملعقة صغيرة إذا كان الدليل في صورة ملح مع مالحظة عدم إضافة الدليل بكميات كبيرة للمحاليل المخففة كذلك يجب أن تتم إضافة المحلول المنظم قبل إضافة الدليل و هذا بدوره يمنع تفاعل ايونات الحديد القليلة مع الدليل حيث يدل التغير في اللون عند نقطة النهاية ( نقطة التكافؤ) من األحمر الى البنفسجي بدال من األزرق وجود كميات كبيرة من الحديد في العينة في هذه الحالة يمكن إزالة التداخالت بإضافة عدد قليل من بلورات سيانيد البوتاسيوم ( )KSCNبعد إضافة المحلول المنظم مباشرة ،ويتم إضافة واحد جرام من ( )FeSO4.7H2Oبعد االنتهاء من المعايرة مباشرة للتخلص من المادة السامة المتبخرة المتكونة نتيجة إلضافة سيانيد البوتاسيوم حيث تعمل كبريتات الحديدوز المائية على تحويل ( )HCNالمادة المتبخرة السامة الى معقد ( )[Fe(SCN)6] −4وفي حالة احتواء العينة على النحاس فيتم إضافة قليال من بللورات هيدروكسيل أمين الهيدروكلوريد الذي يعمل على اختزال النحاس الثنائي Cu+2 الى نحاس أحادى Cu+وبذلك يمنع تأثير التداخل ثم ترج محتويات الدورق جيدا )4إبداء معايرة العينة بتنقيط محلول EDTAالقياسي قطرة قطرة مع الرج المستمر واستمر في عملية المعايرة حتى الوصول الى نقطة النهاية (حتى يتحول لون المحلول من األحمر الى اللون األزرق ) سجل الحجم المستهلك من EDTAمن السحاحه )5كرر عملية المعايرة ثالث مرات ثم خذ متوسط الحجم المستهلك من السحاحة من EDTAالقياسي )6احسب العسر الكلي للماء على هيئة ملجم/لتر كربونات كالسيوم ثانيا :تقدير تركيز الكالسيوم والماغنسيوم في مياه الشرب )1نظف أدوات التجربة جيدا بالماء المقطر ثم بالماء الخالي من االيونات )2بعد تنظيف السحاحة بالماء يتم تنظيفها بقليل من محلول EDTAالقياسي المستخدم في التجربة وذلك للتخلص من بقايا الماء ثم إمالء السحاحة بمحلول EDTAالقياسي ( )0.01Mمع التأكد من عدم وجود فقاعات هواء وامتالء الجزء ما تحت الصنبور حتى ال يحدث خطاء في قراءة الحجم )3بالماصة القياسية خذ 100مل من عينة مياه الشرب في دورق المعايرة ثم أضف الى الدورق 2مل من المحلول المنظم ( )pH=10ثم أضف حوالي نصف جرام من دليل االيروكروم بالك تى رج الدورق جيدا حتى يذوب الدليل والحظ ماذا يحدث للمحلول في الدورق؟ 25 )4إبدأ عملية المعايرة بتنقيط محلول EDTAالقياسي قطرة قطرة مع الرج واستمر في عملية المعايرة حتى الوصول الى نقطة النهاية (أي حتى يتحول لون المحلول من األحمر الوردي الى األزرق) وسجل الحجم المستهلك من السحاحة )5كرر التجربة ثالث مرات وخذ متوسط الحجم المستهلك (ليكن )V1وهذا الحجم يمثل حجم EDTA الذى يكافئ الكالسيوم والماغنسيوم )6نظف دورق المعايرة جيدا بالماء الخالي من االيونات ثم بواسطة الماصة القياسية خذ 100مل من عينة مياه الشرب في الدورق المخروطي ثم أضف الى الدورق ( 2مل من محلول NaOHتركيزه 1مول/لتر) )7أضف الى الدورق حوالي ½ جم من دليل الميروكسيد ورج الدورق جيد ا )8إبداء في عملية المعايرة بتنقيط محلول EDTAالقياسي قطرة مع الرج المستمرواستمر في عملية المعايرة حتى الوصول الى نقطة النهاية أي حتى يتحول لون المحلول من األحمر الوردي الى األحمر األرجواني وسجل الحجم المستهلك من السحاحة )9كرر التجربة ثالثة مرات وخذ متوسط الحجم (ليكن )V2ويمثل هذا الحجم حجم EDTAالذي يكافئ الكالسيوم فقط. )V3 (EDTA) ≡ Mg+2 = (V1 − V2 احسب تركيز كال من الكالسيوم والماغنسيوم فى عينة الماء https://www.youtube.com/watch?v=N1Xzp8GPtco https://www.youtube.com/watch?v=qz8xHQJw6qY 26 قياس العكارة و التوصيلة الكهربائية لعينة ماء – Measurement conductivity –Turbidity العكورة أو الكدرة أو العكرة هو مقدار السحابة او الشوائب في الماء .يمكن أن يختلف هذا من نهر مليء بالطين والطمي حيث يكون من المستحيل رؤيته من خالل الماء (الكدرة العالية) ،إلى مياه الينابيع التي تبدو واضحة تما ًما أو صافية (التعكر المنخفض). يمكن أن يكون سبب العكارة ما يلي: الطمي والرمل والطين ؛ البكتيريا والجراثيم األخرى ؛ رواسب كيميائية. من المهم جدا ً فحص الكدرة إلمدادات المياه المنزلية ،حيث إن هذه اإلمدادات غالبا ً ما تخضع لبعض أنواع معالجة المياه التي يمكن أن تتأثر بالعكرة. عند إستخدام الكلور ،حتى العكرة المنخفضة للغاية ستمنع الكلور من قتل الجراثيم الموجودة في الماء بكفاءة .تم تصميم بعض أنظمة المعالجة ،مثل الرسوبيات ومخثرات الدم والمرشحات المسبقة للحصى إلزالة العكارة. من المهم لمشغلي كل من أنظمة المعالجة الكبيرة والصغيرة معرفة مدى نجاح هذه األنظمة .فحص الكدرة لعينة ماء قبل وبعد كل جزء من أجزاء النظام يمكن أن يخبر المشغل بالمطلوب إلى الصيانة أو التنظيف. الغرض من التجربة فحص عكارة لعينتين من المياه وبالتالي معرفة مدى صالحية الماء لإلستهالك البشري. طرق قياس العكرة .1طريقة النفيلوميتر :بإستخدام جهاز Nephelometric Turbidity Unitوحدة القياس هيNTU. .2طريقة جاكسون :بإستخدام جهاز Jackson Turbidity unitوحدة القياسJTU قياس العكرة 27 يمكن قياس العكارة باستخدام إما مقياس التعكر اإللكتروني أو أنبوب التعكر .كلتا الطريقتين لها مزايا وعيوب ،كما هو مبين أدناه. عادة ً ما يتم قياس التعكر بوحدات التعكر الكلوي ) (NTUأو وحدات تعكر جاكسون ) ، (JTUاعتمادًا على الطريقة المستخدمة في القياس .الوحدتين متساوية تقريبا. االجهزة واألدوات: .1جهاز قياس العكارة(NepheloMeteric). .2محاليل غروية معلومة العكارة. .3أنابيب إختبار أسطوانية. .4ماصة(Pipet). مقياس العكارة هناك العديد من األنواع المختلفة من جهاز قياس العكرة اإللكتروني المتاحة .مزاياها وعيوبها هي كما يلي: الفوائد: دقيق للغاية ومفيد بشكل خاص لقياس االضطرابات المنخفضة جدًا (أقل من 5وحدات) المساوئ: 28 التكلفة العالية بحاجة إلى مصدر طاقة (التيار الكهربائي أو البطارية) يتضرر بسهولة من المستحيل إعطاء إرشادات عامة حول استخدامها هنا .يجب عليك الرجوع إلى تعليمات الشركات المصنعة الستخدام وصيانة هذه العدادات. يوضح الشكل في أدناه مثال على مقياس الكدرة اإللكتروني. المعالجة الممكنة يتم عالج العكارة بشكل شائع باستخدام إما عملية الترسيب أو الترشيح .اعتمادًا على التطبيق ،سيتم حقن الكواشف الكيميائية في مجرى المياه العادمة لزيادة فعالية عملية الترسيب أو الترشيح .غالبًا ما تزيل محطات معالجة مياه الشرب ومحطات الصرف الصحي البلدية التعكر بمزيج من ترشيح الرمل وخزانات الترسيب وأجهزة التصفية. أمرا شائعًا عند تشتت المسطحات المائية المتأثرة (أي هناك تعد معالجة المياه في الموقع أو الجرعات المباشرة لمعالجة التعكر ً العديد من المسطحات المائية المنتشرة في منطقة جغرافية ،مثل خزانات مياه الشرب الصغيرة) ،عندما تكون المشكلة غير متسقة (أي عندما يكون هناك عكارة في جسم مائي فقط أثناء وبعد موسم األمطار) أو عند الحاجة إلى حل منخفض التكلفة .تتضمن معالجة التعكر في الموقع إضافة كاشف ،وهو مادة ندف بشكل عام ،يتم توزيعه بالتساوي على سطح جسم الماء .ثم تستقر الكتل في قاع الجسم المائي حيث تبقى أو تتم إزالتها عند تصريف الجسم المائي .تستخدم هذه الطريقة بشكل شائع في مناجم الفحم ومنشآت تحميل الفحم حيث تعاني برك تجميع مياه األمطار من مشاكل موسمية مع التعكر .يقدم عدد من الشركات أنظمة معالجة محمولة لمعالجة المياه في الموقع أو جرعات مباشرة من الكواشف. 29 الكواشف يوجد عدد من الكواشف الكيميائية المتاحة لمعالجة التعكر .تشتمل الكواشف المتوفرة لمعالجة التعكر على كبريتات األلومنيوم أو الشب ،Al2 (SO4)3 · nH2Oكلوريد الحديديك ،FeCl3الجبس ،CaSO4 · 2H2Oبولي كلوريد األلومنيوم ،سلسلة طويلة البوليمرات القائمة على مادة األكريالميد والعديد من الكواشف المسجلة الملكية .يجب مراعاة كيمياء الماء بعناية عند تحديد الجرعات الكيميائية ألن بعض الكواشف ،مثل الشب ،ستغير درجة حموضة الماء. التوصيلية الكهربية Electrical conductivity تعبر التوصيلية الكهربية عن نسب االمالح الكلية الذائبة في المياه ،فارتفاعها يدل على ارتفاع نسب االمالح في المياه ،حيث انه كلنا زادت االمالح في المياه زادت توصيليتها الكهربية (توصيل التيار الكهربي) .وزيادة االمالح اما ان تكون بفعل طبيعي كطبيعة المياه واألرض الجوفية او ما تذيبه وتسقطه مياه االمطار من عناصر او بفعل صناعي كصرف مياه الصرف الصحي او الصناعي على المسطحات المائية الطبيعية. تعتمد التوصيلية الكهربائية للماء على: .1مجموع المواد الصلبة الذائبة. .2درجة حرارة المياه. .3تركيز األيونات. .4تكافئ األيونات. تعد المواد الصلبة في الماء إحدى ملوثاته في الحاالت: .1زيادة تركيزها في الماء. .2مواد سامة. .3 مسرطنة ،عندئذ يكون الماء غير صالح لالستعماالت المنزلية والصناعية. 30 ويستخدم الفحص لكافة أنواع المياه ويتم ذلك باستعمال جهاز محمول Portableنوع )(Conductivity. TDS. C° meter ومن هذا يتضح أنه جهاز متعدد االستخدام ويتم تحويله حسب الحاجة لنوع الفحص على سبيل المثال ولغرض إيجاد التوصيلية الكهربائية لنموذج معين يتم التالي: .1يتم تحويل مؤشر الجهاز على إيعاز التوصيلية الكهربائية. .2يتم معايرة جهاز الفحص بوساطة محاليل قياسية ذات توصيلية كهربائية معلومة وتكون مرفقة مع الجهاز وهي )(1.413µsوهذه تستخدم للمياه المعدنية واإلسالة والنهر كونها تراكيز واطئة أما ) (12.880µsفتستخدم لمياه األهوار والصرف الصحي كونها ذات تراكيز عالية ،وهذه المحاليل يتم قراءتها مع ضبط درجة حرارة لها. .3بعدها يتم إدخال قطب الجهاز في النموذج ومن ثم تسجيل القراءة من الجهاز مباشرة والتي تمثل التوصيلية الكهربائية للنموذج بوحدة ) (µsمايكروسيمنس ،عل ًما بأنه يتم غسل قطب الجهاز بالماء المقطر بعد كل عملية فحص. مالحظة: أفضل درجة حرارة للقياس هي oC. 25وقيم التوصيلية الكهربائية هي تقريبًا ضعف قيم المواد الصلبة الذائبة الكلية. تحتوي المياه الطبيعية على تراكيز خفيفة من األمالح المعدنية المتأينة وبالتالي فجميعها تشارك في التوصيلية الكهربائية ،وتنتج التوصيلية العالية عن ارتفاع نسبة الملوحة بسبب الملوثات المعدنية .وتعرف التوصيلية الكهربائية بأنها قياس مدى قابلية نقل الماء للتيار الكهربائي بوحدة الميكروسيمنز /سم؛ إذ أنه كلما كان تركيز المواد الصلبة الذائبة في الماء أكبر كلما كان قابلية الماء لنقل التيار الكهربائي أكبر ،وتعتمد قيمة التوصيل الكهربائي على تركيز األيونات الموجودة في المياه ،وهي قابلية 1.0 سم 3من الماء على توصيل التيار الكهربائي عند o25.0م وتمثل مقلوب المقاومة النوعية للماء( مقلوب االوم ohmوتسمى بالموزmoh). بما ّ أن التوصيل الكهربائي هو عكس المقاومة الكهربائية لذلك يمكن اعتبار وحدة التوصيل الكهربائي عكس وحد المقاومة: mohs = 1/ohms m mohs = 1000 µ mohs ويستعمل دائما ً وحدة (مايكرو موز/سم) لقياس التوصيلية الكهربائية النوعية للماء .وتقاس بوحدات مايكروسيمنس .سم - 1وملي سيمنس .سم -1.ويمكن تحويل التوصيلية الكهربائية المقيسة بوحدة الميكروسيمنز /سم إلى الوحدة (ملي غرام /لتر) بضربها في ثابت مقداره 0.64 يستفاد من قياس التوصيل الكهربائي لتحديد نقاوة الماء المقطر حيث يكون الماء الخالي من األيونات Deionized Water عديم التوصيل للكهربائية إذ تكون قيمته قريبة من الصفر .بينما تكون للماء المقطر االعتيادي والجديد أقل من (2µ mohs / )cmويمكن أن تصل إلى ) (4µ mohs / cmإذا تم تخزين الماء المقطر لعدة أسابيع وتنتج هذه الزيادة عن امتصاص الماء لغاز ثنائي أوكسيد الكربون أو غاز األمونيا إن وجد في الجو. 31 يقاس التوصيل الكهربائي للماء باستعمال جهاز قياس التوصيل الكهربائي Electrical Conductivity Meterالذي يرتبط بخلية أو قطب حساس للتوصيل الكهربائي ،وتؤخذ القراءات بشكل مباشر من مقياس الجهاز ثم تعدل القيم المستحصلة عند درجة حــــــرارة (oC) 25على اعتبار هذه الدرجة قياسية للتوصيل الكهربائي. حددت المواصفة األوربية EECلعام 1976قيم التوصيلية للمياه السطحية المستخدمة إلنتاج مياه الشرب بـ 1000.0 مايكروسيمنس .سم -1حدًا أقصى مسموح به. جدول :نوعية المياه بداللة التوصيلية الكهربائية استناد ًا على دليل منظمة الصحة العالميةdS/m لتوصيلية الكهربائية استناد ًا على دليل منظمة الصحة العالميةdS/m التوصيلية الكهربائية نوعية المياه 0.05إلى 0.40 مياه ممتازة 0.40إلى 0.750 مياه جيدة 0.750إلى 1.50 مياه متوسطة أكثر من 1 مياه ذات معدنية عالية deciSiemens per metre (dS/m) and millimho per centimetre (mmho/cm), numerically: 1 dS/m = 1 mmho/cm. ان مجموع دول االتحاد األوربي تسمح بوجود توصيلية للمياه الصالحة للشرب حتى 1250ميكروسيمنز /سم. https://www.youtube.com/watch?v=-QF27bncXAQ 32 33