جواب پیوند با شیمی و جمع آوری اطلاعات صفحه ۴۹ زمین شناسی یازدهم

زمینه لازم از متن کتاب:

مقدار نمک‌های محلول در آب زیرزمینی به جنس سنگ‌ها و کانی‌هایی که آب از میان آنها عبور می‌کند بستگی دارد.

آب موجود در سنگ‌های رسوبی کربناتی معمولاً از نوع آب سخت است؛ یعنی مقدار یون‌های کلسیم و منیزیم آن بیشتر است. این آب‌ها به خوبی با صابون کف نمی‌کنند و ممکن است در لوله‌ها و ظرف‌ها رسوب ایجاد کنند.

سختی آب، به علت نمک‌های محلول در آن است. یون‌های کلسیم و منیزیم، به عنوان فراوان‌ترین یون‌های موجود در آب، ملاک تعیین سختی آب هستند.

نمونهٔ آبی دارای ۵۰ میلی‌گرم در لیتر یون کلسیم و ۳۵ میلی‌گرم در لیتر یون منیزیم است. سختی کل آب چقدر است؟ تحقیق کنید که آیا این آب برای شرب مناسب است.

پاسخ:

داده‌های مسئله:

مقادیر را در رابطه سختی کل قرار می‌دهیم:

ابتدا هر بخش را جداگانه محاسبه می‌کنیم:

بنابراین:

آیا این آب برای شرب مناسب است؟

مقدار سختی کل این نمونه ۲۶۸/۵ میلی‌گرم بر لیتر است؛ بنابراین آب نسبتاً سخت است.

در استانداردهای متداول آب آشامیدنی در ایران، مقدار ۲۰۰ میلی‌گرم بر لیتر به عنوان حد مطلوب سختی و حدود ۵۰۰ میلی‌گرم بر لیتر به عنوان حداکثر مجاز ذکر می‌شود.

پس سختی این نمونه از مقدار مطلوب بیشتر است، اما از حداکثر مجاز کمتر است. بنابراین صرفاً از نظر سختی، نمی‌توان این آب را غیرقابل شرب دانست؛ ولی سختی نسبتاً زیاد آن می‌تواند باعث رسوب‌گذاری در لوله‌ها و وسایل، مصرف بیشتر صابون و کاهش مطلوبیت آب شود.

البته برای تعیین قطعی سالم و قابل شرب بودن آب، فقط اندازه‌گیری سختی کافی نیست و باید عوامل دیگری مانند آلودگی میکروبی، نیترات، فلزات، شوری و سایر شاخص‌های کیفیت آب نیز بررسی شوند.

پاسخ کوتاه:

سختی کل آب برابر ۲۶۸/۵ میلی‌گرم بر لیتر است. این مقدار از حد مطلوب سختی بیشتر ولی از حداکثر مجاز رایج کمتر است؛ بنابراین آب از نظر سختی، سخت محسوب می‌شود اما تنها بر اساس این شاخص نمی‌توان آن را غیرقابل شرب دانست.

نمونه پاسخ:

دستگاه TDS متر برای برآورد مقدار کل مواد جامد حل‌شده در آب استفاده می‌شود. مواد محلولی مانند نمک‌ها و یون‌های کلسیم، منیزیم، سدیم، کلرید و سایر یون‌ها سبب افزایش هدایت الکتریکی آب می‌شوند.

دستگاه TDS متر معمولاً دارای دو الکترود است. هنگامی که الکترودها وارد آب می‌شوند، دستگاه هدایت الکتریکی آب را اندازه‌گیری می‌کند.

هرچه یون‌ها و مواد محلول بیشتری در آب وجود داشته باشند، آب جریان الکتریکی را بهتر هدایت می‌کند. دستگاه با استفاده از مقدار هدایت الکتریکی و یک ضریب تبدیل، مقدار تقریبی TDS را محاسبه و معمولاً برحسب ppm یا mg/L نمایش می‌دهد.

به زبان ساده:

روش انجام فعالیت و تعیین کیفیت آب مدرسه:

۱ـ مقداری از آب آشامیدنی مدرسه را در یک ظرف کاملاً تمیز بریزید.

۲ـ دستگاه TDS متر را روشن کنید.

۳ـ قسمت حسگر یا الکترود دستگاه را تا محل مشخص‌شده در آب فرو ببرید.

۴ـ چند ثانیه صبر کنید تا عدد نمایشگر ثابت شود.

۵ـ عدد TDS را یادداشت کنید.

۶ـ اندازه‌گیری را دو یا سه بار تکرار کنید تا احتمال خطا کمتر شود.

۷ـ عدد به‌دست‌آمده را با محدوده‌ای که کتاب برای این فعالیت معرفی کرده است مقایسه کنید و نتیجه را در کلاس ارائه دهید.

نمونه گزارش فعالیت:

مقداری از آب مدرسه را در ظرف تمیزی ریختیم و حسگر دستگاه TDS متر را در آن قرار دادیم. پس از ثابت شدن عدد نمایشگر، مقدار TDS را ثبت کردیم و برای اطمینان، اندازه‌گیری را چند بار تکرار کردیم.

سپس میانگین اعداد به‌دست‌آمده را محاسبه و با محدوده ذکرشده در کتاب مقایسه کردیم.

نتیجه نهایی این فعالیت به عددی بستگی دارد که دانش‌آموز واقعاً از آب مدرسه خود اندازه‌گیری می‌کند؛ بنابراین پاسخ عددی ثابت و یکسانی برای همه مدارس وجود ندارد.

تفاوت TDS و سختی کل آب:

TDS: مجموع تقریبی مواد جامد حل‌شده در آب را نشان می‌دهد.

TH یا سختی کل: بیشتر به مقدار یون‌های ایجادکننده سختی، به‌ویژه کلسیم و منیزیم مربوط است.

بنابراین ممکن است دو نمونه آب TDS مشابهی داشته باشند، اما سختی آنها با یکدیگر متفاوت باشد.

نکته علمی درباره TDS:

در متن کتاب برای TDS از عبارت «مواد جامد معلق» استفاده شده است؛ اما خود عبارت انگلیسی Total Dissolved Solids به معنی کل مواد جامد حل‌شده است.

همچنین TDS متر به تنهایی نمی‌تواند سالم یا ناسالم بودن آب آشامیدنی را مشخص کند؛ زیرا این دستگاه نوع مواد محلول یا وجود میکروب‌ها و آلاینده‌های خاص را تعیین نمی‌کند. برای اطمینان از سلامت آب، آزمایش‌های کامل‌تر شیمیایی و میکروبی لازم است.

جمع‌بندی صفحه ۴۹ زمین‌شناسی یازدهم: سختی آب بیشتر تحت تأثیر یون‌های کلسیم و منیزیم است. در نمونه این صفحه، با استفاده از رابطه کتاب، سختی کل آب برابر ۲۶۸/۵ میلی‌گرم بر لیتر به دست می‌آید. دستگاه TDS متر نیز با اندازه‌گیری هدایت الکتریکی آب، مقدار تقریبی مواد جامد حل‌شده را تخمین می‌زند. TDS و سختی کل دو مفهوم مرتبط اما متفاوت‌اند و هیچ‌کدام به تنهایی برای تعیین کامل سلامت آب آشامیدنی کافی نیستند.