El passat 16 de febrer (2024) dins el curs Actualitat científica i recursos d’aula del Departament d’Educació vaig assistir a la conferencia L’aigua en temps de sequera i canvi climàtic. El paper dels ciutadans impartida per Narcís Prat i Fornells, professor emèrit d’Ecologia de la Facultat Biologia de la Universitat de Barcelona. Molt enriquidora, encara que ens va ficar el cor en un puny.
Com ens va explicar, la problemàtica de l’aigua s’ha d’enfocar de moltes maneres, pot ser la principal sigui la seva falta com ara se’n és conscient en molts indrets de Catalunya, però també la seva qualitat i les seves característiques.
Que tots i en particular el jovent arribem a valorar amb coneixement de causa que surti aigua de l’aixeta i ho faci amb la qualitat amb la que ho fa estaria prou bé.
En relació a aquest últim aspecte rescato per aquesta entrada algunes possibilitats al laboratori escolar d’analitzar alguns paràmetres químics de l’aigua que tenim al nostre abast: per suposat la de l’aixeta però també la del mar o la del riu, rierol, canal, etc que tinguem a prop depenen d’on visquem.
Les anàlisis que proposo (pH, clorurs i duresa de l’aigua) utilitzen material i productes de laboratori en petites quantitats i no requereixen que l’alumnat faci càlculs ni que tingui d’entrada coneixements de química ja que estan pensat per a fer-los a la secundaria obligatòria. Ara bé, si voleu aprofundir en els procediments i que l’alumnat entengui perquè primer precipita el clorur de plata i desprès del cromat de plata a l’anàlisi dels clorurs pot ser haureu d’esperar al batxillerat quan s’estudia el producte de solubilitat.
El professorat, però, ha de preparar el material i les dissolucions que s’han d’utilitzar, i si no disposa dels reactius els ha de comprar. Una alternativa més barata i més còmoda consisteix en comprar unes tires per l’anàlisi de l’aigua de les que venen per controlar l’aigua de les peixeres o de les piscines. Es pot aconseguir un paquet de 50 tires que mesuren un mínim de 6 paràmetres, incloent el pH, el clor i la duresa de l’aigua, des de 10 euros o menys.
Malgrat que les tires poden simplificar el procés també l’amaguen i no permeten reflexionar sobre els mètodes d’anàlisi i els conceptes involucrats, però pot ser les preferiu si esteu estudiant l’aigua al començament de l’ESO.
Aconseguir aigua de l’entorn del centre educatiu suposa sortir al medi per a prendre les mostres. La preparació d’aquesta activitat i la pròpia sortida permet parlar amb l’alumnat de l’organització necessària, de com s’han de prendre les mostres, de com es troben les riberes o la platja, etc.
El pH de l’aigua
En aquesta primera activitat proposo mesurar el pH d’una mostra de l’aigua local (font, riu, canal, el mar, etc.) i comparar-lo amb els de l’aigua desionitzada i la de l’aixeta.
Els valors de pH obtinguts en l’activitat s’han d’interpretar amb precaució, perquè hi ha una variabilitat natural a causa dels diferents nivells de llum, de les temperatures i de les eines emprades en les diverses tècniques de mesura. En el cas de les fonts d’aigua dolça, la variabilitat natural és bastant gran, normalment, entre 6,5 i 8,0. Les aigües marines, en general, són solucions tampó i tenen un rang de variabilitat menor en els valors del pH, entre 8,1 i 8,4.
| Material i reactius | |
|---|---|
| • Paper indicador universal de pH | • Una safata de proves APQUA o tubs d’assaig |
| • Indicador blau de bromotimol (5 g <20€ en IBDCiencia) | • Un agitador o espàtula |
| • Indicador porpra de m-cresol (5 g <60€ en Merck) | • Un vas |
| • Mostres de diverses aigües (de l’aixeta, desionitzada, de mar) | • Una canyeta de refrecs |
L’aigua desionitzada pot canviar el seu pH amb facilitat en ser emmagatzemada, a causa que absorbeix el CO2 atmosfèric. Aquest, en dissoldre’s, forma àcid carbònic, d’aquí l’augment de l’acidesa, que pot ser eliminada bullint l’aigua. Si es vol analitzar una mostra d’aigua bullida, s’ha de preparar prèviament, bullint uns 40 ml d’aigua de l’aixeta durant un parell de minuts i deixar-la refredar abans de posar-la al tub d’assaig.
Si no es disposa d’aigua de mar, es pot preparar un succedani diluint 33 g de sal de cuina en 1 litre d’aigua de l’aixeta.
Procediment de mesura del pH
- Fiqueu una mostra de cada aigua, emplenant fins a la meitat les cubetes grans de la safata o ficant dos dits d’aigua en els tubs d’assaig.
- Mesureu aproximadament el pH de cada mostra amb el paper indicador universal mullant-lo una mica i comparant-lo amb la carta de colors.
- Afegiu tres gotes d’indicador blau de bromotimol a cada recipient i agiteu-lo per barrejar bé la solució.
- Utilitzeu la carta de colors per estimar el pH de cada solució i registreu el resultat de cada recipient amb una xifra decimal.
- Si el pH de la mostra és de 7,6 o més gran repetiu la prova utilitzant porpra de m-cresol com a indicador i anoteu els resultats amb un decimal.
| pH de les mostres d’aigua | |||||
| Test | Indicador | Mostra d’aigua desionitzada | Mostra d’aigua de l’aixeta | Mostra d’aigua del riu/canal/font | Mostra d’aigua de mar |
| 1 | Paper pH | ||||
| 2 | Blau de bromotimol | ||||
| 3 | Porpra de m-cresol | ||||
| 4 | |||||
Per a parlar amb l’alumnat
- Podem començar per calcular els resultats mitjans del pH de les mostres d’aigua utilitzant els resultats de tots els grups de la classe i discutir quina avantatja representa aquesta acció.
- Analitzar si té sentit preguntar-se quin és l’indicador que ha donat millor la mesura del pH de les mostres d’aigua.
- Explicar a què es deuen les diferències de pH obtingudes entre els grups i entre les diferents aigües.
- Aprofitant que tenim els indicadors a mà, proposeu l’alumnat que ompli un vas fins a la meitat amb aigua de l’aixeta, li afegeixi tres gotes de blau de bromotimol i bufi dins amb l’ajut d’una canyeta de refresc. Que observin i descriguin el que passa i intentin explicar el canvi de color.
Anàlisi quantitativa de clorurs
En aquesta activitat es determina quina és la quantitat de clorurs que hi ha en una dissolució. Ho podem aplicar per analitzar una mostra d’aigua de la xarxa d’aigües de la localitat (de l’aixeta), aigües de fonts, del riu o del canal, desionitzada, embotellada, etc. La normativa recomana que no superi el valor de 250 mg/l ja que a parit d’aquí té gust a sal.
El mètode es basa en la diferent coloració i precipitació del Clorur de plata AgCl i del Cromat de plata AgCrO4. És una variant del tradicional mètode Mohr, proposat per Karl Friedrich Mohr, farmacèutic del segle XIX. Aquest mètode funciona bé amb un pH entre 6 i 10, el que sempre serà el nostre cas (sinó, malament 😉 ).
| Material i reactius | |
|---|---|
| • Solució de nitrat de plata (AgNO3 ) 0,01 M (10 g, <40€ en IBDCiencia) | • Una safata de proves APQUA o una placa de proves per a microanàlisi |
| • Solució de cromat de potassi (K2CrO4) 0,1 M (500 g, <50€ en Ventus) | • Un comptagotes |
| • Mostres de diverses aigües | • Un agitador o espàtula |
Si no es disposa d’aigua de mar, es pot preparar un succedani diluint 33 g de sal de cuina en 1 litre d’aigua de l’aixeta. La concentració de clorurs de l’aigua de mar en relació a la de l’aixeta és tant enorme (més de 300 vegades) que no s’acaba mai de tirar gotes en els anàlisis. Es pot diluir ficant una gota d’aigua de mar en 9 gotes d’aigua destil·lada.
Procediment de l’assaig previ
- Poseu 10 gotes de l’aigua que voleu analitzar a un recipient petit de la safata de proves.
- Poseu 10 gotes de la solució de cromat de potassi, K2CrO4 , a un altre recipient de la safata.
- Afegiu als recipients 1 i 2 unes gotes de solució de nitrat de plata, AgNO3. Es formen els precipitats de les respectives sals de plata. Anoteu a la taula el color dels precipitats.
| Solució | Precipitat (si/no) | Coloració del precipitat |
| Aigua de l’aixeta (amb clorurs) | ||
| K2CrO4 (aq) (reactiu taronja) |
Procediment per la determinació de clorurs en dissolucions diluïdes
- Poseu 10 gotes de cada una de les aigües que voleu analitzar als altres recipients de la safata de proves.
- Afegiu una gota de dissolució de cromat de potassi, K2CrO4 a cada mostra.
- Afegiu ara a cada mostra, gota a gota, solució de nitrat de plata, AgNO3 , i aneu comptant-les. Primer apareix un precipitat blanc de clorur de plata, AgCl. Continueu posant-hi gotes de nitrat de plata i remenant alhora fins que aparegui un color vermellós permanent. Aquest color ens indica que hem d’aturar l’operació.
- Multipliqueu les gotes afegides per 35,5 i tindreu els mg/litre de clorurs que hi ha a l’aigua analitzada.
- Apunteu a la taula els resultats de les anàlisis que heu fet.
| Taula d’anotacions | ||
|---|---|---|
| Mostra a analitzar | Gotes de nitrat de plata | Clorurs (mg/L) |
| Aigua desionitzada | ||
| Aigua de l’aixeta | ||
| Aigua de mar | ||
Nota: L’aigua de mar te una concentració de clorurs que multiplica per més de 120 la de qualsevol aigua de boca, així que o la diluïu, com he dit abans, o quan us canseu de tirar gotes podeu parar i indicar: més de tantes gotes.
Per a parlar amb l’alumnat
- Analitzar perquè només a l’aigua desionitzada no apareixen clorurs. En particular comentar el cas de la gran salinitat de l’aigua de mar i els processos per dessalar-la, tan de moda actualment.
- Segons els coneixements de Química de l’alumnat poden explicar en què es basa el procediment emprat per conèixer la concentració de clorurs en l’aigua i per què precipita primer el clorur de plata i desprès el cromat de plata.
La duresa de l’aigua
Analitzarem qualitativament la duresa de l’aigua tot destacant-ne la seva importància en els processos quotidians. La duresa d’una aigua és deguda a certes sals que porta dissoltes, principalment les de calci i magnesi. Si és elevada, entre altres coses, produeix incrustacions als electrodomèstics i als escalfadors d’aigua.
L’anàlisi a realitzar es basa en el temps que es manté l’escuma formada en afegir-hi sabó a les diferents mostres d’aigua.
| Material i reactius | |
|---|---|
| · solució de sabó | · tubs d’assaig |
| · mostres d’aigua diferents (desionitzada, de mar, de riu, de l’aixeta, bullida, envasada,) | · etiquetes autoadhesives o retolador |
| · pipeta de 10 ml | |
| · comptagotes |
Procediment per trobar la duresa de l’aigua
- Poseu amb la pipeta uns 5 ml de cada mostra d’aigua en els tubs d’assaig. En tots la mateixa quantitat.
- Etiqueteu bé els tubs.
- Amb el comptagotes afegiu-hi 5 gotes de solució de sabó a cada tub i sacsegeu-los bé. A continuació, aneu afegint de gota en gota, la solució sabonosa a cadascun dels tubs i sacsegeu-los desprès de cada gota (després de sacsejar-los es forma escuma però al començament aquesta desapareix de seguida). S’ha de posar el número necessari de gotes perquè l’escuma sigui persistent (almenys durant 30 segons). Compteu el nombre de gotes que heu necessitat per a cada mostra I anoteu-ho a la taula següent.
| Taula d’anotacions | ||
|---|---|---|
| Mostra a analitzar | Gotes de sabó | Duresa relativa |
| Aigua desionitzada | ||
| Aigua de l’aixeta | ||
| Aigua de mar | ||
Preparació de la solució de sabó per la duresa de l’aigua
| Material i reactius per la solució de sabó | |
|---|---|
| · 1 gr. de sabó blanc Marsella o d’escames de sabó | · balança |
| · 100 ml d’alcohol etílic | · vas de precipitats de 250 ml |
| · 100 ml d’aigua desionitzada | · proveta de 100 ml |
| · vareta per remenar |
Per preparar aquesta dissolució de sabó, que té un aire al reactiu per determinar la duresa de l’aigua pel mètode Boutron i Boudet, es posa al vas de precipitats de 250 ml 1 g de sabó, 100 ml d’aigua destil·lada i 100 ml d’alcohol. Es dissol bé remenant amb la vareta. És molt important que s’utilitzi sabó i no detergent.
Alternativament al mètode que proposo també es pot utilitzar un kit comercial de mesura de la duresa per complexometria, en la línia del que tradicionalment publicita Saturnino Valle de Torrero y Mas.
Els kits per mesurar la duresa de l’aigua costen menys de 20 € i solen contenir diversos reactius químics que s’utilitzen per determinar la concentració d’ions calci i magnesi, cosa que indica la seva duresa. Tot i que els components exactes poden variar depenent del fabricant del kit, sovint s’hi inclouen els reactius següents:
- Flascó A: Aquest recipient pot contenir un indicador (Negre d’eriocrom T o Calmagita) i un reactiu tampó que permet ajustar el pH de l’aigua a un nivell específic, cosa que ajuda a fer una mesura més precisa de la duresa, per exemple amoni/amoníac .
- Flascó B: Aquest pot conté un reactiu que reacciona amb els ions de calci i magnesi a l’aigua, que són els principals contribuents a la duresa de l’aigua, per exemple EDTA (àcid etilendiamintetraacètic).
Per a parlar amb l’alumnat
- L’alumnat ordena les mostres d’aigua per ordre creixent de duresa (com més dura és l’aigua, més sabó es necessita pe fer escuma persistent) i entre tots s’analitza per què es troben diferències entre les aigües.
- També es convenient dedicar un temps a parlar de les implicacions econòmiques i per la salut que pot tenir la duresa de l’aigua.
Experimentació lliure 