Upload
others
View
7
Download
1
Embed Size (px)
Citation preview
NARAVOSLOVJE – KEMIJSKE VSEBINE za študente razrednega pouka
Teoretične osnove in navodila za terenske vaje
Miha Slapničar in Iztok Devetak
Ljubljana, 2018
NARAVOSLOVJE – KEMIJSKE VSEBINE za študente razrednega pouka Teoretične osnove in navodila za terenske vaje Avtorja: Miha Slapničar dr. Iztok Devetak Recenzentki: dr. Jerneja Pavlin, UL PEF dr. Vesna Ferk Savec, UL PEF Lektor: dr. Tomaž Petek Izdala in založila: Pedagoška fakulteta Univerze v Ljubljani Za založnika: dr. Janez Vogrinc, dekan Način dostopa (URL): http://pefprints.pef.uni-‐lj.si/ © Pedagoška fakulteta Univerze v Ljubljani, 2018 Kataložni zapis o publikaciji (CIP) pripravili v Narodni in univerzitetni knjižnici v Ljubljani COBISS.SI-‐ID=296660736 ISBN 978-‐961-‐253-‐233-‐8 (pdf) VSE PRAVICE PRIDRŽANE. REPRODUCIRANJE IN RAZMNOŽEVANJE DELA PO ZAKONU O AVTORSKIH PRAVICAH NI DOVOLJENO.
PREDGOVOR
Učbenik Naravoslovje – kemijske vsebine za študente razrednega pouka je s teoretičnimi osnovami in
z navodili za terenske vaje namenjen študentom prvega letnika prvostopenjskega študijskega
programa razredni pouk pri predmetu naravoslovje – kemijske vsebine. Terenske vaje obravnavajo
posamezne vsebinske sklope, podane na predavanjih kemijskega sklopa naravoslovnih vsebin.
Pomembno je, da študent oz. študentka pred izvedbo vsake vaje natančno prebere teoretična
izhodišča in navodila za delo. Le tako bo izvedba terenske vaje ustrezna in pravilna. Ob kakršnih koli
vprašanjih mora študent oz. študentka za dodatna pojasnila oz. podrobnejša navodila vprašati
asistenta ali tehničnega sodelavca. Na začetku vsake terenske vaje mora študent oz. študentka
zapisati namen vaje oz. poskusa. V nadaljevanju iz navodil za izvedbo poskusa izpiše potreben pribor
za izvedbo vaje. Pri vsaki vaji so pod potrebščinami – snovi navedeni piktogrami za označevanje snovi
in varno terensko delo. Za izvedbo terenske vaje je treba natančno slediti navodilom, zapisati
opažanja in sklepe, ki so vezani na izveden poskus. Z grafitnim svinčnikom je treba skicirati aparaturo
in označiti (poimenovati) njene dele. Aparature se riše prostoročno in dvodimenzionalno v prerezu.
Pri skiciranju je treba upoštevati velikostna razmerja med posameznimi deli aparature. Pridobljene
rezultate in meritve se vpisuje v pripravljene preglednice. Na koncu vsake terenske vaje so
študentom zastavljena vprašanja za utrjevanje znanja, usvojenega pri vaji.
Avtorja
M. Slapničar in I. Devetak, Naravoslovje – kemijske vsebine Navodila za terenske vaje
4
KAZALO 1. vaja: Papirna kromatografija zmesi barvil iz listov rastlin………………………..…………………………5
2. vaja: Analiza površinskih voda………………………………….……………………..…………………………..….13
3. vaja: Minerali, kamnine in prst …………………………………………………………..…………………………..21
Literatura……………………………………………………………………………………………..……………………………..39
M. Slapničar in I. Devetak, Naravoslovje – kemijske vsebine Navodila za terenske vaje
5
1. vaja: Papirna kromatografija zmesi barvil iz listov rastlin
UVOD Snovi delimo na čiste snovi in zmesi. Za čiste snovi je značilno, da imajo stalno sestavo. Čiste
snovi s preprostimi postopki ne moremo ločiti na komponente. Njihova sestava je
homogena. Primeri čistih snovi so elementi in spojine: 1) elementi – snovi, zgrajene le iz ene
vrste delcev (npr. kovine in nekovine): železo (železni opilki), baker (kos bakra), živo srebro,
aluminij (aluminijasta folija), jod, žveplo, fosfor itn.; 2) spojine – tudi te so sestavljene iz
enakih delcev. Voda, ki nastane s spajanjem vodika in kisika, ki sta elementa, je sestavljena iz
enakih delcev, molekul vode. Prav tako je čista snov ogljikov dioksid, ki je spojina ogljika in
kisika. Delci v ogljikovem dioksidu (molekule ogljikovega dioksida) so enaki. Čista snov je tudi
sladkor, ki je spojina ogljika, kisika in vodika. Tudi tu so delci, ki sestavljajo snov (molekule
saharoze) enaki.
Zmesi nastanejo, če zmešamo več čistih snovi, ki pri tem ohranijo svoje prvotne lastnosti. S
preprostimi fizikalnimi postopki lahko zmes ločimo na osnovne komponente zmesi.
Sestavljajo jih čiste snovi, ki so lahko v trdnem, tekočem ali v plinastem agregatnem stanju.
Primer zmesi, sestavljene iz različnih kovin, so na primer zlitine. Primeri zlitin:
1) bron (bronasti kip, ki je zlitina bakra in kositra);
2) medenina (medeninasta pločevina, ki je zlitina bakra in cinka značilnega sijaja);
3) jeklo (jeklene gradbene konstrukcije, ki so zlitina železa in drugih kovin);
4) amalgam (amalgamske plombe, ki so zlitina živega srebra z različnimi kovinami).
Zmesi glede na njihovo sestavo ločimo na homogene in heterogene. Homogene zmesi so tiste, pri katerih je sestava zmesi po celotni zmesi enaka; sestava zmesi
se po celotni zmesi ne spreminja. Primer homogene zmesi je raztopina, v kateri so zelo
majhni delci, ki so enakomerno porazdeljeni po celotni raztopini. Primer je raztopina
sladkorja, pri čemer je sladkor topljenec, voda pa topilo. V raztopini je lahko raztopljenih tudi
več topljencev v enem topilu.
Heterogene zmesi so zmesi, pri katerih sestava zmesi po celotni zmesi ni enaka; sestava
zmesi se po celotni zmesi spreminja (v določenem delu zmesi je v večjem deležu prisotna ena
izmed komponent zmesi).
Primeri heterogene zmesi:
1. Emulzija je zmes dveh tekočih komponent, npr. zmes olja in vode, ki vsebuje tako majhne
delce, da jih ne vidimo, ampak se ti odražajo kot motnost. Emulzija je zmes dveh tekočin, ki
se ne mešata, pri čemer je ena faza dispergirana v drugi v obliki tekočih kapljic in/ali tekočih
kristalov.
2. Koloidna raztopina ja raztopina, pri kateri takoj opazimo motnost. Koloidne raztopine so
primer heterogene zmesi, v kateri so prisotni majhni delci, ki jih sicer ne moremo videti,
M. Slapničar in I. Devetak, Naravoslovje – kemijske vsebine Navodila za terenske vaje
6
vendar pa so dovolj veliki, da se na njih sipa laserski svetlobni curek, če ga usmerimo v
koloidno raztopino. Pojav imenujemo Tyndallov efekt. Primer koloidne raztopine je mleko.
3. Suspenzija je zmes tekočine in v njej netopne trdne snovi. Delci trdne snovi so razpršeni
med delci tekočine. Če suspenzijo pustimo dlje časa stati, se tekočina in trdna snov ločita.
4. Prst je že s prostim očesom videti neenotna zmes kamenja, peska, mivke in vode.
5. Pena je zmes plina in tekočine ali pa plina in trdne snovi. Plin je ujet v mehurčkih tekočine
ali trdne snovi.
Čiste snovi lahko iz zmesi dobimo z ločevanjem. Poznamo več različnih metod ločevanja
zmesi. Vse metode ločevanja temeljijo na različnih fizikalnih lastnostih posameznih čistih
komponent, ki se pri ločevanju zmesi ne spremenijo.
Ena izmed metod ločevanja je tudi kromatografija. Kromatografíja (gr. chromos – barva,
grafein – pisati) je metoda za ločevanje komponent zmesi in čiščenje spojin (trdnih, tekočih
in plinastih). Pri kromatografiji vzorec (največkrat homogeno tekočo zmes), pogosto v toku
topila, spustimo skozi stacionarno (mirujočo) fazo. Ta miruje in je lahko trdna ali tekoča.
Sestavlja jo snov, ki nudi upor posameznim čistim komponentam homogene raztopine
vzorca. Navadno ima vsaka čista komponenta zmesi značilno separacijsko hitrost, na podlagi
katere lahko določimo čisto komponento, ki sestavlja prvotno zmes. Topilo imenujemo
mobilna (gibajoča se) faza in se vedno premika po stacionarni fazi. Lahko je tekoča ali
plinasta.
Poznamo več različnih vrst kromatografije, med katerimi poudarimo papirno in kolonsko.
Obe metodi temeljita na različni porazdelitvi čistih komponent iz zmesi med stacionarno in
mobilno fazo. Med seboj se razlikujeta v vrsti stacionarne faze. Pri papirni kromatografiji je
stacionarna faza kromatografski papir, pri kolonski pa običajno silikagel. Papirna
kromatografija poteka v kromatografski komori (običajno steklena kadička ali erlenmajerica).
Za uspešno razvijanje kromatografije mora biti erlenmajerica – kromatografska komora –
nasičena s hlapi mobilne faze.
Do različne porazdelitve čistih komponent v zmesi med mobilno in stacionarno fazo, ki se
med seboj ne mešata, lahko pride zaradi več dejavnikov:
1) različna topnost čiste komponente v mobilni fazi (čista snov, ki je v mobilni fazi najbolje
topna, z njo najhitreje potuje – porazdelitvena kromatografija);
2) različno močna adsorpcija čiste komponente na stacionarno fazo (čista snov, ki se na
stacionarno fazo močno adsorbira, se po stacionarni fazi ne premika – adsorpcijska
kromatografija);
3) različna velikost delcev čistih snovi (delci, katerih velikost se ujema z velikostjo por
stacionarne faze, se vanje ujamejo, zaradi česar potujejo počasneje kot večji delci).
Papirna kromatografija je tehnika, pri kateri je stacionarna faza kromatografski papir (čista
celuloza) in mobilna faza neko topilo ali zmes topil. Topilo se pomika po papirju navzgor
zaradi kapilarnega vleka. Vzorec tekoče homogene zmesi se mora v topilu dobro raztapljati,
M. Slapničar in I. Devetak, Naravoslovje – kemijske vsebine Navodila za terenske vaje
7
zato je izbira topila pomembna, sicer do ločevanja ne pride. Ko se vzorec v topilu raztopi, se
skupaj z njim pomika navzgor po papirju. Različne čiste snovi, ki se raztopljene nahajajo v
topilu, po stacionarni fazi potujejo z različnimi hitrostmi. Ko mobilna faza pripotuje od
startne črte (na kromatografskem papirju zarisana z grafitnim svinčnikom) do fronte na
stacionarni fazi, je kromatografija končana. Rezultat papirne kromatografije so običajno lise
različnih barv na kromatografskem papirju, kar imenujemo kromatogram. Vsaka barva
predstavlja različno barvilo – čisto snov. Ob optimalni ločbi različni vrhovi ali vzorci na
kromatogramu ustrezajo različnim komponentam ločene zmesi.
Od omenjenih dejavnikov je odvisna porazdelitev raztopljenih snovi, prisotnih v vzorcu, na
stacionarni fazi in s tem tudi t. i. retencijski faktor (Rf), ki je značilen za posamezno snov. Na
osnovi poznavanja vrednosti retencijskega faktorja lahko identificiramo posamezne čiste
komponente zmesi. Retencijski faktor izračunamo po enačbi Rf = b / a, pri čemer je a
razdalja, ki jo prepotuje fronta topila, b pa razdalja od izhodišča do središča lise na
kromatografskem papirju.
NAMEN POSKUSA
POTREBŠČINE Pribor Snovi
Petroleter
Aceton
POTEK DELA 1. Iz kromatografskega papirja izrežite 3 cm širok in 12 cm dolg trak. Na enem koncu trak
izrežite v konico. Nanj z grafitnim svinčnikom narišite startno (tik nad začetkom konice) in
frontno (pol centimetra pod koncem kromatografskega papirja) črto.
2. V primerno veliko erlenmajerico (50 mL) z ozkim vratom nalijte toliko mL mobilne faze
(zmes petroletra in acetona v razmerju 9 : 1), da prekrijete dno erlenmajerice.
3. Erlenmajerico zamašite z gumijastim zamaškom, saj se mora kromatografska komora
nasičiti s hlapi lahko hlapne mobilne faze.
4. Pripravite izvleček barvil, tako da na drobno narežete ali natrgate liste rastline (najbolje
rdečelistne), tako da ločite listno ploskev od listnega peclja.
5. Koščke listov dajte v terilnico in dodajte polovico žličke kremenčevega peska. S kapalko po
potrebi postopoma dodajajte do 5 mL acetona.
6. Liste macerirajte (trite) toliko časa, da dobite gladko kašo. Med trenjem listov po potrebi
dodajajte aceton (po 2 mL), saj mora biti nad listno kašo toliko izvlečka, da ga lahko s
stekleno kapilaro zajamete.
M. Slapničar in I. Devetak, Naravoslovje – kemijske vsebine Navodila za terenske vaje
8
7. S stekleno kapilaro vzemite izvleček zmesi barvil in ga 5-krat nanesite na kromatografski
papir na isto točko (sredina startne črte na kromatografskem papirju). S kapilaro se
natančno dotaknite le gladine izvlečka, da se kapilara ne zamaši s kašo maceriranih listov.
Po vsakem nanosu pustite, da aceton izhlapi. Med nanosom izvlečka barvil se izogibajte
neposredni sončni svetlobi, ki bi osvetljevala naneseno zmes barvil, saj bodo sicer barvila
fotolitsko razpadla.
8. Trak kromatografskega papirja vstavite v erlenmajerico, tako da se bo dna dotikala le
konica traku.
9. Erlenmajerico zamašite z gumijastim zamaškom.
10. Opazujte spremembe in zapišite opažanja. Za vsako opažanje oblikujte ustrezen
sklep.
11. Ko mobilna faza pripotuje od startne do frontne črte, razvit kromatogram vzemite iz
erlenmajerice.
OPAŽANJA IN SKLEPI
Opažanja Sklepi
M. Slapničar in I. Devetak, Naravoslovje – kemijske vsebine Navodila za terenske vaje
9
SKICA APARATURE Narišite 1) aparaturo za pripravo izvlečka zmesi barvil rastline in 2) aparaturo za papirno
kromatografijo – kromatografsko komoro. Označite dele aparatur.
REZULTAT Narišite kromatogram in označite ločena barvila. ODPADKI
M. Slapničar in I. Devetak, Naravoslovje – kemijske vsebine Navodila za terenske vaje
10
VPRAŠANJA ZA UTRJEVANJE ZNANJA
1. Pojasnite, zakaj ste morali erlenmajerico, ki predstavlja kromatografsko komoro, v kateri se razvija kromatografija, zapreti z zamaškom.
2. Zakaj ste za mobilno fazo uporabljali zmes organskih snovi, ne pa vode? Pojasnite.
3. Pojasnite vlogo kremenčevega peska in acetona pri pripravi zmesi izvlečka barvil
rdečelistne rastline.
M. Slapničar in I. Devetak, Naravoslovje – kemijske vsebine Navodila za terenske vaje
11
4. Startno in frontno črto ste na kromatografski papir narisali z grafitnim svinčnikom. Bi črti lahko narisali tudi s kemičnim svinčnikom ali z alkoholnim flomastrom? Pojasnite.
5. Zakaj se moramo pri poteku papirne kromatografije zmesi barvil rdečelistne rastline izogibati neposredni sončni svetlobi?
6. Iz koliko različnih čistih snovi je sestavljena homogena zmes barvil rdečelistne rastline? Po imensko jih zapišite v vrstnem redu od startne črte navzgor.
M. Slapničar in I. Devetak, Naravoslovje – kemijske vsebine Navodila za terenske vaje
12
7. Zaradi katerih dejavnikov je med mobilno in stacionarno fazo, ki se med seboj ne mešata, v zmesi barvil prišlo do različne porazdelitve čistih snovi?
8. Katere značilnosti glede na potek ločevanja homogene zmesi barvil rdečelistne rastline lahko pripišemo čisti snovi, ki je ostala na startni črti stacionarne faze?
9. Kaj velja glede na potek ločevanja homogene zmesi barvil rdečelistne rastline za snov, ki je z mobilno fazo pripotovala do fronte?
M. Slapničar in I. Devetak, Naravoslovje – kemijske vsebine Navodila za terenske vaje
13
2. vaja: Analiza površinskih voda UVOD
Voda pokriva 3/4 zemeljske površine. V naravi ne najdemo kemijsko čiste vode. Najčistejša je
deževnica, v kateri so raztopljeni plini iz ozračja (dušik, kisik in ogljikov dioksid). V površinskih
vodah, ki tečejo po karbonatni podlagi, je raztopljenih 0,01–0,02 masnih odstotkov
magnezijevega in kalcijevega hidrogenkarbonata (Mg(HCO3)2, (Ca(HCO3)2) ter magnezijevega
in kalcijevega sulfata(VI) (MgSO4, CaSO4). Mineralne vode imajo zaradi višje temperature
večji delež raztopljenih snovi.
V morski vodi je raztopljenih 3,5 % soli, in sicer 3,0 % natrijevega klorida (NaCl), preostalo pa
predstavljajo magnezijev klorid (MgCl2), magnezijev sulfat(VI) (MgSO4), kalcijev sulfat(VI)
(CaSO4), magnezijev bromid (MgBr2) in drugi alkalijski halogenidi (spojine elementov 1.
skupine periodnega sistema z elementi 17. skupine periodnega sistema). Povprečna gostota
morske vode je 1,025 g/mL, pri čemer je gostejša od sladke vode in kemijsko čiste vode
(gostota je 1,000 g/mL). Višja vsebnost soli v morski vodi zniža temperaturo tališča. Morska
voda postane led pod –2 °C. Čeprav je velika večina morske vode v slanosti med 3,1 % in 3,8
%, morska voda ni enakomerno slana po vsem svetu. Če se pojavi mešanje s svežim odtokom
vode iz rečnih ustij ali blizu taljenja ledenikov, je lahko morska voda bistveno manj slana.
Najbolj slano odprto morje je Rdeče morje, v katerem je visoka stopnja izhlapevanja, malo
padavin in rečnega pritoka.
V večini naravnih voda so raztopljene številne soli, od njihove koncentracije pa je odvisno, ali
je voda bolj ali manj trda. Ločimo začasno ali karbonatno (hidrogenkarbonati) in stalno ali
nekarbonatno (sulfati(VI), kloridi, nitrati(VI) …) trdoto, vsota obeh trdot pa je totalna ali
celokupna trdota.
Magnezijev in kalcijev hidrogenkarbonat nastaneta iz karbonatov, če vsebuje voda dovolj
raztopljenega ogljikovega dioksida. Pri raztapljanju v vodi se ogljikov dioksid hidratizira –
molekule ogljikovega dioksida se obdajo z molekulami vode. Le majhen delež ogljikovega
dioksida (0,1 %) reagira z vodo, tako da nastane šibka ogljikova(IV) kislina (H2CO3). Reakcija
med ogljikovim dioksidom in vodo, ki jo ponazarja spodnja enačba, je zelo počasna:
H2O (l) + CO2 (aq) H2CO3 (aq)
Pri nastanku magnezijevega in kalcijevega hidrogenkarbonata potečeta reakciji, ki ju
ponazarjata enačbi:
1) MgCO3 (s) + H2O (l) + CO2 (g) Mg(HCO3)2 (aq)
2) CaCO3 (s) + H2O (l) + CO2 (g) Ca(HCO3)2 (aq)
M. Slapničar in I. Devetak, Naravoslovje – kemijske vsebine Navodila za terenske vaje
14
V vodi so magnezijevi (Mg2+(aq)), kalcijevi (Ca2+(aq)) in hidrogenkarbonatni (HCO3(aq)) ioni,
ki se pri segrevanju izločijo kot magnezijev karbonat (MgCO3(s)) in kalcijev karbonat
(CaCO3(s)). To trdoto imenujemo tudi prehodna trdota. Voda lahko vsebuje tudi raztopljen
kalcijev sulfat(VI) (CaSO4) in druge soli, ki jih s segrevanjem ne moremo izločiti, zato tako
trdoto imenujemo stalna trdota.
Trdoto vode podajamo kvantitativno s trdotnimi stopinjami. Standardizirana enota je
izražena v miligramih kalcijevega karbonata na liter vode (mg/L CaCO3); pogosto se
uporabljajo nemške trdotne stopinje (°dH), pri čemer ena stopinja pomeni vsebnost 1 mg
CaO na 100 mL vode (oziroma 10 mg CaO na 1 L vode).
V literaturi lahko zasledimo različne enote, s katerimi lahko podamo trdoto vode:
1) Nemške stopinje (°dH) – 1 °dH ustreza 1 mg CaO v 100 mL vode.
2) Francoske stopinje (°fH) – 1 °fH ustreza 1 mg CaCO3 v 100 mL vode.
3) Ameriške stopinje (°trdote) – 1 °trdote ustreza 1 mg CaCO3 v 1.000 Ml vode.
Lestvica trdote vode (°dH):
0–4 °dH – zelo mehka (destilirana voda)
4–8 °dH – mehka voda (deževnica)
8–18 °dH – srednje trda voda (večina vodovodnih voda)
18–30 °dH – trda voda
nad 30 °dH – zelo trda voda
Trdota vode je pogosto ovira pri njeni uporabi, zato jo moramo mehčati. Mehčanje vode je
pomembno za industrijo ter gospodinjstva in laboratorije.
V industriji uporabljajo vodo za proizvodnjo pare. Zaradi segrevanja se iz trde vode na stenah
uparjalnega kotla izloča kotlovec (magnezijev in kalcijev karbonat), ki povzroča zmanjševanje
toplotne prevodnosti sten kotla. Če karbonatna obloga poči, pride vroča voda v stik s
pregreto steno kotla, kar povzroči, da se voda v hipu spremeni v večjo količino vodne pare.
Ta vodna para poveča tlak v kotlu in lahko pride do eksplozije.
V gospodinjstvu je zaradi trde vode povečana poraba mila in drugih pralnih sredstev. Ko
pride milo v stik s kalcijevimi in z magnezijevimi ioni, v trdi vodi nastane slabo topna sol
magnezijevih in kalcijevih soli višjih maščobnih kislin. Pri tem je penjenje manjše in voda
slabše omoči pralne površine, kar zmanjša učinek pralnih sredstev in s tem poslabša pranje. Z
mehčanjem vode pride do nastanka več pene, kar zmanjša površinsko napetost vode,
izboljša se omočenje pralnih površin, s čimer dosežemo boljše pranje. Za mehčanje vode se
zato v gospodinjstvu uporabljajo mehčalci.
Voda je polarna snov. Molekule vode se med seboj povezujejo z vodikovimi vezmi, kar je
vzrok za številne posebnosti v fizikalnih lastnostih vode. Med njimi je npr. visoka
temperatura vrelišče vode.
M. Slapničar in I. Devetak, Naravoslovje – kemijske vsebine Navodila za terenske vaje
15
Voda z zniževanjem temperature postaja vedno gostejša. V nasprotju z drugimi snovmi pri
ohlajanju blizu ledišča prisotnost vodikove vezi pomeni, da molekule vode pri preurejanju
zaradi zmanjšanja svoje energije na najmanjšo mogočo mero tvorijo snov, ki je dejansko
manj gosta. Zaradi tega led plava v vodi in se voda pri zmrzovanju razširja. Druge snovi, ki
med molekulami nimajo vodikovih vezi, se pri strjevanju krčijo.
Tekoča voda je najgostejša pri temperaturi 4 °C. Od omenjenih fizikalnih lastnosti vode je
odvisen tudi njen biološki pomen. Ker je voda polarno topilo, je snov, v kateri se raztapljajo
polarni topljenci. Primeri tega so spiranje soli v jezera in morja, transport po krvi in limfi v
večceličnih živalih ter odstranjevanje odpadkov presnove (kot sta amonijak in sečnina v
seču). Vodikove vezi omogočajo, da se lahko vodne molekule gibljejo, kar omogoča osmozo.
Voda je tudi prozorna, zaradi česar prepušča vidno svetlobo in s tem omogoča fotosintezo
ter z njo povezane prehranjevalne verige. Zaradi hlapnosti voda lahko kroži prek
izhlapevanja, transpiracije in padavin. Spreminjanje gostote vode ob zmrzovanju omogoča
kroženje vode v velikih vodnih kotanjah in s tem kroženje hranilnih snovi. Voda ima veliko
vlogo tudi pri presnovi.
Vodi lahko izmerimo temperaturo in gostoto. Določimo lahko tudi količino raztopljenih soli,
na primer: nitratne(III), nitratne(V), amonijeve in fosfatne(V), ki so lahko prisotne v vodah.
Poleg navedenih ionov lahko določamo tudi pH in trdoto vode ter kisik, raztopljen v vodi. Od
teh parametrov je odvisno, ali je neka voda pitna oz. ali je v vodi mogoče življenje
organizmov. Za analizo vode na terenu lahko uporabljamo hitre teste za analizo voda. V ta
namen so v posameznih kompletih reagenti in potrebščine za celotno analizo. Primerni so za
analizo na terenu in jih uporabljamo na različnih področjih. Hitri testov ne uporabljamo le za
analizo vode, ampak tudi za analizo prsti in druge namene. Posamezni kompleti so
namenjeni za različna koncentracijska območja, tako da niso vsi uporabni za vse analize.
Poznamo več različnih proizvajalcev hitrih testov. Za šolske namene lahko uporabimo teste
Aquamerck, ki temeljijo na dveh tehnikah določanja koncentracij snovi v vodi: titrimetrični
in kolorimetrični. Pri titrimetričnih določitvah opazujemo barvno spremembo ob dodajanju
reagenta po kapljicah. Snov z znano koncentracijo imenujemo titrant. Z njim titriramo
vzorčno vodo z dodanimi reagenti. Koncentracijo določenih ionov ugotovimo po številu
uporabljenih kapljic reagenta. Pri kolorimetričnih določitvah dodamo enega ali več
reagentov, ki s snovjo, ki jo določamo, reagirajo tako, da nastane obarvana raztopina.
Intenziteto razvite barve primerjamo z barvnimi standardi na barvni skali in odčitamo
koncentracijo komponente v vzorcu.
M. Slapničar in I. Devetak, Naravoslovje – kemijske vsebine Navodila za terenske vaje
16
NAMEN POSKUSA
POTEK DELA 1. Vzorčni vodi s termometrom izmerite temperaturo.
2. Vzorčno vodo prelijte v 250 mL merilni valj in vanj previdno potopite areometer. Ko je ta
potopljen v vodi, ga previdno spustite, da zaplava. Počakajte, da se gibanje areometra
umiri. S skale areometra odčitajte izmerjeno gostoto vzorčne vode v g/mL.
3. Po navodilih iz kompletov Aquamerck za hitro analizo vode po kolorimetrični metodi
določite:
1. pH vzorčne vode;
2. koncentracijo nitratnih(III) ionov, NO2, v vzorčni vodi;
3. koncentracijo nitratnih(V) ionov, NO3, v vzorčni vodi;
4. koncentracijo fosfatnih(V) ionov, PO43, v vzorčni vodi;
5. koncentracijo amonijevih ionov, NH4+, v vzorčni vodi.
4. Po navodilih iz kompletov Aquamerck za hitro analizo vode po titrimetrični metodi
določite:
1. karbonatno trdoto vzorčne vode;
2. celotno trdoto vzorčne vode;
3. koncentracijo kisika, raztopljenega v vzorčni vodi.
M. Slapničar in I. Devetak, Naravoslovje – kemijske vsebine Navodila za terenske vaje
17
OPAŽANJA IN SKLEPI – kolorimetrična metoda določitve
Opažanja Sklepi
OPAŽANJA IN SKLEPI – titrimetrična metoda določitve
Opažanja Sklepi
M. Slapničar in I. Devetak, Naravoslovje – kemijske vsebine Navodila za terenske vaje
18
REZULTATI MERITEV Preglednica: Izmerjena temperatura in gostota vzorčne vode
Določitev T [C] [g/mL]
Vodovodna voda
Morska voda
Preglednica: Izmerjene in standardne vrednosti koncentracij ionov, kisika, pH in trdote vode pri vzorčnih vodah
Določitev Izmerjene vrednosti Standardne vrednosti
Nitratni(III) ioni (NO2‒)
Nitratni(V) ioni (NO3‒)
Fosfatni(V) ioni (PO43‒)
Amonijevi ioni (NH4+)
Kisik
pH
Karbonatna trdota
Celotna trdota vode
ODPADKI
VPRAŠANJA ZA UTRJEVANJE ZNANJA
1. Opišite titrimetrično metodo določanja koncentracij snovi v vodi. Vsebnost katerih snovi ste po tej metodi določali v vzorčni vodi?
M. Slapničar in I. Devetak, Naravoslovje – kemijske vsebine Navodila za terenske vaje
19
2. Opišite kolorimetrično metodo določanja koncentracij snovi v vodi. Vsebnosti katerih snovi ste po tej metodi določali v vzorčni vodi?
3. Mejna (standardna) vrednost nitratnih(V) ionov za pitno vodo je 50 mg/L. Glede na določeno vrednost nitratnih(V) ionov za svojo vzorčno vodo opredelite, ali je glede tega kemijskega parametra pitna.
4. Mejna (standardna) vrednost nitratnih(III) ionov za pitno vodo je 0,50 mg/L. Glede na določeno vrednost nitratnih(III) ionov za svojo vzorčno vodo opredelite, ali je glede tega kemijskega parametra pitna.
M. Slapničar in I. Devetak, Naravoslovje – kemijske vsebine Navodila za terenske vaje
20
5. Mejna (standardna) vrednost amonijevih ionov za pitno vodo je 0,10 mg/L. Glede na določeno vrednost amonijevih ionov za svojo vzorčno vodo opredelite, ali je glede tega indikatorskega parametra pitna.
6. Na spletu raziščite izvor amonijevih, nitratnih(V), nitratnih(III) in fosfatnih(V) ionov v površinskih vodah.
7. Iz izmerjene vrednoti pH vzorčne vode opredelite vzorčno vodo kot rahlo kislo/nevtralno/rahlo bazično.
8. Na podlagi določene vrednosti karbonatne in celotne trdote vzorčne vode opredelite vzorčno vodo glede na trdoto.
M. Slapničar in I. Devetak, Naravoslovje – kemijske vsebine Navodila za terenske vaje
21
3. vaja: Minerali, kamnine in prst UVOD 1 Minerali Minerali (rudnine) so čiste snovi. Sestavljajo jih spojine ali elementi. Isti mineral ima povsod
na Zemlji isto sestavo in iste lastnosti. Minerali kristalizirajo v pravilne kristale, ki imajo oblike
poliedrov; to so geometrijska telesa, ki jih omejujejo samo ravne ploskve. V nadaljevanju so
predstavljene določene fizikalne lastnosti mineralov.
1.1 Razkoljnost
Razkoljnost je lastnost mineralov, da se pod udarcem koljejo po kristalnih ploskvah.
Ločimo naslednje oblike:
1) zelo popolna razkoljnost: razkoljnost v lističe (primer: različne sljude);
2) popolna razkoljnost: razkoljnost po vseh kristalnih ploskvah (primer: kalcit);
3) jasna razkoljnost: razkoljnost le po nekaterih kristalnih ploskvah (primer: glinenci);
4) nepopolna razkoljnost: razkoljnost v školjkast lom (primer: kremen, apatit);
5) brez razkoljnosti: se ne koljejo po kristalnih ploskvah (primer: zlato, srebro,
nekristalizirani minerali).
1.2 Trdota
Trdota mineralov je posledica njihove kemijske zgradbe. Test trdote minerala lahko
preprosto izvedemo tako, da poskušamo raziti po površini minerala. V uporabi je Mohsova
trdotna lestvica, ki jo je izdelal Fredrich Mohs (1773–1839).
Mineral Trdota Učinek
Lojevec 1 zareže ga noht Kamena sol 2 razi ga noht
Kalcit 3 razi ga bakreni kovanec Fluorit 4 razi ga lahko žepni nož
Apatit 5 razi ga še žepni nož Ortoklaz 6 razi ga jeklena konica
Kremen 7 razi steklo Topaz 8 reže steklo
Korund 9 reže steklo Diamant 10 reže steklo
Preglednica: Mohsova trdotna lestvica
M. Slapničar in I. Devetak, Naravoslovje – kemijske vsebine Navodila za terenske vaje
22
1.3 Barva
Med vidnimi lastnostmi mineralov je najpomembnejša barva. Minerale lahko ločimo že po
barvi. Ta je odvisna od kemijske sestave minerala. Od ploskev minerala se določena barva
odbija, preostali spekter vidne svetlobe pa mineral vpije. Odbita svetloba je lahko rdeče,
oranžne, rumene, zelene, modre in vijolične barve. Nekateri minerali imajo vedno isto barvo,
nekateri minerali pa se pojavljajo v različnih barvah. Že zelo majhen odstotek primesi obarva
mineral: soli litija – rožnato, kroma – zeleno, mangana – črno, bakra – modro ali zeleno.
Znani so tudi lažno obarvani minerali. Svetloba se od ploskve popolne razkoljnosti lomi in
odbija ter povzroča prelivanje barv v mineralu.
1.4 Delitev mineralov
Prvo sistematiko mineralov, ki temelji na njihovi kemijski sestavi, je izdelal Berzelius leta
1824. Danes delimo minerale na devet razredov.
1.4.1 Samorodni elementi
V naravi se samorodno nahaja okoli 20 elementov. Najpogostejše samorodne kovine so:
baker, srebro in zlato, redkeje železo, živo srebro in svinec. Od nekovin sta samorodna ogljik
(diamant, grafit, fuleren) in žveplo.
1.4.2 Sulfidi
Sulfidi so spojine kovine in žvepla. Pomembni so za pridobivanje nekaterih kovin. Primeri:
sfalerit (ZnS), halkopirit (CuFeS2), galenit (PbS), pirit (FeS2) ...
1.4.3 Haloidi
Haloide sestavljajo spojine kovin s halogenimi elementi. Najpomembnejši predstavniki so:
fluorit (CaF2), kamena sol (NaCl) ...
1.4.4 Oksidi in hidroksidi
Minerale sestavljajo tudi oksidi in hidroksidi. Pomembni predstavniki so: magnetid, korund,
kremen (kamena strela), roženec, opal, boksit ...
1.4.5 Nitrati, karbonati in borati
V peti razred uvrščamo minerale, ki jih sestavljajo soli dušikove(V) – NO3, ogljikove – CO3
2
in borove – BO33 kisline. Vsi trije tipi mineralov sodijo v isto skupino, zato ker imajo anioni
enako geometrijsko zgradbo. Nitrati(V) so v naravi precej redki; primer je čilski soliter.
Karbonati so pogostejši. Primeri so: magnezit, siderit, kalcit, lehnjak (sedimentna kamnina iz
kalcita).
1.4.6 Sulfati, kromati, molibdati, volframati
Minerali, ki jih sestavljajo zgoraj naštete spojine, se med seboj ločijo po različni vsebnosti
kristalne vode in prisotnosti drugih anionov. Primeri so: barit, sadra, celestinit, wulfenit.
M. Slapničar in I. Devetak, Naravoslovje – kemijske vsebine Navodila za terenske vaje
23
1.4.7 Fosfati, arzenati, vanadati
V to skupino uvrščamo minerale, ki jih sestavljajo soli fosforjeve(V) – PO43 in arzenove(V) –
AsO43 kisline ter vanadati(V) – VO4
3. Imajo lahko vezano kristalno vodo. Primeri so: apatit,
monzit, vanadinit.
1.4.8 Silikati
Silikati so najpogostejši minerali v zemeljski skorji. So zapleteno zgrajeni in zelo različni.
Sestavljeni so iz tetraedričnih struktur – SiO4, ki se lahko med seboj povezujejo. Primeri so:
lojevec, kaolinit, ortoklaz, zeoliti, olivin, biotit.
1.4.9 Organske spojine
Predstavniki zadnjega razreda mineralov so v Sloveniji precej redki. Gradijo jih ogljik, vodik
(ogljikovodiki) in kisik. To sta bitumen (zemeljski vosek), idrijalin.
2 Kamnine Kamnine so zmesi enega ali več mineralov. Kamnine sestavljajo različne rudnine v različnih
količinah, zato imajo različne lastnosti. Nekatere kamnine so trde in trdne, druge pa mehke.
Za določeno kamnino moramo poznati njen nastanek, mineralno sestavo, strukturo (velikost
in obliko zrn) in teksturo (način, kako so mineralna zrna povezana med seboj). Glede na
nastanek ločimo tri vrste kamnin.
2.1 Sedimentne kamnine
Sedimentne kamnine (usedline) nastanejo s sedimentacijo večjih ali manjših delov kamnin ali
mineralov zaradi delovanja vode, vetra, ledenikov, organizmov ali pa z izločanjem drobnih
kristalnih zrn iz nasičene raztopine ali drugih fizikalno-kemijskih sprememb, predvsem v
morski vodi.
2.2 Magmatske kamnine
Magmatske (vulkanske) kamnine nastanejo iz magme, ko so pri njenem ohlajanju minerali
kristalizirali. Ko prodre staljena magma na površje, se ohlaja in strdi. Magmatske kamnine
imajo kristalno strukturo in so zrnate, nikoli plastovite. So razkoljne. Če se magma ohladi v
notranjosti zemeljske skorje, nastanejo globočnine, če magma prodre na površje, pa
nastanejo prodornine. Globočnina je tonalit. Primeri prodornin so: bazalt, tuf, andezit ...
2.3 Metamorfne kamnine
Metamorfne (preobražene) kamnine so različnega izvora. Lahko so magmatske ali
sedimentne. Navadno so geološko zelo stare. Nastanejo zaradi visoke temperature in tlaka,
ko se zaradi premikov zemeljskih plasti premaknejo s površja v notranjost Zemlje. Spremeni
se njihova mineralna sestava. Metamorfna kamnina je na primer marmor.
M. Slapničar in I. Devetak, Naravoslovje – kemijske vsebine Navodila za terenske vaje
24
3 Fosili ali okamenine
Fosile preučuje paleontologija. Nastanejo s procesom fosilizacije, predvsem v morjih pa tudi
v jezerih, rekah ali močvirjih.
Fosili nastanejo tako, da se minerali iz skeleta nadomestijo z drugimi minerali iz sedimentov.
Tak način nastanka fosilov je okamenitev ali petrifikacija. Neredko se skelet razgradi, ostane
pa le odtis lupine polža ali školjke. Ostane kameno jedro, ki kaže zunanjo ali notranjo obliko
fosiliziranega organizma.
Inkrustracija je proces, pri katerem se organizem prevleče z minerali, ki se izločijo iz vode.
Organizem se ohrani kot odtis. Primer takega fosila je lehnjak. Organizmi lahko tudi
pooglenijo, če po smrti preidejo na mesto brez prisotnosti kisika. Primeri takih fosilov so
različni premogi.
Še redkejši so konzervirani fosili, ki se bolj ali manj popolnoma ohranijo v ledu (mamut,
ledenodobni človek) ali jantarju, ki je fosilizirana smola dreves iz geološke zgodovine
(žuželke). Če v kamnini opazimo fosilne ostanke organizmov, lahko z gotovostjo trdimo, da je
kamnina sedimentna. V magmatskih in metamorfnih kamninah ni fosilov. Določamo lahko
rastlinske ali živalske fosilne ostanke. Pozorni moramo biti na psevdofosile ali lažne fosile, ki
samo po videzu spominjajo na fosile, niso pa posledica živih organizmov.
Primeri fosilov, ki jih lahko najdemo v Sloveniji, so: odtisi rastlinskega materiala, fosili
luknjičark (Foraminifera) ter fosili različnih polžev in školjk; redkejši so primerki trilobitov in
amonitov ter še veliko drugih (Pavšič, 1995).
4 Kras in fliš
Pokrajino med Tržaškim zalivom, Vipavsko dolino, Brkini in Soško ravnino imenujemo Kras. V
glavnem je apneniška planota. Sestavljajo jo skoraj v celoti kredni apnenci. Morski kredni
apnenski skladi so iz temno sivih bituminoznih dolomitov in apnencev ter dolomitnih breč.
Zgodnjekredni apnenci so sivi in beli ter pretežno skladni. Na obrobju Krasa so na apnencih
odloženi flišni laporji, apnenčevi peščenjaki in apnenčeve breče z numuliti (fosilni ostanki
foraminifer).
Veliko večino slovenske obale sestavljajo flišne kamnine eocenske starosti, ki so nastale pred
40 milijoni let v morjih (eocen je geološka doba, ki je trajala od pred 56 do 34 milijonov let in
je pomemben del geološke zgodovine kenozoika). Gre za zaporedje več sedimentnih kamnin,
ki so se zaradi podvodnih plazov odlagale na dno globokih morij. Podvodni plazovi so nastali
kot posledica močnejših potresnih sunkov, cunamijev ali močnih neviht. Več milijon let
nalaganja sedimentov je s strjevanjem in z drugimi fizikalnimi vplivi povzročilo nastanek fliša
– flišne kamnine. Danes lahko flišne kamnine zaradi tektonskih premikov, ožanja morskega
bazena, umika morja, gubanja in dvigovanja na površje opazujemo tudi vzdolž strmih obal –
klifov. Na slovenski obali so te kamnine najlepše vidne in izražene na rtiču Strunjan.
M. Slapničar in I. Devetak, Naravoslovje – kemijske vsebine Navodila za terenske vaje
25
Slika: Zemljevid krajinskega parka Strunjan
Značilnosti flišnih kamnin sta majhna abrazijska odpornost in krušljivost. Delovanje abrazije
(mehanično zajedanje v skalnato podlago) in obalne erozije se pojavlja kot posledica loma
morskih valov, ki vsebujejo pesek in večje delce, ki poškodujejo obalo. Po nastanku trenja
premikajoči se delci iz svojega mesta odkrušijo manjše delce s podlage. Ta proces odnaša
material, kar povzroča nižanje obale ali morebiten propad nestabilne previsne pečine. Večje
in večinoma svetlejše skale na obali in v plitvinah izvirajo iz debelejših plasti apnenca v flišu,
sivi ali rjavi kamni, ki tvorijo večino našega morskega obrežja in plitvega dna, so peščenjak,
medtem ko lapor hitro preperi in skupaj z organskimi ostanki morskih organizmov tvori
muljasto podlago morskega dna. Večja motnost vode kot na območjih z apnenčasto podlago
je torej na območjih s flišem naraven pojav.
Slika: Preperevanje apnenčevega peščenjaka
M. Slapničar in I. Devetak, Naravoslovje – kemijske vsebine Navodila za terenske vaje
26
Slika: Abrazijsko odpornejši apnenčev peščenjak, nad njim pa plast flišnega laporja
Z besedo klif označujemo zelo strmo, vertikalno in včasih tudi previsno steno, sestavljeno iz
kamnin, ki se nahajajo na stiku kopnega in morja. Z drugimi besedami bi lahko rekli, da je klif
kopno območje, ki se strmo spušča proti morju, prav na stiku z morjem pa se lahko pojavlja
različno široka abrazijska polica. Polica se pod morsko gladino nadaljuje v kamnito
podmorsko teraso, ki se na nekaj metrih globine konča s previsom. Višina in naklon klifa,
prisotnost in širina abrazijske terase ter globina morja so različni od klifa do klifa. Flišni klifi se
zaradi krušenja sedimentnih flišnih kamnin letno povprečno umaknejo proti kopnemu za en
centimeter, kar je desetkrat hitreje kot pri granitnih klifih. Valovi, morski tokovi in
plimovanje vplivajo na hitrost razpadanja kamnin. Razpadanje kamnin je tako ob morju
hitrejše kot na kopnem.
Slika: Klif Debelega rtiča, Strunjan
M. Slapničar in I. Devetak, Naravoslovje – kemijske vsebine Navodila za terenske vaje
27
Med plastjo laporja je posebnost flišnih kamnin na slovenski obali tudi zaporedno
izmenjujoče se plasti apnencev, ki so manj pogoste, a velikokrat debelejše in odpornejše na
preperevanje. Ob sprehodu po morskem obrežju naletimo nanje v obliki ogromnih skalnih
blokov, ki so se zaradi vetrne in dežne erozije ter erozije morja odlomili iz višje ležečih plasti.
Na njih dobimo priložnost opazovati fosile; predvsem dobro opazne so apnenčaste hišice
luknjičark oz. foraminifer, odlomki bodic in zunanjega ogrodja morskih ježkov, rdečih alg in
podobno. Pomembna dejavnika, ki vplivata na hitrost erozije fliša, sta gotovo debelina in
sestava plasti. Zaradi mehkejših in erozijsko manj odpornih kamnin pride v podnožju obalne
stene do izpodjede, ki jo prepoznamo kot izstopajoč kompakten sklad. Če je erozija pod to
plastjo prevelika, se peščene in apnenčaste plasti odlomijo in padejo na plažo.
Slika: Klade apnenčevega peščenjaka na obalnem obrežju
Sedimentna kamnina peščenjaka ima torej drugačne lastnosti od laporja in je rjavo-rdeče
barve. Peščenjak in lapor se v strmi steni obale izmenično izmenjujeta in ponekod ustvarjata
slikovite barvne prelome, ki so velikokrat tudi posledica različnih vrst erozij.
M. Slapničar in I. Devetak, Naravoslovje – kemijske vsebine Navodila za terenske vaje
28
Slika: Izmenjavanje apnenčevega peščenjaka in flišnega laporja v strunjanskem klifu
Matična podlaga, na kateri so pravilno izmenjujoče se plasti peščenjaka in laporja, se
imenuje breča. Gre za grobozrnato kamnino, zgrajeno iz robatih drobcev mineralov ali
kamnin, večjih od 2 mm, zlepljenih z mineralnim cementom ali s finozrnato vezno kamnino,
ki ima lahko enako ali drugačno sestavo kot drobci. Breča je sestavljena iz nezaobljenega
drobirja ene ali več vrst kamnin in vezne snovi. Velikost in porazdelitev velikosti delcev ter
razmerje med deležem drobcev in vezne kamnine so različni. V brečah so poleg drobcev
kamnin lahko tudi deli okostij vretenčarjev in lupin mehkužcev. Nekatere breče so
sestavljene skoraj izključno iz takšnih fragmentov.
Po načinu nastanka oziroma geološkem procesu, ki je povzročil drobljenje osnovne kamnine,
se breče delijo na:
1. pobočne, ki so nastale s sesipanjem drobirja po bolj ali manj strmem pobočju;
2. obalne, ki so nastale v priobalnih področjih morja ali jezera zaradi rušilnega delovanja
valov;
3. tektonske, ki so nastale z drobljenjem kamnin na stiku tektonskih plošč;
4. ognjeniške, ki so nastale s povezovanjem grobozrnatega robatega vulkanskega materiala;
5. kontaktne, ki so nastale z drobljenjem robnih delov predornin ali okoliških kamnin, ki jih je
pozneje zalila magma.
Po sestavi kamnin se breče delijo na:
1. apnenčaste;
2. dolomitske;
3. marmorne;
4. heterogene in druge breče.
M. Slapničar in I. Devetak, Naravoslovje – kemijske vsebine Navodila za terenske vaje
29
V breči prevladujejo drobci iste kamnine, ker drobir ni potoval daleč od svojega izvora in se
ni mogel pomešati z drugimi kamninami. Vezni cement je lahko zelo različen. Lahko je prišel
od zunaj ali pa je nastal z raztapljanjem osnovne kamnine. Cement ima običajno enako
sestavo kot kamnina. Breče v večini primerov niso slojevite kamnine. Skladi so po navadi
masivni, ker so najpogosteje nastali na kopnem in ne v vodi.
5 Ključi za določanje mineralov in kamnin izbranega področja
Za določeno področje lahko učitelj pripravi preprost ključ za določanje mineralov in kamnin.
Ključ naj vsebuje lastnosti mineralov in kamnin, ki jih lahko učenci določijo:
1. z opazovanjem strukture;
2. s preprostimi testi za določanje izvora kamnine (kislina reagira s karbonati);
3. z ugotavljanjem morebitne prisotnosti fosilov;
4. z ugotavljanjem barve kamine, na osnovi katere lahko predvidevamo mineralno sestavo;
5. z ugotavljanjem trdote kamnin z razenjem.
6 Prst
Prst je geografski termin za tla, ki predstavljajo vrhnjo plast oziroma preperel del zemeljske
skorje. Običajno ta del vsebuje delce kamnin in razkrojene organske snovi. Veda, ki preučuje
fizikalne, kemijske in biotske lastnosti, rodovitnost, nastanek in klasifikacijo tal, je pedologija.
Prsti se med seboj razlikujejo po:
1. barvi;
2. zrnatosti;
3. zračnosti;
4. prepustnosti.
Bistvene sestavine prsti so:
1. mineralne snovi (elementi, vezani v ionskih ali kovalentnih spojinah – natrij, fosfor, kalcij
…);
2. organske primesi;
3. živi organizmi;
4. voda;
5. zrak.
Nekatere pomembne mineralne snovi dobi prst iz vodnih raztopin, ki na zemljo padajo kot
padavine (dež, sneg, žled …).
Humus je zgornja plast prsti, v kateri se nahajajo predvsem nevretenčarji, glive, bakterije in
drugi mikroorganizmi. Gre za razkrojevalce, ki se prehranjujejo z odpadlimi deli rastlin in
ostanki odmrlih živali. Tako nastajajo mineralne snovi, ki imajo pri sestavi in rodovitnosti
prsti pomembno vlogo. Tem več humusa vsebuje prst, rodovitnejša je. Humusna prst je
rahla, zračna, lahko zadrži veliko vode. Prst nastane pri preperevanju kamnin, ki se zaradi
vremenskih sprememb krušijo in drobijo. Minerali, ki sestavljajo kamnine, se pri tem ne
spremenijo niti ne spremenijo svojih lastnosti.
M. Slapničar in I. Devetak, Naravoslovje – kemijske vsebine Navodila za terenske vaje
30
Od pomembnejših lastnosti prsti omenjamo naslednje:
1. tekstura ali zrnavost prsti je lastnost prsti, ki opredeljuje razmerje med velikostjo delcev,
med peskom, meljem in glino;
2. struktura ali sestava prsti je lastnost prsti, ki definira, kako so delci peska, melja in gline
povezani med seboj v skupke ali strukturne agregate; oblika, velikost in obstojnost skupkov
vplivajo na kroženje vode, zraka in organizmov v prsti; vse to ima ključen vpliv na rodovitnost
prsti; če ima prst dobro strukturo, pravimo, da je rahla, vsebuje več vode, zraka in hranil ter
predstavlja ugoden življenjski prostor za mikroorganizme in s tem povezan nastanek
rodovitnega humusa;
3. barva prsti je ena izmed najvidnejših lastnosti prsti.
Nastanek in razvoj prsti imenujemo pedogeneza. Nanjo vpliva več dejavnikov:
1. matična podlaga;
2. podnebje;
3. relief;
4. organizmi;
5. čas
V prsti lahko določimo profil – navpičen prerez skozi prst. Profil razvite prsti običajno vsebuje
šest različnih horizontov:
O – organski horizont, ki predstavlja svežo ali delno svežo razkrojeno organsko snov;
A – humozni horizont, ki vsebuje mineralne delce z organsko snovjo;
E – eluvialni horizont, ki je zaradi izpiranja vodoravna plast brez hranil, glinastih in organskih
delcev;
B – iluvialni horizont, ki je plast sedimentacije izpranih snovi iz horizonta A in E;
C – horizont preperele matične podlage oz. preperina;
R – trdna matična podlaga.
Posamezni horizonti se med seboj razlikujejo v barvi in lastnostih. Prehod med posameznimi
horizonti je v večini primerov profilov prsti težko določljiv.
Najpomembnejše vrste prsti glede na delitev po njihovih lastnostih so:
1. rdečkasto-rumene prsti vročih predelov/feralsoli (prsti ekvatorialnega, savanskega in
subtropskega podnebja rumeno-rdeče barve zaradi kopičenja železovih in aluminijevih
oksidov; prsti so slabo rodovitne);
2. puščavske prsti ali arenosoli in kaerosoli (prsti puščavskega območja z malo rastlinstva in
brez plasti humusa);
3. rdeče in rjave mediteranske prsti ali kambisoli in kastanozjomi (prsti sredozemskega
podnebja; zaradi vsebnosti železovih primesi so rdečkaste barve; te prsti niso
najrodovitnejše, zato na njih uspevajo bolj prilagojene mediteranske kulture);
4. rjave prsti ali kambisoli (prsti zmerno toplega pasu oceanskega podnebja, kjer je prisotnih
veliko padavin; taka prst se nahaja pod listnatimi gozdovi in zato vsebuje veliko humusne
plasti; take prsti so rodovitne ter primerne za kmetijstvo in poljedelstvo);
M. Slapničar in I. Devetak, Naravoslovje – kemijske vsebine Navodila za terenske vaje
31
5. sive gozdne prsti ali grejzjomi (prsti notranjosti celin v zmerno toplem pasu pod listnatim
gozdom; prsti so manj rodovitne in primerne za kmetijstvo);
6. črne prsti ali černozjom (prsti kontinentalnega polsuhega podnebja v notranjosti celin,
kjer je premalo padavin za uspevanja gozda; na teh prsteh pridelujejo predvsem žita);
7. kostanjeve prsti ali kastanozjomi (prsti suhega podnebja z nizko travno stepo; barva prsti
je kostanjeva; z namakanjem se izboljša rodovitnost);
8. sive sprane prsti ali podzoli (prsti zmerno hladnega podnebja z iglastim gozdom; zaradi
izpiranja je horizont E izpran; prst je pepelnato sive barve in za kmetijstvo manj primerna;
potrebna sta osuševanje in gnojenje);
9. tundrske prsti ali glejsoli (prsti subpolarnega pasu s tundrskim rastlinjem; tla, na katerih
se razvija tundrska prst, so stalno zmrznjena, vlažna in neuporabna za kmetovanje);
10. rendzine (prsti na karbonatni matični podlagi – živa skala iz apnenca/dolomita, nanos
apnenčevega/dolomitovega proda, peska ali moren);
11. obrečne prsti ali fluvisoli (nerazvite prsti ob rekah ali potokih, kjer so mladi nanosi proda
in peska; te prsti vsebujejo malo organskih snovi);
12. šotne prsti ali histosoli (prsti barja, kjer se ostanki rastlin se kopičijo v obliki horizonta
barja);
13. slane prsti (prsti, ki vsebujejo večjo količino soli; na površju puščajo belo usedlino, ki
nastane po naravni poti ali z namakanjem s slano vodo);
14. gorske prsti.
Človek na prst vpliva z gnojenjem, mešanjem posameznih horizontov, s spreminjanjem
strukture prsti; s škropivi in z gnojili onesnažuje podtalnico itn. Na prst vpliva tudi s
spreminjanjem pedogenetskih dejavnikov, kamor uvrščamo kulturne terase (preprečevanje
odtekanja vode in erozije), izsuševanje močvirij, namakanje polj, izsekavanje gozda itn. Prst,
ki jo človek izrablja, imenujemo antropogena prst.
M. Slapničar in I. Devetak, Naravoslovje – kemijske vsebine Navodila za terenske vaje
32
NAMEN POSKUSA
POTEK DELA Na območju terenskih vaj poiščite dve različni sedimentni kamnini – lapor in peščenjak
(premer največ 5 dm) – ter določite njune lastnosti.
Določanje barve kamnin in/ali mineralov
1. S kladivom pripravite sveži lom izbranih kamnin. Pri pripravi svežega loma kamnine
morate uporabljati zaščitna očala.
2. Določite barvo kamnine oz. mineralov, ki sestavljajo kamnino, katere kamen ste izbrali.
Barvo mineralov, ki sestavljajo kamnino, določite s pomočjo lupe na svežem lomu.
3. Opazujte spremembe in zapišite opažanja. Za vsako opažanje oblikujte ustrezen sklep.
Primerjanje trdote kamnin in/ali mineralov
1. Primerjajte trdoto kamnin oz. mineralov, ki sestavljajo kamnino, katere kamen ste izbrali,
tako da po cevi spustite na kamen utež z določeno maso. Kamnina z manjšo trdoto se bo
pri poskusu najprej zdrobila.
2. Opazujte spremembe in zapišite opažanja. Za vsako opažanje oblikujte ustrezen sklep.
Določanje strukture kamnin (poroznost in velikost ter oblika zrn mineralov)
1. Ali je kamnina porozna, lahko preverite tako, da daste kamnino v 0,5-litrski plastični
kozarec z vodo. Če iz kamnine izhajajo mehurčki, je kamnina porozna (ima luknjičasto
zgradbo). Sklepate lahko, da je v luknjicah kamnine zrak, ki ga izpodrine voda.
2. Velikost in obliko zrn mineralov določite s pomočjo lupe na svežem lomu obeh kamnin. Pri
pripravi svežega loma kamnine s kladivom je obvezna uporaba zaščitnih očal.
3. Opazujte spremembe in zapišite opažanja. Za vsako opažanje oblikujte ustrezen sklep.
Določanje vsebnosti karbonatov v kamninah
1. Na svež lom kamnine s kapalko dodajte 1 mL 10-odstotne raztopine klorovodikove kisline.
Če je kamnina sestavljena iz karbonatov, med kislino in karbonati poteka kemijska
reakcija, pri kateri nastaja plin – ogljikov dioksid.
2. Opazujte spremembe in zapišite opažanja. Za vsako opažanje oblikujte ustrezen sklep.
POTREBŠČINE Pribor Snovi
Klorovodikova kislina
M. Slapničar in I. Devetak, Naravoslovje – kemijske vsebine Navodila za terenske vaje
33
Izdelovanje ključa za določanje mineralov in kamnin na območju terenskih vaj
1. Izdelajte preprost ključ za določanje mineralov in kamnin, ki ste jih našli na območju
terenskih vaj.
2. Opazujte spremembe in zapišite opažanja. Za vsako opažanje oblikujte ustrezen sklep.
Filtracijska sposobnost tal
Pripravite filter, kot kaže slika.
Slika: Filter tal 1. V 0,5-litrskem plastičnem kozarcu pripravite onesnaženo vodo, tako, da v 3 dL vode
dodate prst in s stekleno palčko dobro premešate.
2. Onesnaženo vodo vlijte skozi filter.
3. Opazujte spremembe in zapišite opažanja. Za vsako opažanje oblikujte ustrezen sklep.
Analiza tal s hitrimi testi 1. Po navodilih iz kovčka za analizo tal pripravite vzorec tal, v katerem določite koncentracije
fosfatov(V), nitratov(V), nitratov(III) in amonijaka.
2. Vzorcu tal po navodilih iz kovčka določite tudi strukturo tal. Določite vsebnost vlage v
prsti, gostoto prsti in pH-vrednost tal.
3. Opazujte spremembe in zapišite opažanja. Za vsako opažanje oblikujte ustrezen sklep.
Kamni
Pesek
Mivka
Neonesnažena voda
Gaza
Oglje
Onesnažena voda
M. Slapničar in I. Devetak, Naravoslovje – kemijske vsebine Navodila za terenske vaje
34
OPAŽANJA IN SKLEPI Določanje barve kamnin in/ali mineralov
Opažanja Sklepi
Določanje trdote kamnin in/ali mineralov
Opažanja Sklepi
Določanje strukture kamnin (poroznost in velikost ter oblika zrn mineralov)
Opažanja Sklepi
Določanje vsebnosti karbonatov v kamninah
Opažanja Sklepi
M. Slapničar in I. Devetak, Naravoslovje – kemijske vsebine Navodila za terenske vaje
35
Filtracijska sposobnost tal
Opažanja Sklepi
Analiza tal s hitrimi testi
Opažanja Sklepi
REZULTATI MERITEV
Določitev Izmerjene vrednosti
Fosfati(V)
Amonijak
Nitrati(V)
Nitrati(III)
Vsebnost vlage v prsti
Gostota prsti
pH prsti
M. Slapničar in I. Devetak, Naravoslovje – kemijske vsebine Navodila za terenske vaje
36
VPRAŠANJA ZA UTRJEVANJE ZNANJA
1. Opredelite razliko v barvi med laporjem in peščenjakom.
2. Razložite, zakaj je treba pri določevanju lastnosti kamnin pripraviti sveži lom.
3. Za poskus določanja trdote kamnin določite: 1) konstante, 2) odvisne spremenljivke in 3) neodvisno spremenljivko.
4. Katera kamnina (lapor/peščenjak) je poroznejša? Zakaj?
M. Slapničar in I. Devetak, Naravoslovje – kemijske vsebine Navodila za terenske vaje
37
5. Ali sta lapor in peščenjak kamnini, sestavljeni iz karbonatov? Utemeljite.
6. Za reakcijo kamnine z 10-odsotno raztopino klorovodikove kisline zapišite enačbo z ustreznimi agregatnimi stanji snovi.
7. Skicirajte kraško obrobje, na katerem so na apnencih odloženi flišni laporji, apnenčevi peščenjaki in apnenčeve breče z numuliti. Posamezne izmenjujoče se plasti kamnin ustrezno označite.
M. Slapničar in I. Devetak, Naravoslovje – kemijske vsebine Navodila za terenske vaje
38
8. Lehnjak je inkrustracijski sedimentni fosil. Razložite njegov nastanek.
9. Na kamninah lahko opazite kameno jedro, ki kaže zunanjo ali notranjo obliko fosiliziranega organizma. Imenujte in razložite proces, ki omogoča nastanek takega fosila.
M. Slapničar in I. Devetak, Naravoslovje – kemijske vsebine Navodila za terenske vaje
39
LITERATURA
1. Altaba, M. F. idr. (1991). Geologija, naravoslovni atlasi. Založba Mladinska knjiga,
Ljubljana.
2. Chinery, M. (1989). Tisoč idej za naravoslovce. DZS, Ljubljana.
3. Gautier, Y. idr. (1998). Zemlja, delujoči planet. Educa, Nova Gorica.
4. Hochleitner, R. (1993). Kamnine, Sprehodi v naravo. Cankarjeva založba, Ljubljana.
5. Pavšič, J. (1995) Fosili, Zanimive okamenine iz Slovenije. TZS, Ljubljana.
6. Šteblaj, M. (1997). Vrednotenje hitrih testov za analizo voda. Diplomsko delo. Pedagoška
fakulteta, Univerza v Ljubljani, Ljubljana.
7. Vidrih, R. in Mikuž, V. (1995). Minerali na Slovenskem. TZS, Ljubljana.
8. Wissiak, Grm K. S. in Devetak, I. (2013). Kemija in snov. Teoretične osnove Kemije I k
navodilom za vaje. Univerza v Ljubljani, Pedagoška fakulteta, Ljubljana.
9. http://keminfo.pef.uni-lj.si/e-kemija/zmesi2/index.html
10. https://sl.wikipedia.org/wiki/Kromatografija
11. http://www.parkstrunjan.si/
12. https://sl.wikipedia.org/wiki/Breča
Viri podatkov o kamninah na medmrežju 1. Slike mineralov: http://www.angelfire.com/ga/mountainbuilderrocks/
2. http://www.geocities.com/Athens/Aegean/3446/science.html#ROCKS
3. http://www.csus.edu/indiv/s/slaymaker/Geol8.htm
4. http://cw.prenhall.com/bookbind/pubbooks/lutgens/
5. http://home.sol.no/črwerner/info/foreign.htm
6. http://www.esc3.net/črsinclai/rocksmin.html
7. http://volcano.und.nodak.edu/vwdocs/vwlessons/lessons/Slideshow/Slideindex.html
8. http://www.nhm.ac.uk/museum/galleries/earthgalleries/earthlab.html
9. http://www.geosurv.gov.nf.ca/education/features/rocksmin.html
Slike: Miha Slapničar