Teoretične osnove in navodila za terenske vaje

NARAVOSLOVJE – KEMIJSKE VSEBINE

za študente razrednega pouka

Teoretične osnove in navodila za terenske vaje

Miha Slapničar in Iztok Devetak

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  

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

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

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

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,

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

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

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

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.

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.

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?

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)

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.

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.

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.

OPAŽANJA IN SKLEPI – kolorimetrična metoda določitve

Opažanja Sklepi

OPAŽANJA IN SKLEPI – titrimetrična metoda določitve

Opažanja Sklepi

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?

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.

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.

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

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 – CO32

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.

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) – VO43. 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.

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.

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: 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

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.

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.

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

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);

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.

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

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

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

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

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?

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.

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.

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