Opgaver til T3.3

Opgaverne hører til siden T3.3 Nitrat og nitrit i vandet. Prøv selv, før du åbner hjælpen under opgaven.

Opgave T3.3.1: De vigtigste ord

  1. Hvad er grænsen for nitrat i drikkevand?
  2. Hvad er grænsen for nitrit i drikkevand?
  3. Hvilket af de to stoffer er det farligste?
  4. Hvad hedder det protein i de røde blodlegemer, som oxygenet sidder på?
  5. Hvad er nitrosaminer?
  6. Hvad er iltsvind?

Læs afsnittene Grænseværdier, Nitrit og blodet, Nitrit og aminer og Nitrat i fjorden på siden T3.3.

De to grænser står i tabellen øverst på siden. Den laveste grænse hører til det farligste stof. Iltsvind handler om, hvor mange milligram oxygen der er i en liter vand.

  1. 50 mg/L
  2. 0,10 mg/L
  3. Nitrit. Grænsen for nitrit er 500 gange lavere end grænsen for nitrat.
  4. Hæmoglobin
  5. Stoffer, som dannes i den sure mavesaft, når nitrit reagerer med aminer fra maden. Flere af dem kan give kræft.
  6. At der er for lidt oxygen i vandet. Man taler om iltsvind, når der er under 4 mg oxygen i en liter vand.

Opgave T3.3.2: Over eller under grænsen?

Tabellen viser indholdet af nitrat og nitrit i fire vandprøver. Tallene er et eksempel.

Prøve Vandet kommer fra Nitrat Nitrit
A hanen i en by 5,0 mg/L 0,01 mg/L
B en brønd 75 mg/L 0,02 mg/L
C en boring 40 mg/L 0,05 mg/L
D en å 20 mg/L 0,40 mg/L
  1. Hvilke af de fire prøver indeholder mere nitrat end grænsen for drikkevand?
  2. Hvilke af prøverne indeholder mere nitrit end grænsen for drikkevand?
  3. Hvor mange gange større end grænsen er indholdet af nitrat i prøve B?
  4. Hvor mange gange større end grænsen er indholdet af nitrit i prøve D?
  5. Hvor mange procent af grænsen udgør indholdet af nitrat i prøve C?
  6. Prøve D indeholder 50 gange så meget nitrat som nitrit. Hvorfor er det alligevel nitritten, der er problemet?

Grænsen er 50 mg/L for nitrat og 0,10 mg/L for nitrit. Sammenlign hvert tal i tabellen med den grænse, der hører til stoffet.

Til spørgsmål c og d: Divider indholdet med grænsen.

Til spørgsmål e: Divider indholdet med grænsen, og gang med 100 %.

Til spørgsmål f kan du begynde sådan: “Grænsen for nitrit er … gange lavere end grænsen for nitrat, fordi …”

  1. Kun prøve B. 75 mg/L er mere end 50 mg/L.

  2. Kun prøve D. 0,40 mg/L er mere end 0,10 mg/L.

  3. 1,5 gange:

\[ \text{forhold} = \frac{75\ \dfrac{\mathrm{mg}}{\mathrm{L}}}{50\ \dfrac{\mathrm{mg}}{\mathrm{L}}} = 1{,}5 \]

  1. 4 gange:

\[ \text{forhold} = \frac{0{,}40\ \dfrac{\mathrm{mg}}{\mathrm{L}}}{0{,}10\ \dfrac{\mathrm{mg}}{\mathrm{L}}} = 4{,}0 \]

  1. 80 %:

\[ \text{andel af grænsen} = \frac{40\ \dfrac{\mathrm{mg}}{\mathrm{L}}}{50\ \dfrac{\mathrm{mg}}{\mathrm{L}}} \cdot 100\ \% = 80\ \% \]

  1. Grænsen for nitrit er 500 gange lavere end grænsen for nitrat, fordi nitrit er langt det farligste af de to stoffer. De 0,40 mg nitrit pr. liter er 4 gange så meget som grænsen. De 20 mg nitrat pr. liter er under halvdelen af grænsen.

Opgave T3.3.3: Fra mg/L til mol pr. liter

Molarmassen er 46,01 g/mol for nitrit og 62,01 g/mol for nitrat. Tallet for brønden i spørgsmål d er et eksempel.

  1. Grænsen for nitrit i drikkevand er 0,10 mg/L. Skriv 0,10 mg i gram.
  2. Beregn stofmængden af nitrit i 1 L vand, der lige netop holder grænsen.
  3. Skriv koncentrationen af nitrit i M og i µM.
  4. Vand fra en brønd indeholder 31,0 mg nitrat pr. liter. Beregn koncentrationen af nitrat i M.
  5. Skriv koncentrationen af nitrat i mM og i µM.

Opgaven ligner eksemplet grænsen for nitrat i mol pr. liter på siden T3.3. Regn først fra milligram til gram, og brug derefter n = m / M.

1 mg er 0,001 g. I 1 L vand er stofmængden i mol det samme tal som koncentrationen i M.

1 mM er 10−3 M, og 1 µM er 10−6 M.

  1. 0,10 mg = 0,00010 g = 1,0 · 10−4 g

  2. Stofmængden af nitrit er

\[ n(\mathrm{NO_2^-}) = \frac{m}{M} = \frac{1{,}0 \cdot 10^{-4}\ \mathrm{g}}{46{,}01\ \dfrac{\mathrm{g}}{\mathrm{mol}}} = 2{,}2 \cdot 10^{-6}\ \mathrm{mol} \]

  1. Koncentrationen er 2,2 · 10−6 M. Det er det samme som 2,2 µM.

  2. 31,0 mg = 0,0310 g. Stofmængden af nitrat i 1 L vand er

\[ n(\mathrm{NO_3^-}) = \frac{m}{M} = \frac{0{,}0310\ \mathrm{g}}{62{,}01\ \dfrac{\mathrm{g}}{\mathrm{mol}}} = 5{,}00 \cdot 10^{-4}\ \mathrm{mol} \]

Koncentrationen af nitrat er 5,00 · 10−4 M.

  1. 5,00 · 10−4 M = 0,500 mM = 500 µM

Opgave T3.3.4: Fra mikromolær til mg/L

Et laboratorium angiver sine resultater i µM. Grænserne for drikkevand står i mg/L. Tallene er et eksempel.

  • Vand fra en boring indeholder 250 µM nitrat.
  • Vand fra en å indeholder 4,00 µM nitrit.
  1. Skriv 250 µM i M.
  2. Beregn massen af nitrat i 1,00 L vand fra boringen. Angiv resultatet i milligram.
  3. Holder vandet fra boringen grænsen på 50 mg nitrat pr. liter?
  4. Skriv 4,00 µM i M.
  5. Beregn massen af nitrit i 1,00 L vand fra åen. Angiv resultatet i milligram.
  6. Er der mere eller mindre nitrit i åen end grænsen for drikkevand på 0,10 mg/L?

1 µM er 10−6 M. I 1,00 L er stofmængden i mol det samme tal som koncentrationen i M. Massen er m = n · M.

250 µM = 250 · 10−6 M. Flyt kommaet to pladser, så der kun står ét ciffer foran.

Molarmassen er 62,01 g/mol for nitrat og 46,01 g/mol for nitrit. Husk, at 1 g er 1000 mg.

  1. 250 µM = 250 · 10−6 M = 2,50 · 10−4 M

  2. I 1,00 L vand er der 2,50 · 10−4 mol nitrat.

\[ m(\mathrm{NO_3^-}) = n \cdot M = 2{,}50 \cdot 10^{-4}\ \mathrm{mol} \cdot 62{,}01\ \dfrac{\mathrm{g}}{\mathrm{mol}} = 0{,}0155\ \mathrm{g} \]

Der er 15,5 mg nitrat i 1,00 L vand fra boringen.

  1. Ja. 15,5 mg/L er under en tredjedel af grænsen på 50 mg/L.

  2. 4,00 µM = 4,00 · 10−6 M

  3. I 1,00 L vand er der 4,00 · 10−6 mol nitrit.

\[ m(\mathrm{NO_2^-}) = n \cdot M = 4{,}00 \cdot 10^{-6}\ \mathrm{mol} \cdot 46{,}01\ \dfrac{\mathrm{g}}{\mathrm{mol}} = 1{,}84 \cdot 10^{-4}\ \mathrm{g} \]

Der er 0,184 mg nitrit i 1,00 L vand fra åen.

  1. Mere. 0,184 mg/L er næsten dobbelt så meget som grænsen på 0,10 mg/L.

Opgave T3.3.5: Nitrit og blodet

To røde blodlegemer. I det første har hæmoglobinet en jern(II)ion, som binder oxygen. Nitrit oxiderer jern(II) til jern(III). I det andet har hæmoglobinet en jern(III)ion, som ikke kan binde oxygen.

Figuren er den samme som på siden T3.3.

  1. Bakterier i munden og i tarmen laver nitrat om til nitrit. Find oxidationstallet for nitrogen i nitrat og i nitrit.
  2. Bliver nitrat oxideret eller reduceret, når det bliver til nitrit?
  3. Hvilken ion i hæmoglobin sidder oxygenet på?
  4. Hvad gør nitrit ved den ion? Skriv reaktionen for jernet.
  5. Er nitrit et oxidationsmiddel eller et reduktionsmiddel i reaktionen med hæmoglobin?
  6. Hvorfor får kroppen for lidt oxygen, når der er meget nitrit i blodet?
  7. Hvorfor er spædbørn mere udsatte end voksne?

Læs afsnittene Fra nitrat til nitrit i kroppen og Nitrit og blodet på siden T3.3. Reglerne for oxidationstal står i afsnit 8.3 i bogen til C-niveau.

Oxygen har −II i forbindelser. I en ion er summen af oxidationstallene lig med ionens ladning. Et stof, der oxiderer et andet stof, er et oxidationsmiddel.

Til spørgsmål f og g kan du begynde dine sætninger sådan:

  • Hæmoglobin med jern(III) kan ikke …
  • Voksne har et enzym, som … Spædbørn har …

  1. Nitrogen har +V i nitrat og +III i nitrit. I NO3− giver de tre oxygenatomer 3 · (−2) = −6. Summen skal være −1, så nitrogen har −1 + 6 = +5. I NO2− giver de to oxygenatomer 2 · (−2) = −4. Summen skal være −1, så nitrogen har −1 + 4 = +3.

  2. Reduceret. Oxidationstallet for nitrogen falder fra +V til +III.

  3. På en jern(II)ion, Fe2+.

  4. Nitrit oxiderer jern(II)ionen til en jern(III)ion.

Fe2+ → Fe3+ + e−

  1. Et oxidationsmiddel. Nitrit oxiderer jernet fra +II til +III.

  2. Hæmoglobin med jern(III) kan ikke binde oxygen. Bliver en stor del af hæmoglobinet lavet om på den måde, bringer blodet for lidt oxygen ud i kroppen.

  3. Voksne har et enzym, som hurtigt reducerer jern(III) tilbage til jern(II). Spædbørn har meget lidt af det enzym. De kan få oxygenmangel, hvis deres modermælkserstatning er blandet med vand, der indeholder meget nitrat.

Opgave T3.3.6: Iltsvind i fjorden

Her er de fire trin, der fører til iltsvind i en fjord, i tilfældig rækkefølge:

  • De døde alger synker ned på bunden.
  • Åerne fører nitrat fra markerne ud i fjorden.
  • Bakterier nedbryder de døde alger og bruger oxygen.
  • Algerne vokser voldsomt.

En sommerdag måles indholdet af oxygen ved bunden tre steder i fjorden. Tallene er et eksempel.

Sted Oxygen ved bunden
yderst i fjorden 6,5 mg/L
midt i fjorden 3,2 mg/L
inderst i fjorden 1,4 mg/L
  1. Skriv de fire trin i den rigtige rækkefølge.
  2. Hvorfor får nitrat algerne til at vokse?
  3. Hvorfor forsvinder oxygenet ved bunden?
  4. Hvor i fjorden er der iltsvind, og hvor er der kraftigt iltsvind?
  5. Hvorfor rammer iltsvind muslinger og orme hårdere end fisk?
  6. En uge senere er oxygenet helt væk inderst i fjorden, og vandet fra bunden lugter af rådne æg. Hvilket stof lugter, og hvordan er det dannet?

Læs afsnittet Nitrat i fjorden på siden T3.3, og se figuren med de fire trin.

Nedbrydningen af de døde alger er en forbrænding. Se, hvilket stof der står sammen med CH2O til venstre i reaktionsskemaet på siden.

Der er iltsvind, når der er under 4 mg oxygen i en liter vand, og kraftigt iltsvind, når der er under 2 mg.

Til spørgsmål c, e og f kan du begynde dine sætninger sådan:

  • Bakterierne bruger oxygenet hurtigere, end …
  • Fisk kan …, men muslinger og orme …
  • Når oxygenet er væk, bruger bakterierne først … og derefter …

  1. Åerne fører nitrat fra markerne ud i fjorden. Algerne vokser voldsomt. De døde alger synker ned på bunden. Bakterier nedbryder de døde alger og bruger oxygen.

  2. Nitrat er næring for planter, og det gælder også for algerne. Med meget næring og sommerens lys og varme vokser de voldsomt.

  3. Bakterierne nedbryder de døde alger ved en forbrænding, som bruger oxygen.

CH2O(s) + O2(aq) → CO2(aq) + H2O(l)

Er der mange døde alger, bruger bakterierne oxygenet hurtigere, end der kommer nyt ned fra overfladen.

  1. Der er iltsvind midt i fjorden, for 3,2 mg/L er under 4 mg/L. Der er kraftigt iltsvind inderst i fjorden, for 1,4 mg/L er under 2 mg/L. Yderst i fjorden er der ikke iltsvind.

  2. Fisk kan svømme væk fra det vand, der mangler oxygen. Muslinger, orme og andre bunddyr kan ikke flytte sig, og de dør.

  3. Dihydrogensulfid, H2S. Når oxygenet er væk, skifter bakterierne til andre oxidationsmidler. Først bruger de nitrat og derefter sulfat, og så dannes der dihydrogensulfid.

Opgave T3.3.7: Nitrit i et nyt akvarium

Et nyt akvarium er fyldt med vand og planter. Fiskene er ikke sat i endnu, men ejeren kommer hver dag lidt fiskefoder i vandet. Foderet rådner, og nitrogenet i det bliver til ammonium. Hver uge måles indholdet af nitrit i vandet. Tallene er et eksempel.

Uge 1 2 3 4 5 6
Nitrit 0,1 mg/L 1,0 mg/L 3,0 mg/L 1,5 mg/L 0,2 mg/L 0,0 mg/L
  1. I hvilken uge er der mest nitrit i vandet?
  2. Nitrifikationen har to trin. Skriv med ord, hvad der bliver til hvad i hvert trin.
  3. Hvorfor stiger indholdet af nitrit i de første tre uger?
  4. Hvorfor falder indholdet af nitrit igen efter uge 3?
  5. Hvilken ion er der kommet mere af i vandet, når nitritten er væk i uge 6?
  6. Hvornår kan fiskene tidligst sættes i? Begrund dit svar.
  7. En vandprøve fra en å indeholder nitrit. Skriv to ting, det kan være tegn på.

Læs afsnittet Nitrit er et advarselstegn på siden T3.3. De to trin i nitrifikationen står på siden T3.2.

I første trin bliver ammonium til nitrit. I andet trin bliver nitrit til nitrat. De bakterier, der klarer andet trin, kommer senere end dem, der klarer første trin.

Til spørgsmål c, d og g kan du begynde dine sætninger sådan:

  • I de første uger er der bakterier, som …, men endnu ikke bakterier, som …
  • Efter uge 3 er der kommet bakterier, som …
  • Nitrit i åen kan betyde, at vandet er … Det kan også betyde, at der mangler …
  1. I uge 3. Her er der 3,0 mg nitrit pr. liter.
  2. I første trin oxiderer bakterier ammonium til nitrit. I andet trin oxiderer bakterier nitrit til nitrat.
  3. Første trin er gået i gang, så der bliver dannet nitrit af ammonium. De bakterier, der oxiderer nitrit til nitrat, er ikke kommet endnu. Derfor hober nitritten sig op.
  4. Nu er de bakterier kommet, som oxiderer nitrit til nitrat. De fjerner nitritten hurtigere, end den bliver dannet.
  5. Nitrat, NO3−. Nitritten er blevet oxideret til nitrat.
  6. Tidligst i uge 6, hvor der ikke længere er nitrit i vandet. Nitrit er giftigt for fisk. Når indholdet er faldet til 0, er begge trin i nitrifikationen i gang, og så bliver nitrit fra fiskenes affald hurtigt til nitrat.
  7. Vandet kan være forurenet for nylig, fx med spildevand eller gylle, så bakterierne ikke er nået til andet trin i nitrifikationen. Der kan også mangle oxygen i vandet, så nitrifikationen er gået i stå.