Лабораторная работа № 4. Определение общей жесткости воды

Жесткость воды – это содержание в воде растворимых солей щелочно-

земельных металлов. Наиболее распространены в природе соединения кальция и магния, поэтому природная вода, содержащая растворяемые соли этих металлов, называется жесткой. Эти вещества попадают в воду из почв и

грунтов, составляющих дно и русло поверхностных водоемов, а также из пород, с которыми соприкасается заполняющая их поры или движущаяся по ним подземная вода.

Ввиду широкой распространенности кальция и магния, их соли почти всегда содержатся в природной воде.

Кальций принадлежит к числу самых распространенных в природе элементов, в земной коре его содержится приблизительно 3 % (масс.). Он встречается в виде многочисленных отложений известняков и мела, а также мрамора, которые представляют собой природные разновидности карбоната кальция СаСО₃. В больших количествах встречается также фосфорит Ca₃(PO₄)₂, гипс CaSО₄ · 2Н₂О, и различные содержащие кальций силикаты.

Магний весьма распространен в природе. В больших количествах он встречается в виде карбоната магния, образуя минерал доломит MgCO₃ · CaCO₃. Сульфат и хлорид магния входят в состав калийных минералов – каинита KCl · MgSO₄ · 3H₂O и карналлита KCl · MgCl₂ · 6H₂O. Общее количество магния в земной коре составляет около 2 % (масс.).

Соли, обуславливающие жесткость воды, не являются вредными для здоровья человека. Но присутствие в питьевой воде значительных количеств

магния нежелательно, т. к. он ухудшает ее органолептические свойства (горький вкус морской воды).

Использование жестких вод для удовлетворения хозяйственно - бытовых и промышленных нужд приводит к весьма нежелательным последствиям. Это – непроизводительный расход мыла при стирке, что обусловлено тем, что ионы Са²⁺ и Mg²⁺ с мылами, представляющими собой соли жирных кислот, образуют в воде нерастворимые осадки состава (RCOO)₂Ca или (RCOO)₂Mg. Стирка в жесткой воде приводит к преждевременному износу тканей из-за адсорбции волокнами тканей кальциевых и магниевых мыл, а это делает их хрупкими и ломкими. В настоящее время используются моющие средства полого поколения, позволяющие устранить вышеперечисленные нежелательные последствия, однако современные моющие средства практически не утилизируются и накапливаются в морях и океанах, что ведет к новым экологическим проблемам.

Использование жесткой воды в быту приводит к снижению питательности мясных и бобовых продуктов из-за перехода белков в нерастворимое состояние, плохо усваиваемое организмом.

Жесткая вода усиливает коррозию паровых котлов, теплообменников, реакторов вследствие гидролиза солей жесткости и повышения концентрации ионов Н⁺. Использование жесткой воды для промышленных нужд снижает экономичность работы теплообменных аппаратов из-за образования накипи на поверхности установок и трещин в трубах паровых котлов. Это объясняется тем, что накипь обладает малой теплопроводностью и увеличивает непроизводительный расход топлива. Кроме того, металл под накипью перегревается, размягчается и трескается.

По жесткости воду делят на шесть классов:

1) очень мягкая (жесткость 0 ... 1,5 мг-экв/л);

2) мягкая (1,5 ... 3,0 мг-экв/л);

3) средняя жёсткость (3,0 ... 4,5 мг-экв/л);

4) довольно жёсткая (4,5 ... 6,0 мг-экв/л);

5) жёсткая (6,0 ... 10,0 мг-экв/л);

6) очень жесткая (свыше 10,0 мг-экв/л).

Жесткость природных вод изменяется в широких пределах. Она различна в разных водоёмах, а в одной и той же реке изменяется в течение года (минимальна во время паводка). Жесткость вод морей значительно выше, чем рек и озер. Подземные воды обладают такой повышенной жесткостью по сравнению с прудами и озерами.

В зависимости от наличия тех или иных солей кальция и магния различают общую, временную и постоянную жесткости.

Общая жесткость определяется наличием в воде растворимых солей кальция и магния и равна сумме временной и постоянной жёсткости.

Временная (карбонатная) жесткость обусловлена присутствием в воде гидрокарбонатов кальция и магния Ca(HCO₃)₂ и Mg(HCO₃)₂.

Постоянная (некарбонатная) жесткость обуславливается присутствием растворимых кальциевых и магниевых солей сильных кислот - CaCl₂, CaSO₄, MgCl₂, MgSO₄.

Для водоумягчения (снижения жесткости) применяют три метода:

- термический;

-реагентный;

-ионообменный.

Экспериментальная часть

Опыт 1. Определение общей жёсткости воды.

В коническую колбу налейте измерительным цилиндром или пипеткой необходимый объем исследуемой воды, прибавьте микрошпателем индикатор хромоген черный, добавьте 5 мл буферной смеси (NH₄OH + NH₄Cl). Бюретку заполните раствором трилона Б известной концентрации и оттитруйте исследуемые пробы до перехода окраски из винно-красной в синий. Общую жесткость воды (Ж) рассчитайте по формуле:

Ж = V(Трилона Б) · C_Н(Трилона Б) · 1000 / V(Н₂О),

где Ж – общая жёсткость воды, мг-экв/л;

C_Н(Трилона Б) – молярная концентрация эквивалента раствора трилона Б, моль/л;

V(Трилона Б) – объем трилона Б, пошедший на титрование, мл;

V(Н₂О) – объем взятой пробы исследуемой воды, мл.

Опыт 2 Повторить опыт 1 (вода, пропущенная через катионит).