Жесткось воды

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЯСНЕНИЯ.

Природная вода в своем составе всегда содержит различные примеси- соли и газы, механические примеси, находящиеся во взвешенном состоянии, эмульсии, гидрозоли и другие коллоидные образования и т.п. Соли, присутствующие в воде, вызывают жесткость воды.

Гидрокарбонаты кальция и магния обуславливают карбонатную жесткость. При нагревании воды растворенные гидрокарбонаты разлагаются и карбонатная жесткость при этом сильно снижается. Полного устранения карбонатной жесткости не происходит вследствие того, что карбонат кальция и особенно магния несколько растворим в воде.

Наряду с понятием «карбонатная жесткость» существует еще понятие об устранимой жесткости, на которую она понижается при десятиминутном кипячении воды. Жесткость, оставшаяся после кипячения воды, называется постоянной жесткостью.

Хлориды и сульфаты кальция и магния обуславливают некарбонатную жесткость воды. Сумма карбонатной и не карбонатной жесткости составляет общую жесткость. Жесткость выражают в виде суммы миллмоль-экви­валентов ионов кальция и магния, содержащихся в 1 л воды. 1 ммоль-экв (ммоль/л) жесткости отвечает содержанию 20,04 мг/л Са²⁺ или 12,16 мг/л Mg²⁺.

Различают очень мягкие, мягкие, средне жесткие, довольно жесткие, жесткие и очень жесткие воды. Один литр мягкой воды содержит 1,5-3,0 ммоль-экв, а жесткой 6,5-11,0 ммоль-экв Са²⁺.

Потенциометрический метод определения временной жесткости воды. Кривые титрования и выбор индикаторов.

Жесткость воды определяется аналитически.

Карбонатную (устранимую или временную) жесткость воды определяют титрованием воды соляной кислотой:

Са(НСО₃)₃ + 2НС1 = CaCI₂ + 2H₂O + 2СO₂

Mg(HCO₃) + 2НС1 = MgCl₂ + 2Н₂О + 2СО₂

Точку эквивалентности можно определить или потенциометрическм титрованием с помощью рН-метра (определение объема раствора соляной кислоты в точке скачка рН) или титрованием в присутствии кислотно-основных индикаторов (чаще всего метилового-оранжевого).

Для выбора соответствующего кислотно-основного индикатора необходимо строить интегральную кривую титрования, исходя из показателей потенциометрического титрования.

Для этого в электрохимической ячейке, куда опущены электроды, подключенные к рН - метру, осуществляют титрование воды раствором соляной кислоты, строят график зависимости рН от количества объема титранта и определяют интервал скачка рН.

После определения значения рН-скачка подбирается соответствующий индикатор исходя из их физико-химических показателей (см. табл.1).

Таблица 1. Характеристика наиболее часто применяемых кислотно-основных индикаторов.

№	И н д и к а т о р	Интервал перехода рН	Изменение окраски раствора при возрастании рН
	О-крезоловый синий	0,2 - 1,9	красная желтая
	Тимоловый синий	1,2 – 2,8	красная желтая
	Метиловый оранжевый	3,1 – 4,4	красная оранжевая
	Бромкрезоловый зеленый	3,8 – 5,4	желтая синяя
	Бромметиловый зеленый	5,0 – 8,0	желтая синяя
	Лакмус	5,0 –8,0	красна синяя
	Бромтимоловый синий	6,0 – 7,6	желтая синяя
	Феноловый красный	6,8 – 8,4	желтая красная
	Фенолфталеин	8,0 – 9,6	бесцветная красная
	Ализариновый желтый	10,0 – 12,0	бледно-лимон. желтый

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КАРБОНАТНОЙ ЖЕСТКОСТИ ВОДЫ.

Оборудование и материалы: Соляная кислота (0,1н), метилроанжевый, аммиачный буфер, рН-метр, магнитная мешалка, бюрет­ки, пипетки на 100 мл или мерные цилиндры, колбы на 250 мл и 500 мл, стаканы на 200-250 мл, мерные колбы на 200 мл, фильтры

Ход работы: Мерным цилиндром отобрать в две конические колбы по 100мл исследуемой воды. Оттитровать воду в первой колбе 0,1н раствором НСl. С помощью рН-метра фиксировать значения рН воды после каждого раза прибавления по 0,5мл кислоты из бюретки, построить интегральную кривую титрования в координатах: На оси ординаты рН, а на оси абсцисс – V(НСl) . Из кривых титрования определить точку эквивалентности. Пользуясь данными табл.1 выбрать соответствующий индикатор для осуществления последующих анализов в экспресс режиме.

Карбонатную жесткость воды (Х₁ ммоль/л) определить по формуле:

Х₁= (1)

где -V(HCl) объем раствора НСl концентрацией С(HCl), израсходованного до точки эквивалентности, V(Н₂О)- объем исследуемой воды.

Опыт 2.Повторить вышеописанную процедуру, только за ходом титрования следить визуально. Точка эквивалентности определит по точке изменения окраски индикатора. Расчет карбонатной жесткости воды производить по формуле 1.

Сопоставить показания значений результатов двух экспериментов и рассчитать ошибку эксперимента, приняв показатели потенциометрии как рН-теоретическая, а индикатороного титрования рН-экспериметнальный.

Пользоваться уравнением: Ƞ=

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОСТОЯННОЙ ЖЕСТКОСТИ ВОДЫ

Оборудование и материалы: Соляная кислота (0,1н), раствор трилона - Б (0,1 н), эрихром черных- кристаллический, фенолфталеин, метилроанжевый, аммиачный буфер, рН-метр, магнитная мешалка, бюрет­ки, пипетки на 100 мл или мерные цилиндры, колбы на 250 мл и 500 мл, стаканы на 200-250 мл, мерные колбы на 200 мл, фильтры.

Ход работы

Некарбонатную (постоянную) жесткость воды определяют методом обратного титрования. К отмеренному объему исследуемой воды добавляют определенный объем раствора карбоната натрия известной концентрации и выпаривают раствор досуха. При этом образуются нерастворимые в воде карбонаты кальция и магния.

Са²⁺ + Mg²⁺ + 2Na₂CO₃ = CaCO₃ + MgCO₃ + 2Na⁺

Сухой остаток, представляющий из себя смесь карбонатов кальция, магния, натрия и других солей натрия, растворяют в несодержажащей СО₂ воде, отфильтровывают нерастворимые в воде карбонаты каьция и магния и титиметрическим способом определяют в растворе количество избыточного Na₂CO₃, не вошедешего в реакцию осаждения карбонатов. Специальными опытами показано, что при этом Na₂CO₃ не реагирует с гидрокарбонатами кальция и магния. Именно поэтому, этот метод позволяет определять постоянную жесткость воды.

Общую жесткость определяют как сумма постоянной и временной (карбонатной) жесткостью.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОБЩЕЙ ЖЕСТКОСТИ ВОДЫ

Современным методом определения общей жесткости воды является титрование воды раствором трилона Б в присутствии спе­циальных индикаторов- хромогенов, чаще всего эрихрома черного. Титрование проводится в аммиачной среде при значении рН раствора в пределах 9-10.

Хромогены образуют с ионами магния и другими ионами относительно непрочные комплексные соединения, окрашенные в красно-фиолетовый цвет. При титровании трилоном содержащиеся в воде ионы Са²⁺ и Mg²⁺, а также ионы Cu²⁺, Zn²⁺, Mn²⁺, Cd²⁺, Ni²⁺, Al³⁺, Fе²⁺, Fe³⁺ реагируют с ним и образуют малодиссоциированные бесцветные прочные комплексные соединения. В конце титрования ионы магния, кальция и другие переходят от комплексного соеди­нения с хромогеном к трилону Б, с образованием прочных, бесцветных комплексов. Трилон-Б или комплексон III - динатриевая соль этилендиамминтетрауксусной кислоты (NaO₂CCH₂)₂N(CH₂)₂N(CH₂CO₂H)₂ или сокращенно-(Na₂H₂ЭДТА).

Na₂H₂ЭДТА + Са²⁺ (или Mg²⁺) Na₂CaЭДТА + 2H⁺.

Поэтому, в точке эквивалентности, красно-фиолетовая окраска раствора исчезает. Однако раствор не обесцвечивается, а окрашивается в сине-фиолетовый цвет - цвет самого хромогена - эрихрома при рН = 9-10 (аммиачный буфер), что ука­зывает на окончание титрования.

Так как трилон-Б образует прочные комплексы со всеми катионами кальция и магния, не зависимости от характера аниона, поэтому комплексометрическим методом определяют именно общую жесткость воды.

Проба воды должна характеризовать действительный ее состав, поэтому при отборе пробы из водопровода воду спус­кают в течение 10-15 мин. Когда склянка наполнится, воду некоторое время переливают через край.

Из рек и ручьев отбирают пробы воды на глубине 0,75 м в нескольких местах, около берегов и в середине реки. Отдельные пробы смешивают вместе. Анализ воды прово­дят сразу же после взятия пробы или, в крайнем случае, при соответствующем хранении спустя несколько часов.

Оборудование и материалы: Соляная кислота (0,1н), раствор трилона - Б (0,1 н), эрихром черных- кристаллический, фенолфталеин, метилроанжевый, аммиачный буфер, рН-метр, магнитная мешалка, бюрет­ки, пипетки на 100 мл или мерные цилиндры, колбы на 250 мл и 500 мл, стаканы на 200-250 мл, мерные колбы на 200 мл, фильтры.

Ход работы: