ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 7

Тема. Комплексонометрическое определение кальция, магния в воде.

Цель. Ознакомиться с методом комплексонометрического титрования, со способом стандартизации раствора комплексона III, определить содержание кальция и магния в питьевой воде.

Жесткостью воды называется совокупность свойств, обусловленных содержанием в ней щелочноземельных элементов, преимущественно ионов кальция и магния.

В зависимости от рН и щелочности воды жесткость выше 10°Ж может вызывать образование шлаков в распределительной системе водоснабжения и накипи при нагревании. Вода жесткостью менее 5°Ж может оказывать коррозионное воздействие на водопроводные трубы. Жесткость воды может влиять и на применяемость для потребления человеком с точки зрения ее вкусовых свойств.

Согласно ГОСТ 6055 – 86 различают:

Ø карбонатную жесткость – это совокупность свойств воды, обусловленных присутствием в ней гидрокарбонатов кальция, магния и железа. Часто этот вид жесткости называют временной или устранимой;

Ø некарбонатную жесткость – совокупность свойств воды, обусловленных присутствием в ней сульфатов, хлоридов, силикатов, нитратов и фосфатов кальция, магния и железа. Этот вид жесткости также называют постоянной или неустранимой;

Ø общую жесткость, складывающуюся из карбонатной и некарбонатной жесткости. Она равна сумме концентраций ионов Са²⁺, Mg²⁺, Fе²⁺.

Количественно жесткость воды выражают единицами жесткости. Для общей жесткости воды она равна сумме молярных концентраций эквивалентов ионов кальция (½Ca²⁺) и магния (½Mg²⁺) в воде, т.е. одна единица жесткости соответствует массовой концентрации ионов Са²⁺, равной 20,4 мг/л или ионов Mg²⁺, равной 12,15 мг/л. Единицей измерения жесткости являлся моль/м³. Числовое значение жесткости, выраженное в ммоль/л, совпадает со значением в моль/м³.

При оценке жесткости воды обычно воду характеризуют следующим образом:

Вода	Жесткость, ммоль/л
очень мягкая вода	< 1,5
мягкая вода	1,5 - 4
вода средней жесткости	4 - 8
жесткая вода	8 - 12
очень жесткая вода	> 12

Общую жесткость питьевых вод определяют по ГОСТ Р 52407-2005.

Метод определения жесткости основан, на реакции комплекообразования между катионами кальция и магния (катионы жесткости) и полидентатным лигандом - динатриевой солью этилендиаминтетрауксусной кислоты (комплексон III или Трилон Б) при рН = 9 - 10. Комплексон III имеет структуру:

Реакции взаимодействия комплексона III с катионами Са²⁺ и Мg²⁺ в аммиачном буферном растворе при рН = 9-10 могут быть выражены уравнением:

Me²⁺ + HY^3- + NH₃ ó MeY^2- + NH₄⁺

Для титрования с комплексоном III используют металлохромный индикатор - эриохром черный Т (общая формула H₃Ind):

Индикатор при рН =9 - 10 образует с ионами Са²⁺ и Mg²⁺ окрашенное в красный цвет комплексное соединение, менее прочное чем комплексонаты кальция и магния:

Me²⁺ + HInd^2– + NH₃ ó MeInd^– + NH₄⁺

голубой красный

Образующийся комплекс имеет строение:

При титровании раствором комплексона III, комплекс металла с индикатором менее прочный, он разрушается:

MeInd^–+ HY^3– + NH₃ ó MeY^2–+HInd^2-+NH₄⁺

красный голубой

Таким образом, в точке эквивалентности наблюдают цвет свободного индикатора в аммиачном буфере.

Растворы: раствор комплексона III с концентрацией С(½ Комплексон III) = 0,05 моль/л; стандартный раствор соли цинка(ІІ) с концентрацией С(½ Zn²⁺) = 0,05000 моль/л; аммиачный буферный раствор с рН 9,5-10; индикаторная смесь эриохрома черного Т с хлористым натрием (1:100).

Стандартизация раствора комплексона III

Аликвоту 10,00 мл стандартного раствора соли цинка переносят в коническую колбу для титрования, добавляют 70 мл дистиллированной воды, 10 мл буферного раствора и около 0,1 г индикаторной смеси эриохрома черного Т. Раствор перемешивают и титруют из бюретки раствором комплексона III до перехода красной окраски раствора в голубую. Титрование повторяют несколько раз.

Молярную концентрацию раствора комплексона III рассчитывают по формуле:

С (½ Комплексона III) =	С(½Zn2+)·V(Zn2+)
VкомплексонаIII

где С(½Zn²⁺) – молярная концентрация эквивалента стандартного раствора соли цинка, моль/л;

V(Zn²⁺) – объем аликвоты стандартного раствора цинка, мл;

V_{комплексонаIII} – объем раствора комплексона III, пошедший на титрование.

Определение общей жесткости воды комплексонометрическим методом

ОТБОР ПРОБ

Общие требования к отбору проб - по ГОСТ Р 51592 и ГОСТ Р 51593.

Пробу анализируемой воды отбирают в емкость, изготовленную из полимерных материалов или стекла. Срок хранения пробы воды - не более 24 ч.в. Отбор пробы производится после спуска воды в течение не менее 15 минут при полностью открытом кране. Объем пробы воды для определения общей жесткости должен быть не менее 400 мл. Для увеличения срока хранения пробы и для предотвращения осаждения из воды карбонатов кальция (что характерно для подземных или бутилированных вод) пробу подкисляют соляной кислотой до рН < 2. Контроль рН проводят по универсальной индикаторной бумаге или с использованием рН-метра. Срок хранения подкисленной пробы воды - не более одного месяца.

В коническую колбу для титрования вносят 100 мл испытуемой воды или меньший объем, разбавленный до 100 мл дистиллированной водой. Затем прибавляют 5 мл аммиачного буферного раствора, приблизительно 0,1 г сухого индикатора эриохрома черного Т и сразу же титруют при сильном взбалтывании 0,05 М раствором комплексона ІІІ до изменения окраски в эквивалентной точке из красной в синюю с зеленоватым оттенком.

Если после прибавления к отмеренному объему воды буферного раствора и индикатора титруемый раствор постепенно обесцвечивается, приобретая серый цвет, что указывает на присутствие марганца, то в этом случае к пробе воды, отобранной для титрования, до внесения реактив следует прибавить 5 капель 1%-ного раствора солянокислого гидроксиламина и далее определяют жесткость, как указано выше.

Если титрование приобретает крайне затяжной характер с неустойчивой и нечеткой окраской в эквивалентной точке, что наблюдается при высокой щелочности воды, ее влияние устраняется прибавлением к пробе воды, отобранной для титрования, до внесения реактивов 0,1н раствора HCl в количестве, необходимом для нейтрализации щелочности воды, с последующим кипячением или продуванием раствора воздухом в течение 5 мин. После этого прибавляют буферный раствор, индикатор и далее определяют жесткость, как указано выше.

Запись в лабораторном журнале:

Объем аликвоты воды, зятой для анализа V(Н₂О) = 100,0 мл

Концентрация раствора титранта C(½ Комплексона III)·= _,_ _ _ _ моль/л

Объем раствора титранта, пошедший на титрованиеV_{комплексонаIII} (1) =_ _,_ _ мл

V_{комплексонаIII} (2) =_ _,_ _ мл

V_{комплексонаIII} (3) =_ _,_ _ мл

V_{комплексонаIII} (среднее)=_ _,_ _ мл

Общую жесткость воды С(½Ca²⁺, ½ Mg²⁺) в ммоль/л (°Ж) вычисляют по формуле:

С(½Ca2+, ½ Mg2+) =	C (½ Комплексона III)·VкомплексонаIII·1000
Vводы

где C (½ Комплексона III) - концентрация раствора комплексона ІІІ, рассчитанная при стандартизации раствора титранта, моль/л;

V_{комплексонаIII} – среднее значение объема раствора комплексона ІІІ, израсходованного на титрование, мл;

V_воды - объем воды, взятый для определения, мл.

Расхождения между повторными определениями не должно превышать 2 отн.%.

Литература

1. ГОСТ Р 52407-2005. Вода питьевая. Методы определения жесткости. – М.: Стандартинформ, 2006. -

2. Шевчук И.А., Симонова т.Н., Рокун А.Н. Практикум по аналитической химии: гравиметрический и титриметрический методы в анализе природных и промышленных объектов. – Донецк: Изд-во «Вебер» (Донецкое отделение), 2009. – 392 с.

3. Пилипенко А.Т., Пятницкий И.В. Аналитическая химия. - М.:Химия, 1990. - Т.1. - С.273 - 291.