Визначення загальної лужності і карбонатної жорсткості води

Загальна лужність природних вод, утворена аніонами слабких кислот ( , , , , ) і іншими аніонами, що гідролізуються з утворенням , виражається в міліграм-еквівалентах кислоти, необхідної для нейтралізації 1 л води до значення рН=4. Загальну лужність визначають титруванням води кислотою в присутності індикатора метилового оранжевого до переходу жовтого забарвлення в оранжеве. Краще користуватися комбінованим індикатором (метиловий оранжевий + індиго кармін, забарвлення якого перетворюється із зеленого у фіолетове).

Карбонатна лужність (іони та ) обумовлена наявністю у воді розчинних середніх карбонатів, які створюють у воді лужне середовище. Вона може бути визначена, якщо відтитрувати воду кислотою з індикатором фенолфталеїном і зумовлює лужність води за фенолфталеїном. Із цим індикатором відтитровується тільки половина карбонатів, оскільки нейтралізація йде до утворення гідрокарбонатів, відповідно до рівняння

або

або

-іони, що утворюються, підкислюють розчин (рН середовища стає <8,2, при рН=3,6) і фенолфталеїн знебарвлюється, тому загальна кількість дорівнює подвоєній кількості кислоти, витраченої на титрування. Якщо, додавши до води індикатора метилового оранжевого, продовжити титрування до зміни його забарвлення, то будуть нейтралізуватися іони як ті, що утворилися з іонів , так і раніше присутні в аналізованій воді

або

Іони титруються соляною кислотою у присутності індикатора метилового оранжевого (при рН=3,6). Реакцію, що перебігає при цьому, можна виразити рівнянням:

Якщо лужність за фенолфталеїном дорівнює нулю, то загальна лужність зумовлена присутністю тільки гідрокарбонатів .

Для переважної більшості природних вод іони зв'язані тільки з іонами і . Тому у тих випадках, коли лужність за фенолфталеїном дорівнює нулю, можна вважати, що загальна лужність води дорівнює її карбонатній жорсткості. Некарбонатну (постійну) жорсткість визначають як різницю між загальною жорсткістю і карбонатною.

Хід визначення.

До 100 мл досліджуваної води, відміреної піпеткою у конічну колбу на 250 мл, додають 2-3 краплі розчину фенолфталеїну. Якщо з'являється рожеве забарвлення, воду титрують 0,1 н. розчином соляної кислоти до знебарвлення. Потім у ту ж колбу додають 2-3 краплі розчину метилового оранжевого і продовжують титрувати 0,1 н. розчином соляної кислоти до переходу забарвлення з жовтого у рожеве. Записують об’єм 0,1 н. розчину соляної кислоти, витрачений на титрування з фенолфталеїном і загальний об’єм 0,1 н. розчину соляної кислоти і загальний об’єм 0,1 н. розчину соляної кислоти, витрачений на все титрування.

Величину загальної лужності , (за фенолфталеїном), у мг-екв/л обчислюють відповідно за формулами:

; (1)

; (2)

, (3)

де – сумарний об’єм соляної кислоти, що йде на титрування, мл;

– об’єм соляної кислоти, що йде на титрування за фенолфталеїном, мл;

– об’єм аналізованої води, взятої для титрування, мл;

– нормальність соляної кислоти;

1000 – множник для перерахування на 1 л води в мг-екв.

При рН<8 іони практично відсутні, і загальна лужність аналізованої води обумовлена тільки іонами – забарвлення води не змінюється від додавання фенолфталеїну та об’єм .

При рН≥8 загальна лужність обумовлена іонами та ; об’єм . Якщо у воді крім іонів , присутні іони , про що свідчить високе значення рН аналізованої води й те, що подвоєний об’єм кислоти, що йде при титруванні з фенолфталеїном, більше об’єму, необхідного для титрування загальної лужності , карбонатну ( ), гідрокарбонатну ( ) і гідратну лужність ( ) розраховують по номограмі (нормативні документи).

Для одержання результатів у мг/л знайдені по формулах (2) і (3) величини множать на коефіцієнти 30 і 61 (значення мг-екв відповідно та ). Значення міліграм-еквівалентів деяких іонів наведені в табл. 1.

Таблиця 1

Коефіцієнти для перерахування вмісту деяких іонів із мг-екв/л на мг/л (1 мг-екв/л = a мг/л), і навпаки (1 мг/л = b мг-екв/л)

Іони	a	b	Іони	a	b
Катіони			0,0547
		0,0435			0,1124
		0,0258	Аніони
		0,0554			0,0282
		0,0499			0,0164
		0,0822			0,0164
		0,01457			0,0333
		0,0364			0,0208
		0,0358

Проба після оцінки загальної лужності може бути використана для визначення та .

Визначення загальної жорсткості води комплексометричним методом (за допомогою трилона Б). Комплексометричний метод визначення загальної жорсткості заснований на тому, що іони кальцію і магнію зв'язуються з трилоном Б у комплексні сполуки.

Формула трилона Б:

\ /

/ \

При цьому перебігає реакція:

,

де або .

Тому що іони і утворюють із трилоном Б малостійкі комплекси, титрування їх ведуть у лужному середовищі, застосовуючи для цього суміш гідроксиду амонію з хлоридом амонію (аміачний буферний розчин).

Хід визначення. До 100 мл досліджуваної води, відміреної піпеткою у конічну колбу на 250 мл, доливають 5 мл аміачного буферного розчину і 6-7 крапель розчину індикатора еріохром чорного Т (ЕХЧ-Т), що з іонами і утворює комплекси червоно-малинового кольору.

При наявності і розчин забарвлюється у червоно-малиновий колір. Цей розчин повільно титрують 0,05 н. розчином трилона Б до зміни забарвлення на синювато-сіре. Це свідчить про те, що всі іони і зв'язані трилоном Б.

Загальну жорсткість розчину (Ж_заг) розраховують за формулою:

, мг-екв./л,

де – об’єм розчину трилона Б, витрачений на титрування води, що досліджується, мл;

– нормальність розчину трилона Б;

– об’єм води, що досліджується, мл.

Визначення кальцієвої і магнієвої жорсткості води (вміст іонів і ) комплексометричним методом. Спочатку визначають загальну жорсткість води за методикою, описаною вище, потім осаджують іони у вигляді осаду оксалату кальцію :

,

у результаті визначають магнієву жорсткість. Кальцієву жорсткість визначають, як різницю між загальною і магнієвою жорсткістю.

Хід визначення. До 100 мл досліджуваної води, відміреної піпеткою у конічну колбу ємністю 250 мл, додають 1-2 краплі розчину індикатора метилового червоного, підкислюють 0,1 н. розчином соляної кислоти до кислої реакції і приливають 10-15 мл 5%-го розчину оксалату амонію. Додають аміак, доки розчин не змінить забарвлення з червоного на жовте, додатково додають ще 5-6 крапель аміаку, ставлять на плиту і, обережно перемішуючи, дають йому прокипіти.

При цьому випадає більш крупний осад оксалату кальцію , який відфільтровують через щільний беззольний фільтр. Осад на фільтрі промивають 2 рази невеликою кількістю холодної дистильованої води. Промивання води приєднують до фільтрату і визначають жорсткість: до розчину доливають 5 мл аміачного буферного розчину, 6-7 крапель розчину індикатора еріохром чорного і титрують розчином трилона Б до переходу забарвлення з малиново-рожевого у синє-блакитне.

Магнієву жорсткість обчислюють за формулою:

, мг-екв./л,

де – об’єм розчину трилону Б, витрачений на титрування, мл;

– об’єм досліджуваної води, мл;

– нормальність розчину трилону Б.

Кальцієву жорсткість обчислюють за формулою:

, мг-екв./л.

Вміст іонів обчислюють за формулою:

, мг/л.

Вміст іонів обчислюють за формулою:

, мг/л.

де 20,04 і 12,16 – еквіваленти кальцію і магнію.

Питання:

1. Дайте визначення жорсткості води.

2. Якою буває жорсткість води?

3. Як підрозділяють жорсткість води?

4. Дайте визначення тимчасової та постійної жорсткості води.

5.Дайте визначення загальної лужності.

6. Охарактеризуйте комплексометричний метод визначення жорсткості води.

7. Яка припустима жорсткість води для господарсько-питного водопостачання згідно ГОСТ 2874-82?

8. Що таке буферні розчини?

9. Дайте кількісну характеристику водневого показника (рН).

10. Поясніть зв'язок водневого показника з іонним добутком води.

11. Назвіть методи усунення жорсткості води. Охарактеризуйте кожний метод.

12. Назвіть властивості буферних розчинів.

13. Назвіть основні способи визначення концентрації розчинів.

14. Яких правил слід дотримуватись при готуванні нормальних розчинів складних речовин (кислот, лугів, солей)?

15. Дайте визначення нормальності розчину.

Лабораторна робота 2