Определение жесткости воды

Жесткость воды – совокупность свойств, обусловленных содержанием в ней катионов кальция и магния.

Общая жесткость воды измеряется числом миллимоль-эквивалентов катионов кальция и магния в 1 литре воды, то есть , ммоль/дм³. Жесткость воды можно определить методом комплексонометрического титрования.

Комплексонометрический метод титрования основан на использовании реакций образования комплексных соединений катионов с органическими реактивами, называемыми комплексонами.

Комплексоны – это производные аминополикарбоновых кислот. Наибольшее практическое применение имеет комплексон III – динатриевая соль этилендиаминтетрауксусной кислоты (ЭДТА или трилон Б):

Трилон Б образует растворимые в воде внутрикомплексные соли (хелаты) со многими катионами металлов, например с Мg²⁺:

Комплексный анион этих солей практически не диссоциирует, его можно обозначить Y^4–. Катионы, независимо от заряда, взаимодействуют с трилоном Б в эквимолярных количествах (в соотношении 1 : 1). Например:

Н₂Y^2– + Са²⁺ = СаY^2– + 2Н⁺,

Н₂Y^2– + Bi³⁺ = BiY^– + 2Н⁺,

Н₂Y^2– + Zr⁴⁺ = ZrY + 2Н⁺

Поскольку в результате реакции выделяются ионы водорода, в кислой среде равновесие смещается влево, в сторону разрушения комплекса, поэтому при определении общей жесткости воды реакцию следует проводить в щелочной среде (для сдвига равновесия вправо) при рН = 10. Однако при добавлении щелочи в осадок может выпадать Mg(OH)₂, поэтому используют аммиачно-аммонийную буферную смесь (равные объемы 0,1 М NH₄Cl и 0,1 M NH₄OH, рН » 9).

Точку эквивалентности устанавливают с помощью металлоиндикатора – эриохрома черного или хрома темно-синего, меняющих окраску раствора в точке эквивалентности от винно-красной до сине-фиолетовой в результате реакций:

Ca²⁺ (Mg²⁺) + HInd^2– + OH^– = CaInd^– (MgInd^–) + H₂O

бесцветный сине-голубой винно-красный

CaInd^– (MgInd^–) + Н₂Y^2– + OH^– = СаY^2– (MgY^2–) + HInd^2– + H₂O

винно-красный бесцветный бесцветный сине-голубой

Ход определения общей жесткости воды состоит в следующем.

Промываем бюретку рабочим раствором трилона Б и заполняем ее до нулевого деления.

Промываем пипетку объемом 50 см³ анализируемым раствором (водой). Аликвотную часть исследуемого раствора, отмеренную пипеткой, помещаем в коническую колбу для титрования, добавляем 5 см³ аммиачно-аммонийного буфера и 1–2 капли раствора индикатора хрома темно-синего.

Полученную смесь титруем при непрерывном перемешивании рабочим раствором трилона Б до перехода винно-красной окраски в сине-голубую (через фиолетовую). Под конец титрование проводят очень медленно, тщательно перемешивая смесь после добавления каждой капли титранта.

Титрование повторяем для получения не менее 3-х результатов, отличающихся не более, чем на 0,1 см³. Затем определяем средний объем раствора ЭДТА, идущий на титрование 50 см³ воды. Результаты записываем в таблицу.

Расчет жесткости воды проводим по формуле:

, ммоль/дм3

(11)

где V_ср(ЭДТА) и с( ЭДТА) – средний объем трилона Б и его моль-эквивалентная концентрация.

Опыт повторяем с другим образцом воды.

Сравниваем жесткость речной и дождевой (водопроводной и кипяченой…) воды.

Результаты эксперимента

Объемы раствора трилона Б, расходуемые на титрование 50 см³ ____________воды

По результатам титрования рассчитываем жесткость: