ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №6.

ВИЗНАЧЕННЯ ЗАГАЛЬНОЇ КАЛЬЦІЄВОЇ ТА МАГНІЄВОЇ ТВЕРДОСТІ ВОДИ КОМПЛЕКСОНОМЕТРИЧНИМ МЕТОДОМ

Теоретичний вступ

Катіони Са²⁺ та Mg²⁺ і важких металів зумовлюють твердість води. Але в зв’язку з тим, що в природних водах переважають йони Са²⁺ та Mg²⁺, то загальна твердість води може бути охарактеризована сумою концентрацій йонів Са²⁺ та Mg²⁺.

В нашій країні твердість виражають сумою ммоль-екв йонів Са²⁺ та Mg²⁺, які містяться в одному літрі води. Один ммоль-екв відповідає вмісту у воді 20,04 мг/л. Са²⁺ або 12,15 мг/л Mg²⁺.

За величиною загальної твердості природні води за О.Альокіним поділяють на такі групи:

1) дуже м’які води (<1,5 ммоль-екв/л);

2) м'які води (1,5-3,0 ммоль-екв/л);

3) води середньої твердості (3,0- 5,4 ммоль-екв/л);

4) тверді води (5,4-10,7 ммоль-екв/л);

5) дуже тверді води (>10,7 ммоль-екв/л).

Існують ще інші класифікації води за твердістю.

Найбільш м’які води – це води атмосферних опадів, які мають твердість 70-100 мкмоль-екв/л. Твердість підземних вод визначається складом контактуючих з ними порід. Так, грунтові води Донбасу, які формуються під дією крейдяних та доломітових порід, є дуже твердими (~18-30 ммоль-екв/л).

Твердість річкових вод залежить від кліматичних умов і характеру живлення річок, а також від пори року. Наприклад, твердість води (ммоль-екв/л) в таких річках складає:

Дніпро - 5,135

Дон - 5,777

Амур - 1,448

Волга (нижня течія) - 6,490.

Твердість води в морях значно вища. Так, вода Чорного моря має загальну твердість 65,5 ммоль-екв/л. Середнє значення твердості води світового океану 130,5 ммоль-екв/л. Загальна твердість питної води за ДСанПіН України може бути не більша за 7 ммоль-екв/л (додаток, табл.1).

У воді йони Са²⁺ та Mg²⁺ можуть бути зв’язані з різними аніонами (НСО₃^-, СО₃^2-, SO₄^2-, С1^- тощо).

Таку твердість води, яка обумовлена наявністю гідрогенкарбонатів кальцію і магнію, називають карбонатною, а твердість води, яка обумовлена наявністю сульфатів, хлоридів та інших солей Са²⁺ та Mg²⁺, називають некарбонатною. При тривалому кип'ятінні води з карбонатною твердістю в ній з’являється осад:

;

;

L ;

L .

Твердість води, яка усувається при її кип’ятінні, називають тимчасовою твердістю. Треба розрізняти карбонатну і тимчасову твердість. При кип’ятінні у воді залишається деяка кількість йонів Са²⁺, Mg²⁺, СО₃^2-. Різниця між карбонатною і тимчасовою твердістю характеризує залишкову твердість. Твердість води, яка залишається після її кип'ятіння, називається постійною.

Присутність у воді значної кількості солей Са²⁺ та Mg²⁺ спричиняє непридатність води для господарсько-побутових потреб та інших видів водокористування.

Для водозм’якшення застосовують методи осадження та йонного обміну. Метод осадження поділяється на термічний та реагентний. При застосуванні термічного методу воду кип’ятять. При цьому відбуваються такі процеси:

При застосуванні реагентного методу у воду вводять різні реагенти. Найчастіше це вапно і сода, а також розчинні фосфати.

Вапнування води:

При застосуванні соди Na₂CO₃ відбуваються такі реакції:

Для усунення твердості методом йонного обміну воду пропускають через катіоніти. При цьому катіони Са²⁺, Mg²⁺, які знаходяться у воді, обмінюються на катіони Na⁺ або Н⁺, які містяться в катіоніті:

(Н₂R застосовують, якщо ммоль-екв/л).

Комплексонометричний метод визначення загальної твердості води заснований на зв’язуванні йонів Кальцію та Магнію натрій етилендиамінтетраацетом натрію (ЕДТА) – трилоном Б в комплексні сполуки.

Формула трилону Б:

NaOOC – H₂C CH₂ - COONa

N – CH₂ – CH₂ – N ^. 2H₂O

HOOC – H₂C CH₂ – COOH

При наявності у воді йонів Са²⁺ і Mg²⁺ відбувається така реакція:

Ме²⁺ + Н₂ЕДТА^2- = МеЕДТА^2- + 2Н⁺,

де: Ме - Са²⁺ або Mg²⁺.

Стійкі комплексні сполуки утворюються при рН=10. Для підтримування такого значення рН застосовують буферну суміш - амоній гідроксиду з амоній хлоридом.

При додаванні індикатора еріохрому чорного Т розчин набуває вишнево-червоного забарвлення: утворюються комплекси зазначеного індикатора з йонами Са²⁺ і Mg²⁺. Коли йони Кальцію та Магнію повністю відтитруються, індикатор витісняється з сполук, а у вільній формі він має синє забарвлення. Поява синього забарвлення означає кінець титрування.

Незалежно від заряду катіонів 1 моль катіонів зв’язується з 1 моль ЕДТА: f_ЕКВ (Меⁿ⁺) = f_ЕКВ (ЕДТА) = 1; Ме(Меⁿ⁺) = М(Меⁿ⁺), Ме(ЕДТА) = М(ЕДТА); Сн. (ЕДТА) = См(ЕДТА).