Как найти временную жесткость воды. Жесткость воды

Определяют общую, кальциевую и магниевую жесткость.

Общая жесткость воды характеризует суммарную концентрацию ионов кальция (кальциевая жесткость) и магния (магниевая жесткость), мг-экв/л.

В зависимости от анионов, с которыми взаимодействуют катионы жесткости (Mg2+, Ca2+), различают карбонатную и некарбонатную жесткость.

Карбонатная жесткость обусловлена присутствием в воде карбонатов кальция и магния. Некорбанатная - содержанием в воде, главным образом, сульфатов и хлоридов кальция и магния. Карбонатная и некарбонатная жесткость могут быть рассчитаны на основании определения общей, кальциевой жесткости и концентраций сульфатов и хлоридов.

Общая жесткость воды

Сущность метода

Определение жесткости проводят комплексонометрическим методом с двунатриевой солью этилендиаминтетрауксусной кислоты (Трилоном Б, Na2H2R):

NaOOC – H2C CH2OOH

N – CH2 – CH2 – N (11)

HOOC – H2C CH2OONa

Титрование проводят в щелочной среде в присутствии индикатора (хромоген черный ЕТ-00, эриохром черный Т, кислотный хром темно-синий, точка эквивалентности при рН~10).

При титровании раствора Трилоном Б происходит разрушение комплекса металла с индикатором (Me2+ ) и образование более прочного комплекса металла с Трилоном Б:

Me2+ + Na2H2R Na2[ MeR ] + Ind + 2 H+, (12)

где Me - Ca, Mg; R - радикал этилендиаминтетрауксусной кислоты.

Условия применимости . Метод применим при минимальной жесткости ~0.05 мг-экв/л. При жесткости выше 20 мг-экв/л можно проводить титрование пробы 0,1 н Раствором трилона Б. При жесткости от 0,5 до 20 мг-экв/л - 0,05 н. раствором трилона Б и при жесткости менее 0,5 мг-экв/л - применяется раствор концентрации 0,01 н.

Мешающие влияния. Определению жесткости мешают железо, цинк, медь, олово, марганец, так как применяемы индикаторы чувствительны к присутствию данных катионов. Для устранения мешающего влияния в пробу добавляют сульфид натрия, а в случае присутствия марганца - солянокислый гидроксиламин.

Реактивы и оборудование

– исследуемая проба;

– 1% раствор солянокислого гидроксиламина;

– 2–5% раствор сульфида натрия;

– буферный раствор (рН=10);

– индикатор (хромоген черный ЕТ-00, эриохром черный Т, кислотный хром темно-синий);

– трилон Б;

– 0,1 н соляная кислота.

Проведение анализа

Определение общей жесткости . Для анализа берут пипеткой 100 мл пробы (или меньшее количество при высокой жесткости, доводя объем до 100 мл), если необходимо добавляют 2 мл раствора солянокислого гидроксиламина (1%) и 1 мл раствора сульфида натрия (2...5%), 5 мл буферного раствора (рН=10) и 0,1–0,2 г индикатора. После перемешивания пробу титруют трилоном Б до перехода окраски из винно-красной до синей.

Общую жесткость пробы х , мг-экв/л, вычисляют по формуле:

(13)

где N

V – количество раствора трилона Б, израсходанного на титрование, мл.

В кислой среде необходимо параллельно определить кислотность, а затем в пробу для определения жесткости добавить эквивалентное количество щелочи, пошедшее на нейтрализацию кислотности и производить определение обычным способом.

Кальциевая жесткость воды

Ион кальция в щелочной среде при рН выше 10 с мурексидом образует соединения, окрашенные в оранжево-розовый цвет. В этих условиях магний не титруется трилоном Б.

Для определения в колбу отбирают пипеткой 100 мл пробы, содержащей не более 15 мг кальция или меньшее количество пробы, разбавленное до 100 мл дистиллированной водой.

Кислые пробы при анализе нейтрализуют добавлением щелочи в количестве, эквивалентном кислотности пробы. При анализе проб, щелочность которых превышает 6 мг-экв/л, добавляют эквивалентное количество 0,1 н соляной кислоты, кипятят 1 минуту и охлаждают.

Затем прибавляют 2 мл едкого натра, индикатор и титруют трилоном Б до изменения окраски из розовой в лиловую.

Помимо перечисленных вредных влияний на точность определения могут влиять фосфаты. При высоком содержании фосфатов при рН~12–-13 выпадает осадок фосфата кальция. Для устранения влияния фосфатов раствор разбавляют.

Реактивы и оборудование

– коническая колба емкостью 250 мл;

– 100 мл исследуемой воды;

– 2 н раствор NаОН;

– индикатор мурексид;

– 0,1 н раствор трилона Б.

Проведение анализа

В коническую колбу емкостью 250 мл вносят 100 мл исследуемой воды. Затем прибавляют 2 мл 2 н раствора NаОН, на кончике ложечки вносят в колбу немного сухого индикатора мурексида и медленно титруют 0,1 н раствором трилона Б при энергичном перемешивании до перехода окраски от красной до лиловой.

(14)

где V – количество раствора трилона Б в мл, израсходованное на титрование;
К – поправочный коэффициент к титру раствора трилона Б;
N – нормальность раствора трилона Б;
W – объем исследуемой воды в мл.

Магниевая жесткость воды

Магниевую жесткость определяют расчетным способом, вычитая результаты определения кальциевой жесткости из общей жесткости.

[Мg2+] = (А – В)L мг/л, (15)

где А – общая жесткость воды, мг-экв/л;
В – кальциевая жесткость воды, мг-экв/л;
L – эквивалент магния, мг/л.

Цель работы : проведение анализа воды на жесткость и ее умягчение методом катионирования .

1. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ВВЕДЕНИЕ

Жесткость воды – это совокупность свойств, обусловленных содержанием в воде ионов и . Суммарная концентрация ио нов (кальциевая жесткость воды) и (магниевая жесткость воды) называется общей жесткостью. Общая жесткость включает карбонатную жесткость, обусловленную содержанием в воде гидрокарбонатов кальция и магния, и некарбонатную, обусловленную содержанием в воде сульфатов и хлоридов кальция и магния. Карбонатную жесткость можно снизить кипячением, поэтому такую жесткость называют временной. Некарбонатная жесткость не уменьшается при кипячении, поэтому ее называют постоянной.

Величину жесткости природных вод выражают в миллиэквивалентах на 1 л воды (мэкв /л). Один миллиэквивалент жесткости отвечает содержанию 20,40 мг/л или 12,16 мг/л .

ПРИМЕР 1. Вычислить жесткость воды, зная, что 500 л ее содержат 202,5 г гидрокарбоната кальция.

Решение . В 1 л воды содержится 202,5 : 500 = 0,405 г , что составляет 0,405: 81 = 0,005 эквивалентных масс или 5 мэкв /л (81 г/моль – экивалентная масса ). Следовательно, жесткость воды 5 мэкв /л.

ПРИМЕР 2 . Сколько граммов сульфата кальция содержится в 1 м 3 воды, если жесткость воды, обусловленная присутствием этой соли, равна 4 мэкв /л?

Решение. Мольная масса равна 136,14 г/моль; эквивалентная масса равна 136,14 : 2 = 68,07 г/моль. В 1 м 3 воды жесткостью 4 мэкв /л содержится 4 1000 = 4000 мэкв , или 4000 68,07 = 272280 мг = 272,280 г .

Жесткость природных вод колеблется в очень широких пределах – от 0,1 - 0,2 мэкв /л в водах рек и озер, расположенных в зонах тайги и тундры, до 80 - 100 мэкв /л в некоторых подземных водах и водах морей и океанов. Повышенная жесткость в водах природных источников обусловлена контактом воды с горными породами, содержащими карбонаты и сульфаты.

Применение жесткой воды недопустимо в некоторых отраслях промышленности, например в теплоэнергетике, так как в котлах и отопительных приборах образуется накипь, что ухудшает теплообмен. Поэтому жесткость является одним из показателей качества воды, который необходимо контролировать.

При необходимости использования водоисточника с высокой жесткостью воды применяют специальные методы умягчения воды. Умягчение может быть осуществлено переводом солей жесткости в труднорастворимые или комплексные соединения, перегонкой воды, методом ионного обмена.

При умягчении воды методом осаждения соли жесткости переводят в следующие труднорастворимые соединения: карбонат кальция, гидроксид магния, трехзамещенные фосфаты. В зависимости от применяемого осадителя способы обработки называют известкованием, содоизвесткованием , фосфатированием .

Процессы, протекающие при известковании (обработка известью , описываются уравнениями:

Постоянная жесткость известью не удаляется – изменяется ее состав: магниевая жесткость переходит в эквивалентное количество кальциевой.

Обработка воды содой и известью (содоизвесткование ) может быть описана теми же уравнениями (кроме последнего ) и в дополнение к ним следующими:

При содоизвестковании устраняется как временная, так и постоянная жесткость.

Осаждение солей жесткости фосфатом натрия называется фосфатированием воды. Оно применяется и как самостоятельный метод умягчения и как метод доумягчения воды после предварительного снижения жесткости другими способами.

Умягчение воды переводом солей жесткости в комплексные соединения основано на образовании хорошо растворимых комплексных солей. На практике для связывания в комплекс ионов жесткости используют: гексаметафосфат натрия и комплексон 111 (трилон Б).

Наиболее глубокое умягчение воды достигается методом ионного обмена. Ионный обмен основан на способности некоторых высокомолекулярных соединений (ионитов) вступать в обратимые реакции обмена ионами, причем этот обмен происходит в строго эквивалентных соотношениях. Обменными ионами могут быть как катионы (в этом случае ио нит называют катионитом), так и анионы (в этом случае ионит называют анионитом).

При умягчении воды применяют катионный обмен. Обменными ионами обычно служат ионы или ионы катионита.

Процесс умягчения может быть представлен уравнениями:

, ;

, .

где - условное обозначение катионита в - форме;

Условное обозначение катионита в - форме.

Важнейшей характеристикой ионита является его обменная емкость. В практике водоподготовки ионит характеризуют по динамической обменной емкости, выражаемой числом эквивалентов поглощаемого иона на 1 м 3 ионита в рабочем состоянии.

Регенерация катионита основана на обратимости процесса ионного обмена. - катионит после истощения регенерируется 5-8 % раствором хлорида натрия, - катионит – 1-1,5 % раствором серной кислоты. После регенерации катионит отмывают умягченной водой.

Для определения жесткости воды применяют титриметрический метод, причем для определения общей жесткости используют комплексонометрическое титрование, акарбонатную жесткость определяют методом кислотно-основного титрования.

ПРИМЕР 3. Вычислить карбонатную жесткость воды, зная, что на титрование 100 см 3 этой воды, содержащей гидрокарбонат кальция, потребовалось 6,25 см 3 0,08 н. раствора соляной кислоты.

Решение. Вычислим нормальность раствора гидрокарбонат кальция. Обозначив число эквивалентов растворенного вещества в 1 л раствора, т.е. нормальность, через Х, составляем пропорцию:

, н .

Таким образом в 1 л исследуемой воды содержится 0,005 1000 = 5 мэкв гидрокарбоната кальция или 5 мэкв ионов кальция. Карбонатная жесткость воды 5 мэкв .

Оборудование и реактивы:

1. Мерный цилиндр вместимостью 100 мл – 1.

2. Бюретка вместимостью 25 мл – 2.

3. Колбы для титрования вместимостью 200-250 мл – 3 шт.

4. Пипетка вместимостью 5 мл – 1 шт.

5. Колонка, заполненная катионитом – 1 шт.

6. 0,01 н раствор комплексона 111

7. 0,1 н раствор соляной кислоты.

8. Индикатор эриохром черныйТ.

9. Индикатор метиловый оранжевый.

10. Аммиачный буферный раствор.

2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ.

ОПЫТ 1 . ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОБЩЕЙ ЖЕСТКОСТИ ВОДЫ КОМПЛЕКСОНОМЕТРИЧЕСКИМ МЕТОДОМ.

В основе метода лежит реакция образования внутримолекулярной растворимой соли комплексона 111 с ионами и . Ион металла замещает атомы водорода карбонильных групп , а также связывается координационной связью с атомами азота, при этом один ион металла образует соединение только с одной молекулой комплексона 111.

Комплексон 111 – это двузамещенная соль натриевая соль этилендиаминтетрауксусной кислоты

При титровании образуется соединение:

В качестве индикаторов, для фиксирования точки эквивалентности, используют металлоиндикаторы . Металлоиндикаторы – это органические красители, образующие окрашенные комплексные соединения с ионами металлов, менее прочные чем комплекс металла с комплексоном 111. Реакцию металла с индикатором можно представить уравнением:

Например, если в раствор соли кальция, при рН=7-11 ввести эриохром черный Т, то раствор окрасится в красный цвет, если этот раствор титровать раствором комплексона 111, который с дает бесцветный более прочный комплекс, чем комплекс с индикатором, то в конечной точке титрования раствор примет синий цвет.

Выполнение опыта . Отберите мерным цилиндром 100 мл воды и перенесите ее вколбу для титрования; добавьте к исследуемой воде 5 мл аммиачного буферного раствора и несколько кристалликов (на кончике шпателя) эриохрома черного Т.

Приготовленную пробу медленно при постоянном перемешивании оттитруйте раствором комплексона 111 до перехода розовой красной окраски в голубую. Результат титрования запишите. Повторите титрование еще раз. Если результаты двух титрований совпадут ( мл), найдите средний объем раствора комплексона 111, израсходованный на титрование и рассчитайте общую жесткость воды. В противном случае оттитруйте пробу еще раз. Результаты опыта запишите в таблицу 1.

Общую жесткость воды рассчитываем по закону эквивалентов:

.

Таблица 1

Опытные данные

ОПЫТ 2 . ОПРЕДЕЛЕНИЕ КАРБОНАТНОЙ И НЕКАРБОНАТНОЙ ЖЕСТКОСТИ ВОДЫ.

Определение карбонатной жесткости воды сводится к измерению концентрации гидрокарбонат-иона и тем самым эквивалентной этим ионам концентрации ио нов жесткости и . Для анализа используют метод кислотно-основного титрования, основанный на реакции нейтрализации.

Анион в воде гидролизуется :

поэтому вода имеет щелочную реакцию. При титровании протекает реакция нейтрализации:

.

В качестве индикаторов используют вещества, изменяющие свою окраску в зависимости от рН среды. По своей химической природе индикаторы представляют собой слабые органические кислоты или слабые органические основания , у которых молекулярная и ио нная формы имеют различную окраску.

Согласно ионной теории индикаторов изменение цвета индикатора вызывается смещением равновесия диссоциации:

В кислой среде индикатор находится в недиссоциированой форме (), так как избыток ионов водорода связывается с анионами индикатора – преобладает окраска 1.

В щелочной среде гидроксильные ио ны связывают протоны в малодиссоциирующее вещество – воду. Равновесие смещается в сторону диссоциации кислоты, что приводит к возрастанию концентрации ио нной формы - преобладает окраска 11.

Выполнение опыта. Отберите мерным цилиндром 100 мл воды и переносите ее в колбу для титрования. Добавьте к исследуемой воде 2 капли метилового оранжевого.

Приготовленную пробу медленно, при постоянном перемешивании, оттитруйте раствором соляной кислоты до перехода желтой окраски индикатора в оранжевую. Результат титрования запишите. Повторите титрование еще раз. Если результаты двух титрований совпадут ( мл), найдите средний объем раствора соляной кислоты, израсходованный на титрование и рассчитайте карбонатную жесткость воды. В противном случае оттитруйте пробу еще раз.

Результаты опыта запишите в таблицу 2.

Таблица 2

Опытные данные

Жесткость воды , совокупность свойств воды, обусловленная наличием в ней преимущественно Са 2+ (кальциевая жесткость воды) и Mg 2+ (магниевая жесткость воды). Один из возможных их источников - горные породы (известняки, доломиты), которые растворяются в результате контакта с природной водой. Сумма Са 2+ и Mg 2+ называется общей жесткость воды. Она складывается из карбонатной (временной, устраняется кипячением) и некарбонатной (постоянной) жесткости воды. Первая вызвана присутствием в воде гидрокарбонатов Са и Mg [при кипячении разлагаются на СаСО 3 и Mg(OH) 2 с выделением СО 2 ], вторая - наличием сульфатов, . . нитратов и фосфатов этих . В СССР жесткость воды выражают в ммоль экв/л: карбонатная жесткость отвечает той части Са 2+ и Mg 2+ , которая эквивалентна содержащимся в воде НСО 3 - , некарбонатная - SO 4 2 - , NO 3 - и др. (1 ммоль экв/л соответствует 20,04 мг/л Са 2+ или 12,16 мг/л Mg 2+). В других странах для выражения жесткости воды часто используют так называемые градусы жесткости. Например, градус жесткости немецкий, соответствующий 0,01 г СаО в 1 л воды, равен 0,357 ммоль экв/л. Жесткость воды обычно определяют титрованием раствором дигидрата динатриевой этилендиаминтетрауксусной кислоты (комплексон III, трилон Б) в щелочной среде. При титровании с использованием комплексонометрических находят: в присутствии эриохрома черного Т (хромогеновый черный ЕТ) - общую жесткость воды (Ж об), в присутствии (пурпурат аммония) - кальциевую жесткость воды (Ж Са). Магниевую жесткость воды определяют из выражения: Ж Mg = Ж об - Ж Ca . Если содержание Са 2+ и Mg 2+ в воде было найдено другими методами, общую жесткость воды можно вычислить по формуле:

жесткость воды колеблется в широких пределах: от 0,1-0,2 ммоль экв/л в реках и озерах, расположенных в зонах тайги и тундры, до 80-100 ммоль экв/л и более в подземных водах, морях и океанах. Различают воду мягкую (общая жесткость до 2 ммоль экв/л), средней жесткости (2-10 ммоль экв/л) и жесткую (более 10 ммоль экв/л). В поверхностных водоисточниках, где преобладает, как правило, карбонатная жесткость (70-80% от общей), а магниевая жесткость обычно не превышает 30%, реже 60% от общей, наибольшего значения жесткость воды достигает в конце зимы, наименьшего - в период паводка. Так, в Волге (г. Горький) максимальная жесткость воды бывает в марте (4,3 ммоль экв/л), минимальная - в мае (0,5 ммоль экв/л). В подземных водах жесткость воды более постоянна и меньше изменяется в течение года. Повышенная жесткость воды способствует усиленному образованию накипи в паровых котлах, отопительных приборах и бытовой металлической посуде, что значительно снижает интенсивность теплообмена, приводит к большому перерасходу топлива и перегреву металлических поверхностей. Жесткость воды увеличивает расход мыла при стирке, поскольку часть его образует с катионами Са 2+ нерастворимый осадок. Качество тканей, стираемых в жесткой воде, и тканей, при отделке которых она применяется, ухудшается вследствие осаждения на тканях кальциевых и магниевых солей высших жирных кислот мыла. В воде с высокой жесткостью плохо развариваются овощи и мясо, так как катионы Са 2+ образуют с белками пищевых продуктов нерастворимые соединения. Большая магниевая жесткость придает воде горький привкус, поэтому содержание Mg 2+ в питьевой воде не должно превышать 100 мг/л. Общая жесткость питьевой во избежание ухудшения ее органолептических свойств должна быть не более 7 ммоль экв/л; по согласованию с органами санитарно-эпидемиологической службы иногда допускается увеличение общей жесткости воды до 10 ммоль экв/л. Для устранения или уменьшения жесткостьи воды применяют специальные методы. Например, из реагентных методов наиболее распространен известково-содовый, который позволяет устранить карбонатную и некарбонатную жесткость воды. С помощью ионообменных методов умягчают воду с преобладающей некарбонатной жесткостью воды (Na + -катионирование) или карбонатной (Н + -катионирование); комбинированием этих методов получают глубоко умягченную воду. Лит.: Руководство по химическому анализу поверхностных вод суши, под ред. А. Д. Семенова. Л., 1977; Унифицированные методы исследования качества вод. ч. 1. Методы химического анализа вод. кн. 1, 2, 3 изд.. М., 1977; Лурье Ю. Ю., Аналитическая химия промышленных сточных вод. М., 1984. В. А. Гладков.

13. ЖЕСТКОСТЬ

Жесткость воды представляет собой свойство природной воды, зависящее от наличия в ней главным образом растворенных солей кальция и магния. Суммарное содержание этих солей в воде в ммоль/дм 3 называют общей жесткостью.

Главными источниками поступления кальция и магния в поверхностные воды являются процессы химического выветривания и растворения минералов, прежде всего известняков и доломитов. Значительные количества ионов кальция и магния могут поступать в водоемы со сточными водами предприятий силикатной, металлургической, текстильной, стекольной, химической и других отраслей промышленности.

Ионная форма кальция и магния характерна для маломинерализованных вод. Значительная часть их находится в виде нейтральных или заряженных форм () ионных пар, а также связанных в комплексы с органическими веществами вод.

Общая жесткость колеблется от единиц до десятков, иногда сотен ммоль/дм 3 . Обычно преобладает (до 70 %) жесткость, обусловленная ионами кальция.

Жесткость морской воды и воды океанов обычно выше, причем часто магниевая жесткость превосходит кальциевую.

Общая жесткость поверхностных вод подвержена заметным сезонным колебаниям, достигая обычно наибольшего значения в конце зимы и наименьшего в период паводка. Жесткость подземных вод более постоянна.

Высокая жесткость, особенно обусловленная солями магния, ухудшает органолептические свойства воды, придавая ей горьковатый вкус, и оказывает действие на органы пищеварения. В зависимости от рН и щелочности воды жесткость выше 10 ммоль/дм 3 может вызывать образование шлаков в распределительной системе водоснабжения и накипи при нагревании.

13.1. Определение общей жесткости воды

комплексонометрическим методом

Принцип метода . Метод основан на образовании комплексных соединений трилона Б с ионами щелочноземельных элементов. Определение проводят титрованием пробы раствором трилона Б при рН 10 в присутствии индикатора эриохром черного Т.

При рН 10 трилон Б способен образовывать с ионами магния и кальция малодиссоциированные комплексы:

Na 2 H 2 Y + Ca 2+ ↔ Na 2 CaY + 2H + ;

Na 2 H 2 Y + Mg 2+ ↔ Na 2 MgY + 2H + .

Индикатор эриохром черный Т (хромоген черный специальный ЕТ−100) при добавлении в пробу воды образует с ионами магния красно-фиолетовое комплексное соединение. При титровании трилон Б соединяется с ионами кальция, а затем с ионами магния и вытесняет индикатор, который в свободной форме имеет голубую окраску. В точке эквивалентности индикатор дает резкий переход окраски:

HInd 2- + Mg 2+ ↔ MgInd - + H +

красно-фиолетовый

MgInd - + Na 2 H 2 Y ↔ Na 2 MgY + HInd 2- + H + .

красно-фиолетовый

Такого четкого изменения окраски индикатора ионы Са 2+ не дают, а поэтому отдельно ионы Са 2+ в присутствии индикатора эриохром черного Т определить нельзя.

Для получения воспроизводимых результатов необходимо, чтобы титруемый раствор имел рН = 10 ± 0,2 и достаточное количество ионов магния.

Если исследуемая проба была подкислена для консервации или проба имеет кислую среду, то в аликвоту пробы добавляют раствор гидроксида натрия молярной концентрации 0,2 моль/дм 3 до рН 6 – 7. Если проба воды имеет сильнощелочную среду, то в аликвоту пробы добавляют раствор соляной кислоты молярной концентрации 0,1 моль/дм 3 до рН 6 – 7. Контроль рН проводят по универсальной индикаторной бумаге или с использованием рН-метра.

Устранение мешающих влияний. Присутствие в воде более 10 мг/дм 3 ионов железа, более 0,05 мг/дм 3 каждого из ионов меди, кадмия, кобальта, свинца, более 0,1 мг/дм 3 каждого из ионов марганца (II), алюминия, цинка, никеля, олова, а также цветность более 200º и повышенная мутность вызывают при титровании нечеткое изменение окраски в точке эквивалентности, и приводит к завышению результатов определения жесткости. Ортофосфат- и карбонат-ионы могут осаждать кальций в условиях титрования при рН 10. Мешающее влияние ионов Zn 2+ до 200 мг/дм 3 ; Al 3+ , Cd 2+ , Pb 2+ до 20 мг/дм 3 ; Fe 3+ до 5 мг/дм 3 ; Mn 2+ , Co 2+ , Cu 2+ , Ni 2+ до 1 мг/дм 3 устраняют прибавлением к титруемой пробе раствора сульфида натрия с массовой долей 0,05 (5 %). Для уменьшения влияния марганца до 1 мг/дм 3 , железа, алюминия до 20 мг/дм 3 , меди до 0,3 мг/дм 3 добавляют от 5 до 10 капель раствора гидроксиламина гидрохлорида. Мутность пробы устраняют фильтрованием через мембранные фильтры с порами диаметром 0,45 мкм или бумажные обеззоленные фильтры «синяя лента».

Если мешающее влияние устранить невозможно, то определение жесткости проводят методами атомной спектроскопии.

Выбор объема пробы для анализа . Перед выполнением анализа пробы воды с неизвестной величиной жесткости проводят оценочное титрование. Для этого берут 10 см 3 воды, добавляют 0,5 см 3 буферного раствора, индикатор и титруют раствором трилона Б с с (1/2 Na 2 H 2 Y) = 0,05 моль/дм 3 до перехода окраски в голубую. По величине израсходованного на титрование объема раствора трилона Б выбирают из табл. 13.1 соответствующий объем пробы воды.

Ход определения. В коническую колбу вместимостью 250 см 3 отмеряют пипеткой требуемый объем пробы, доводят, если необходимо, до 100 см 3 дистиллированной водой, добавляют 5 см 3 буферного раствора, от 0,05 до 0,1 г сухой смеси индикатора. Пробу тщательно перемешивают и титруют раствором трилона Б с с (1/2 Na 2 H 2 Y) = 0,05 моль/дм 3 до перехода красно-фиолетовой окраски в голубую. Повторяют титрование и, если расхождение между параллельными титрованиями не превышает 0,05 см 3 при объеме раствора трилона Б 5 см 3 или менее 0,1 см 3 при объеме более 5 см 3 , за результат принимают среднее значение объема раствора трилона Б. В противном случае повторяют титрование до получения допустимого расхождения результатов.

где с (1/2 Na 2 H 2 Y) – молярная концентрация эквивалента трилона Б, моль/дм 3 ;

V (Na 2 H 2 Y) – объем раствора трилона Б, пошедшего на титрование пробы, см 3 ;

V

13.2. Определение массовой концентрации ионов кальция и магния комплексонометрическим методом. Расчет жесткости воды в градусах жесткости (ºЖ)

Метод основан на способности ионов кальция образовывать устойчивые комплексы с трилоном Б в сильнощелочной среде (рН = 12 − 13). Подобный комплекс ионов магния в этой среде разрушается с выделением гидроксида магния. При титровании раствором трилона Б изменение окраски индикатора (мурексида) от лиловой до красно-малиновой свидетельствует о полном связывании ионов кальция:

H 2 Ind 3- + Са 2+ ↔ СаH 2 Ind - ;

красно-малиновый

СаH 2 Ind - + Na 2 H 2 Y ↔ Na 2 СаY + H 2 Ind 3- + 2H + .

Титрование ионов кальция возможно при совместном присутствии ионов тяжелых металлов в концентрациях, не превышающих значений: для меди – 0,2 мг/дм 3 ; цинка, свинца, никеля, марганца, железа, алюминия – 1 мг/дм 3 и магния – 3 мг в определяемом объеме. При более высоких концентрациях ионов тяжелых металлов в пробу добавляют сульфид натрия. Мешающее влияние ионов магния устраняют или уменьшением объема пробы, взятого для анализа, или при высоком содержании магния (соотношение Mg:Ca более 1), осаждением ионов магния раствором едкого натра, имеющим концентрацию 2 моль/дм 3 (рН 12 − 13) в мерной колбе вместимостью 100 см 3 . Для этого 20−40 см 3 пробы разбавляют дистиллированной водой до 90 см 3 и медленно по каплям добавляют раствор NaOH, хорошо перемешивают, при этом незначительное количество ионов кальция соосаждается с Mg(OH) 2 . Объем раствора доводят до метки дистиллированной водой и после отстаивания осадка в течение 1,5 – 2 часов отбирают прозрачную аликвоту для титрования. Для уменьшения потерь кальция время отстаивания не должно превышать 2 часа.

Ход определения. В коническую колбу вместимостью 250 см 3 отмеряют требуемый объем пробы, доводят, если необходимо, до 100 см 3 дистиллированной водой, добавляют 2 см 3 раствора NaOH с массовой долей 0,08 (8 %), 0,1 – 0,2 г индикатора мурекида и медленно титруют раствором трилона Б при интенсивном перемешивании до перехода окраски от красно-малинового цвета к лиловому. Повторяют титрование и, если расхождение между параллельными титрованиями не превышает приведенных в табл. 13.2, за результат принимают среднее значение трилона Б. В противном случае повторяют титрование до получения допустимого расхождения результатов.

Расчет. Массовую концентрацию и количество вещества эквивалента ионов кальция в анализируемой пробе воды находят по формулам:

где m (Ca 2+) – массовая концентрация ионов кальция в воде, мг/дм 3 ;

n (1/2Ca 2+) – количество вещества эквивалента ионов кальция в воде, ммоль/дм 3 ;

c (1/2Na 2 H 2 Y) – молярная концентрация эквивалента трилона Б, моль/дм 3 ;

V (Na 2 H 2 Y) – объем раствора трилона Б, пошедшего на титрование пробы, см 3 ;

M (1/2Ca 2+) − молярная масса эквивалента ионов кальция, мг/ммоль;

V – объем пробы воды, взятый для определения, см 3 .

Массовую концентрацию ионов магния в мг/дм 3 в анализируемой пробе воды определяют по формуле

где m (Mg 2+) − массовая концентрация ионов магния в воде, мг/дм 3 ;

X – общая жесткость воды, ммоль/дм 3 ;

n (1/2Ca 2+) − количество вещества эквивалента ионов кальция в воде, ммоль/дм 3 ;

M (1/2Mg 2+) – молярная масса эквивалента Mg 2+ , мг/ммоль.

Таблица 13.2

Допустимые расхождения между параллельными титрованиями в зависимости от объема раствора трилона Б

В соответствии с ГОСТ Р 52029-2003 жесткость воды выражается в градусах жесткости (ºЖ).

Градус жесткости соответствует концентрации щелочноземельного элемента, численно равной 1/2его моля, выраженной в мг/дм 3 (г/м 3).

Жесткость воды Ж, ºЖ, при раздельном количественном определении ионов щелочноземельных элементов вычисляют по формуле

где m (Ca 2+) – масса кальция в пробе воды, мг/дм 3 ;

m (Mg 2+) – масса магния в пробе воды, мг/дм 3 ;

M (Ca 2+) − молярная масса кальция, мг/моль;

M (Mg 2+) − молярная масса магния, мг/моль.