2. Визначення загальної та постійної твердості води

Твердість води обумовлена наявністю в ній розчинних солей кальцію та магнію. Розрізняють загальну, тимчасову та постійну твердість. Загальна твердість води складається з карбонатної, яка зумовлена наявністю розчинних гідрокарбонатів і не карбонатної, зумовленої солями кальцію та магнію з аніонами сильних кислот – хлоридної та сульфатної. Тимчасова, карбонатна твердість води С_тч.тв. дорівнює загальній лужності (кислотності) досліджуваної води в ммоль-екв/л. Карбонатної твердості можна позбутися кип’ятінням, тому її ще називають тимчасовою, а не карбонатну – постійною твердістю. Твердість виражають в ммоль-екв/л, також можливі інші одиниці, наприклад, мг СаСО₃ на літр. В таблиці 3.1 наведені типи природних вод залежно від їх твердості. Типи вод в залежності від їх твердості

Загальна твердість, ммоль-екв/л	Тип природної води
0 - 4	М’яка
4 - 8	Нормальна
8 - 12	Жорстка
12 - 20	Дуже жорстка

Метод визначення загальної твердості грунтується на титруванні проби досліджуваної води розчином двонатрієвої солі етилендіамінтетраоцтової кислоти Na₂H₂C₁₀H₁₂O₈N₂ (трилон Б) у лужному середовищі ( рН=10) з індикатором еріохром-чорним Т.

Трилон Б	Еріохром-чорний Т

Трилон Б утворює з іонами кальцію та магнію безбарвні комплексні сполуки складу 1:1. Комплекс кальцію більш міцний і тому при титруванні утворюється в першу чергу (lgβ_CaY = 10,70; lgβ_MgY = 8,69 при І=0,1 та 20^°С).

Індикатор еріохром-чорний Т утворює з іонами магнію комплексну сполуку червоно-фіолетового кольору, яка при додаванні трилону Б руйнується внаслідок утворення більш міцного трилонатного комплексу. При цьому червоно-фіолетовий колір комплексу Mgз індикатором змінюється на блакитний внаслідок появи в розчині вільного індикатора H₂Ind^-:

H₂Ind^- + Mg²⁺ = MgInd^- + 2H⁺

MgInd^- + H₂Y^2- = MgY^2- + H₂Ind^-

Цим методом виначають сумарний вміст солей кальцію та магнію, який дорівнює загальній твердості води.

3. Визначення загальної та вільної лужності та кислотності води (тимчасова твердість природної води), поняття агресивного со2.

Лужність природної води обумовлена вмістом у ній солей вугільної кислоти, а також аніонів органічних основ та аніонів органічних кислот. Визначення розчинених у воді вільних кислот і лугів, а також компонентів карбонатної системи та агресивного СО₂ грунтується на титруванні проби води робочими розчинами NaOH або HCl до певних значень рН, які фіксують за допомогою індикаторів або рН-метрично.

Під лужністю природних вод розуміють спроможність деяких їхніх компонентів зв’язувати еквівалентну кількість сильних кислот.

Загальна лужність - показник, що характеризує властивість води, зумовлену наявністю у ній аніонів слабких кислот, головним чином карбонатів, гідрокарбонатів. Лужність природної води визначають титруванням розчином хлоридної кислоти. Для визначення загальної лужності титрування проводять до рН 4,5 в присутності метилоранжу ( визначається кількістю сильної кислоти, необхідної для нейтралізації води до рН=4,5). Вільна лужність є частиною загальної лужності. Вона обумовлена наявністю у воді йонів СО₃^2- та більш сильних основ або аніонів слабких кислот. Визначається кількістю сильної кислоти, необхідної для нейтралізації води до рН=8,3. Якщо вода має рН > 8,3, то титруванням по фенолфталеїну до рН 8,3 визначають вільну лужність.

Одиниці виміру ммоль-екв/л.

Загальна кислотність характеризується концентрацією іонів гідрогену Н+. Для визначення загальної кислотності пробу титрують розчином лугу до рН 8,3 в присутності фенолфталеїну.

Вільна кислотність - це та частина загальної кислотності, що викликає зниження рН розчину до 4,5 і нижче. Обумовлена присутністю у воді більш сильних кислот ніж вугільна кислота. Кислотність природної води визначають титруванням розчином лугу. Якщо природна вода має рН < 4,5, то титрують до рН 4,5 по метилоранжу для встановлення вільної кислотності.

Компоненти карбонатної системи перебувають у хімічній рівновазі, яка залежить від рН природної води. При рН < 4 переважає молекулярна форма вугільної кислоти Н₂СО₃, йони НСО₃^- та СО₃^2- практично відсутні у воді. В інтервалі рН 4-8 домінують вугільна кислота та гідрокарбонат-йони НСО₃^-. Максимальна концентрація НСО₃^- при рН 8,3-8,4. При рН > 8,3 відносна частка НСО₃^- зменшується, а СО₃^2- збільшується.

Вміст гідрокарбонатів у прісних поверхневих водах становить 10-500 мг/л, а СО₃^2- 0-50 мг/л.

Метилоранж
рН 0-3,1 червоний	рН 4,5-12 жовтий

Фенолфталеїн
рН < 0 оранжевий	рН 0−8,3 безбарвний	рН 8,3−12,0 малиновий	рН > 12 безбарвний

Одним з основних компонентів природних вод є йони кальцію, які утворюють малорозчинний СаСО₃, до складу якого входить один з компонентів карбонатної системи – СО₃^2- - йон. Кальцій карбонат здатний розчинятися у воді при високих концентраціях СО₂ у воді. Цей процес може проходити у воді лише при умові, коли реальна концентрація вільної вугільної кислоти (суми Н₂СО₃ та СО₂) перевищує її рівноважну концентрацію в системі:

СаСО₃ + СО₂ + Н₂О = Са(НСО₃)₂

Діоксид вуглецю, який є в надлишку у воді, може призводити до розчинення кальцій карбонату. Такий СО₂ називають агресивним. Для визначення концентрації агресивного СО₂ визначають концентрацію вільної вугільної кислоти у воді і порівнюють цю величину з рівноважною концентрацією Н₂СО₃ при даній температурі, тиску та йонній силі. Якщо концентрація вільної вугільної кислоти у досліджуваній воді менша ніж її рівноважна концентрація, то агресивний діоксид вуглецю у воді відсутній. Якщо ж реальна концентрація вільної вугільної кислоти у воді буде більшою за її рівноважну концентрацію, то у воді присутній агресивний СО₂.