Результати лабораторної роботи №1

№ з/п	Вид і походження проби води	Показники якості	Од. вимірю-вання	Кіль-кісне значення	Вимоги стандарту, якщо такий є	Примітка
1.	Вода питного призначення відібрана (вказати місце, час, об'єм)	Температура Прозорість і т.п.	°С см	8 10	7–11 30	Тпов=20°С
2.
3.

3. Хімічні показники якості води Лабораторна робота №1 Твердість води та методи її усунення

Мета роботи: засвоїти теорію та практику методів визначення твердості води.

Матеріальне забезпечення:

• посуд мірний лабораторний скляний: циліндри та піпетки Мора місткістю 100 см³, циліндри або пробірки мірні місткістю 10-25 см³ ;

• колби конічні скляні лабораторні місткістю 250 см³;

• бюретки місткістю 25 см³.

Реактиви:

• хлоридна кислота, С_екв(НСl) = 0,1 моль/л. Розбавляють 8,5 мл концентрованої хлоридної кислоти ч.д.а. дистильованою водою до 1 л;

• трилон Б, С_екв = 0,05 моль/л;

• метиловий оранжевий, 0,05%-ний розчин. Розчиняють 0,05 г натрієвої солі метилового оранжевого в 100 мл гарячої дистильованої води і після охолодження фільтрують;

• металоіндикатор еріохром чорний Т (суха суміш з NaCl у співвідношенні 1:200);

• металоіндикатор мурексид (суха суміш з NaCl у співвідношенні 1:200);

• амоніачний буферний розчин, рН = 9-10 (водний розчин 20 г NH₄Cl, 100 мл 25%-го NH₃ у мірній колбі на 1 л);

• 10%-й водний розчин КОН або NaOH.

Методичні вказівки:

Твердість води зумовлюють катіони Са²⁺, Mg²⁺ та катіони деяких важких металів. Оскільки в природних водах переважають іони Са²⁺ і Mg²⁺, а інші присутні не завжди і в незначних кількостях, то загальна твердість природних вод може бути охарактеризована сумою ммоль еквівалентів іонів Са²⁺ та Mg²⁺ в 1л води (ммоль/л). Один ммоль∙екв відповідає вмісту у воді 20,04 мг/л іонів Са²⁺ або 12,16 мг/л іонів Mg²⁺.

Твердість природних вод змінюється в широких межах. За величиною загальної твердості природні води поділяються на групи: вода дуже м'яка (менше ніж 1,5 ммоль/л), вода м'яка (від 1,5 до 3,0 ммоль/л), вода середньої твердості (від 3,0 до 5,4 ммоль/л), вода тверда (від 5,4 до 10,7 ммоль/л), вода дуже тверда (понад 10,7 ммоль/л).

Найбільш м'якими є води атмосферних опадів, твердість яких становить 0,07 - 0,1 ммоль/л. Найбільша твердість спостерігається в водах Світового океану, для яких середнє значення твердості дорівнює 130,5 ммоль/л. Допустима твердість вода для господарчо-питного водопостачання становить не більше ніж 7 ммоль/л.

Загальна твердість поділяється на карбонатну і некарбонатну. Перша з них зумовлена присутністю гідрокарбонатів та карбонатів кальцію і магнію (Са(НСО₃)₂, Mg(HCO₃)₂, СаСО₃, MgCO₃). Оскільки карбонати кальцію та магнію важкорозчинні речовини, то часто під карбонатною твердістю розуміють гідрокарбонатну твердість, зумовлену добре розчинними гідрокарбонатами Са(НСО₃)₂, Mg(HCO₃)₂. Ці солі при нагріванні розкладаються з виділенням карбон(IV) оксиду і осаду карбонатів. Таким чином, при кип'ятінні твердість води, спричинена гідрокарбонатами кальцію та магнію, усувається. Тому така твердість називається усувною або тимчасовою.

Сульфати, хлориди, а також кальцієві та магнієві солі інших сильних кислот характеризують некарбонатну або постійну твердість води. Солі, що зумовлюють твердість води, не шкідливі для живих організмів, однак наявність їх у великих кількостях небажана, оскільки вода стає непридатною для господарчо-побутових потреб. Тверда вода не дає піни з милом, оскільки розчинні натрієві солі жирних кислот, що входять до складу мила, переходять у нерозчинні кальцієві солі цих кислот.

У твердій воді погано розварюються овочі, крупи, м'ясо, скорочується термін служби тканин, утворюються осади у водопровідних трубах та ін. Тверду воду неможна використовувати у деяких технологічних процесах, наприклад, при фарбуванні. Вода, що містить солі твердості, цілком непридатна для постачання парових котлів через утворення накипу, який призводить до перегріву котла і сприяє його швидкому руйнуванню. Вода з підвищеною тимчасовою твердістю непридатна для охолодження теплообмінної апаратури, оскільки при нагріванні гідрокарбонати кальцію та магнію розкладаються до карбонатів, які осідають на стінках теплообмінника.

Наведені приклади вказують на необхідність видалення з води, що використовується з технічною метою, солей кальцію та магнію. Цей спосіб водопідготовки називають водозм'якшенням. Зниження концентрації іонів Са²⁺ і Mg²⁺ можна досягти термічними, реагентними та іонообмінним методами.

При кип'ятінні води усувається переважно тимчасова твердість внаслідок випадання осадів карбонатів та гідроксокарбонатів:

2Mg(HCO₃)₂ Mg₂(OH)₂CO₃↓ + 3CO₂ +H₂O

Крім того, частково усувається також сульфатна твердість, оскільки розчинність CaSO₄ зменшується при підвищенні температури.

Такі методи як виморожування та дистиляція дозволяють позбутися не тільки солей твердості а і взагалі знесолити воду.

Реагентні методи зм'якшення води основані на переведенні іонів Са²⁺ і Mg²⁺ у важкорозчинні сполуки (карбонати, фосфати та інші). 3 цією метою використовують вапно, соду, фосфати, поліфосфати тощо:

Са(ОН)₂ + Са(НСО₃)₂ → 2CaСО₃ ↓ + 2H₂O

Na₂CO₃ + СаС1₂ → СаСО₃↓ + 2NaCl

2Na₃РО₄ + ЗСа(НСО₃)₂ → Са₃(РО₄)₂↓ + 6NaHCO₃.

Іонообмінний метод зм'якшення води полягає в обміні іонів Са²⁺, Mg²⁺ та інших металів, що знаходяться у воді, на іони Н⁺ або Na⁺, що входять до складу іоногенних груп катіонітів

Оскільки іонний обмін — оборотний процес, то відновити обмінні властивості катіоніту можна, пропускаючи розчини NaCl або НСl через шар катіоніту, який насичений іонами Са²⁺, Mg²⁺ або інших металів.

Якщо природну воду пропустити не тільки через Н⁺-катіоніт, а ще й через ОН^--аніоніт, то можна позбутися всіх катіонів металів і аніонів, розчинених у воді, тобто повністю знесолити воду.

Принцип визначення:

Визначення загальної твердості ґрунтується на реакції іонів кальцію та магнію з трилоном Б у лужному середовищі (рН = 10, амоніачний буфер), в результаті чого утворюються досить стійкі, малодисоційовані, добре розчинні комплексні сполуки. На закінчення реакції вказує зміна кольору індикатора еріохромчорного Т з винно-червоного на синій.

Визначення кальцієвої твердості ґрунтується на тому, що при рН= 13 титруються тільки іони Кальцію, оскільки Магній в такому лужному середовищі знаходиться в формі малорозчинної сполуки Mg(OH)₂. На закінчення реакції вказує зміна кольору індикатора мурексиду з малинового у фіолетове.

Визначення карбонатної твердості ґрунтується на реакції іонів із хлоридною кислотою в присутності індикатора метилового оранжевого.

Хід визначення та обчислення результатів вимірювання: