3. Визначення твердості води
Для визначення загальної твердості води застосовують метод комплексонометричного титрування, заснований на використанні реакцій, які супроводжуються утворенням комплексних сполук катіонів з комплексонами.
Комплексони є похідними амінополікарбонових кислот, серед яких найбільше практичне значення має етилендіамінтетраоцтова кислота. На практиці звичайно застосовують двозаміщену натрієву сіль цієї кислоти (ЕДТА), що відома також під назвами комплексон III або трилон Б. Структурна формула ЕДТА має вид:
HOOCH2C
CH2COONa
N
–CH2–CH2–N
HOOCH2C
CH2COOH
Комплексон III утворює внутрікомплексні солі із йонами металів (йонами твердості) шляхом заміщення атомів Гідрогену карбоксильних груп, а також утворенням координаційного зв'язку з атомом Нітрогену:
Комплекси, які утворюються комплексонами з катіонами металів, досить стійкі і мають рКнест від 8 до 26 (для ЕДТА), що забезпечує практично повне зв'язування металу, що визначають, у комплекс.
Як індикатори застосовують органічні барвники, які утворюють з йонами металів (йонами твердості) теж комплексні сполуки, але менш стійкі. Забарвлення комплексної сполуки індикатора відрізняється від забарвлення вільного індикатора. Тому в процесі титрування комплексна сполука індикатора з катіоном металу руйнується й індикатор виділяється у вільному виді, при цьому відбувається зміна забарвлення титрованого розчину в точці еквівалентності.
У даній роботі використовується як індикатор барвник еріохром чорний Т, який має синє забарвлення у лужному середовищі, а його комплекс з йонами твердості – червоне забарвлення. Якщо у воду внести барвник, то розчин забарвиться у червоний колір, а під час титрування розчином комплексона ІІІ у точці еквівалентності – у синій, тому що утвориться інший, безбарвний, комплекс, і індикатор перейде у вільну форму. Визначення буде правильним, якщо розчин має рН 10. З цією метою у воду додають амоніачний буферний розчин з рН 10.
Для визначення КАРБОНАТНОЇ ТВЕРДОСТІ можна використати метод титрування певного об'єму води розчином хлоридної кислоти відомої концентрації в присутності індикатора метилового оранжевого.
ПОСТІЙНУ ТВЕРДІСТЬ води розраховують по різниці між загальною й карбонатною твердістю.
Контрольні питання і задачі
1. Що таке тимчасова і постійна твердість? В яких одиницях вона вимірюється?
2. Які незручності зв’язані із застосуванням твердої води в тепловому господарстві?
3. Обчисліть твердість води, якщо на її усунення пішло 265 г натрій карбонату у розрахунку на 1 м3 води.
4. Зразок води об’ємом 1 л містить 48,6 мг гідрокарбонату кальцію і 29,6 мг сульфату магнію. Яка кількість Са2+ і Mg2+ міститься в 1 л зразка води? Чому дорівнює загальна твердість води?
5. Чому дорівнює твердість (у ммоль/л) СаС12 0,005 моль/л?
6. На титрування 0,05 л зразка води витрачено 4,8 ∙ 10–3 л розчину з молярною концентрацією НСl 0,1 моль/л. Чому дорівнює карбонатна твердість води?
7. При визначенні тимчасової твердості на титрування 0,1 л води витрачено 5,25 ∙ 10–3 л розчину з молярною концентрацією НСl 0,101 моль/л. Чому дорівнює тимчасова твердість води?
8. Яку масу гашеного вапна треба додати в 2,5 л води, щоб усунути її тимчасову твердість, яка дорівнює 4,43 ммоль/л?