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

H OOCH₂C 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:

OOCH₂C CH₂COONa

N –CH₂–CH₂–N

NaOOCH₂C CH₂COO

Me

Комплекси, які утворюються комплексонами з катіонами металів, досить стійкі і мають рК_нест 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.

ВИКОНАННЯ ЛАБОРАТОРНОЇ РОБОТИ

Прилади і реактиви. Бюретки місткістю 25 мл. Піпетки місткістю 100 і 50 мл. Конічні колби місткістю 250 мл. Лійки для бюреток. Індикатори: метиловий оранжевий. Еріохром чорний Т (0,2 %-ий розчин у спирті). Розчини: хлоридної кислоти (0,1 н., титрований); буферний розчин (20 г хч амоній хлориду розчинити в дистильованій воді, додати 100 мл 25 %-ого розчину амоніаку і дистильованої води до мітки в мірній колбі місткістю 1 л); ЕДТА (0,02 н., титрований; 3,7224 г ЕДТА розчинити в мірній колбі місткістю 1 л у дистильованій воді, розчин довести до мітки). Вода для аналізування.

а) Визначення тимчасової твердості

Тому що вода, що містить гідрокарбонати кальцію і магнію, має лужну реакцію (чому?), визначення карбонатної твердості виконується безпосереднім титруванням води хлоридною кислотою в присутності індикатора – метилового оранжевого.

Хід роботи. Відміряти піпеткою зазначений викладачем об’єм досліджуваної води (100 – 50 мл) і перенести її в конічну колбу для титрування. Додати 2 – 3 краплі індикатора метилового оранжевого. У приготовлену заздалегідь бюретку налити 0,1 моль/л титрований розчин хлоридної кислоти. Установити рівень на нульовій поділці і по краплях доливати хлоридну кислоту у воду до зміни забарвлення розчину від жовтого до оранжево-рожевого. Визначити об’єм витраченої на титрування хлоридної кислоти і записати його в таблицю. Титрування повторити ще два рази, щораз доливаючи в бюретку кислоти до нульової поділки й обполіскуючи колбочку для титрування. Розбіжність в об’ємі кислоти при титруванні не повинна перевищувати 0,05 мл. Результати досліду записати в таблицю:

№ титрування	Об’єм Н2О,  VН2О мл	Об’єм титранту, мл	Середній об’єм розчину НСl VHCl,  мл	Молярна концентрація еквівалентів розчину HCl, СHCl

Тимчасову твердість води (у ммоль екв/л) розраховують по формулі:

С_HCl V_HCl ∙1000 Твердість тимчасова (карбонатна) = –––––––––––––––––––––

V_Н2О

б) Визначення загальної твердості

Заповнити бюретку титрованим розчином ЕДТА (0,1 моль/л). Відміряти піпеткою зазначений викладачем об’єм аналізованої води і перенести її в конічну колбу для титрування. Долити дистильованої води до загального об’єму 100 мл (воду відміряти мензуркою). Додати 5 мл буферного розчину (NH₃ + Н₂О + NH₄Cl) для підтримки рН в інтервалі 9 – 10 і 2 – 3 краплі індикатора – еріохрому чорного, при якому розчин забарвиться в червоний колір. Перемішати розчин і відразу титрувати з бюретки розчином ЕДТА до переходу червоного забарвлення в синє. Титрування повторити три рази, як у досліді а. Результати записати в таблицю.

№ титрування	Об’єм Н2О  VН2О , мл	Об’єм титранту,  мл	Середній об’єм розчину ЕДТА VЕДТА, мл	Молярна концентрація еквівалентів розчину ЕДТА, С ЕДТА

Загальну твердість води (у мекв/л) розраховують за формулою:

С _ЕДТА∙V_ЕДТА ∙1000 Твердість загальна = –––––––––––––––––––––

V _Н2О

в) Визначення постійної твердості води

Постійна твердість води обчислюється за різницею загальної і тимчасової твердості:

До якого типу твердості відноситься досліджена вода?