Gdańsk dnia: 21-11-2005

Piotr Szydłowski

Jerzy Przybojewski

Dariusz Podjacki

LABORATORIUM

Z CHEMII

Temat: “Oznaczanie zasadowości, kwasowości oraz twardości”

ZASADOWOŚĆ

Zasadowość określa ilość jonów wodorowęglanowych, węglanowych, wodorotlenowych i innych posiadających zdolność wiązania jonów wodorowych. W celu jej wyznaczenia miareczkuje się próby wody lub ścieków roztworem mocnego kwasu w obecności odpowiednich wskaźników.

Rozróżnia się dwa rodzaje zasadowości:

• Mineralna(gdy pH wody lub ścieków jest większe od 8,3)- spowodowana jest przez występowanie jonów wodorotlenowych i węglanowych w badanej próbie. Wyznacza się ją przez miareczkowanie silnym kwasem w obecności fenoloftaleiny do pH 8,3.

• Ogólna (gdy pH wody lub ścieków jest większe od 4,5)- spowodowana jest przez występowanie jonów wodorotlenowych, wodorowęglanowych i węglanowych w badanej próbie. Wyznacza się ją przez miareczkowanie silnym kwasem w obecności oranżu metylowego do pH 4,5.

WYKONANIE OZNACZENIA

Korzystam z próby do badania zasadowości nr 7. Do kolby stożkowej nalaliśmy 100cm³ wody i dodajemy 4 krople roztworu fenoloftaleiny. Kolor roztworu nie zmienił się, w związku z tym do próbki dodaliśmy 5 kropli oranżu metylowego. Nastąpiła zmiana koloru na żółty. Miareczkujemy dodając 6cm³ HCl do zmiany koloru na czerwony.

Na tym kończymy badanie.

WNIOSKI

Ponieważ po dodaniu fenoloftaleiny do badanej próbki jej kolor nie zmienił się stwierdzamy, że jej pH jest mniejsze niż 8,3. Po dodaniu oranżu metylowego przybrała ona barwę żółtą, a po miareczkowaniu HCl czerwoną oznacza to, że występuje tylko zasadowość ogólna, czyli V_og. 4,5 ≤ pH ≤ 8,3

OBLICZANIE WYNIKÓW

V_min ∙ 0,1 ∙ 1000 0 ∙ 0,1 ∙ 1000

Z_min= ──────────── = ─────────── = 0 mval/dm³

V 100

V_og ∙ 0,1 ∙ 1000 6 ∙ 0,1 ∙ 1000

Z_og =───────────── = ─────────── = 6 mval/dm³

V 100

Gdzie:

Z_min zasadowość mineralna

Z_og zasadowość ogólna

V objętość badanej próbki [cm³]

KWASOWOŚĆ

Kwasowość jest wywoływana obecnością kwasów organicznych, nieorganicznych, oraz niektórych soli ulegających hydrolizie. W celu jej wyznaczenia miareczkuje się próby wody lub ścieków roztworem NaOH w obecności odpowiednich wskaźników. Podobnie jak w zasadowości wyróżnia się dwa rodzaje kwasowości:

• Mineralna(gdy pH wody lub ścieków jest mniejsze od 4,5)- wywołana jest obecnością mocnych kwasów w badanej próbie. Wyznacza się ją przez miareczkowanie mianowanym roztworem wodorotlenku sodu do pH 4,5 w obecności oranżu metylowego.

• Ogólna(gdy pH wody lub ścieków jest mniejsze od 8,3)- wywołana jest obecnością mocnych i słabych kwasów oraz hydrolizą soli słabych zasad w badanej próbie. Wyznacza się ją przez miareczkowanie mianowanym roztworem wodorotlenku sodu do pH 8,3 w obecności fenoloftaleiny.

WYKONANIE OZNACZENIA

Korzystam z próby do badania kwasowości nr 7. Ponieważ mamy tylko zasadowość ogólną to znaczy ze mamy tylko kwasowość ogólną Do kolby stożkowej nalaliśmy 100cm³ wody i dodaliśmy 10 kropli roztworu fenoloftaleiny i miareczkujemy roztworem NaOH do chwili uzyskania różowego zabarwienia utrzymującego się przez kilka minut. Objętość NaOH użytego do miareczkowania wyniosła 11.6 cm³

OBLICZANIE WYNIKÓW

V_og ∙ 0,05 ∙ 1000 11,6 ∙ 0,05 ∙ 1000

Kw_og = ──────────── = ─────────── = 5,8 mval/dm³

V 100

Gdzie:

Kw_og kwasowość ogólna

V objętość badanej próbki [cm³]

V_og objętość NaOh

TWARDOŚĆ

Twardość wód i ścieków powodowana jest obecnością w nich jonów wapnia, magnezu, żelaza i innych ciężkich metali. O twardości węglanowej mówimy wówczas, gdy wywołują ją wodorowęglany lub węglany wapnia i magnezu, a o niewęglanowej, gdy inne związki tych dwóch pierwiastków np. siarczany czy chlorki. Sumę twardości węglanowej i niewęglanowej stanowi twardość ogólna:

Tw_og=Tw_w+Tw_n

Do oznaczenia twardości wody stosuje się metodę kompleksometrycznego miareczkowania. Próby wody czy ścieków miareczkujemy roztworem wersanianu disodu, wskaźnikiem jest tu czerń eriochromowa T. Jony wapnia i magnezu tworzą z czernią związek o zabarwieniu czerwonym, a przez miareczkowanie jony te wiążą się z wersanianem uwalniając wskaźnik i roztwór zmienia barwę na niebieską.

a) Twardość ogólna

WYKONANIE OZNACZENIA

1. Korzystając z próby twardości nr. 15, pobrane zostało V=50cm³ objętości wody i umieszczone w kolbie stożkowej.

2. Następnie dodajemy 1 cm³ roztworu buforowego.

3. Dodajemy chlorowodorku hydroksyloaminy .

4. Do kolby wsypujemy niewielką ilość wskaźnika- czerni eriochromowej w ilości około 0,05g- próba przyjmuje czerwoną barwę.

5. Tak przygotowany roztwór miareczkujemy wersanianem disodu ciągle mieszając, po dodaniu a=10 cm³ objętości wersanianu próba zmienia barwę na niebieską.

6. Zabarwienie nie ulega zmianie nawet po upływie 2 min., stąd wiadomo że miareczkowanie było poprawne.

Twardość ogólną wyliczamy ze wzoru:

a ∙ 0,1 ∙1000 10 ∙ 0,1 ∙ 1000

Tw_og = ────────── ^◦n = ────────── ^◦n

V 50

10 ∙ 0,1 ∙ 1000

Tw_og = ────────── = 7.143 mval/dm³

2,8 ∙ 50

Gdzie:

1^◦n=10mg CaO/dm³

a objętość wersanianu disodu

V objętość badanej próbki [cm³]

2,8 współczynnik przeliczania ze ^◦n na mval/dm³

Występują również zależności:

• Jeżeli Tw_og>Z_og, wówczas Tw_w=Z_og , natomiast Tw_og-Z_og=Tw_nw.

• Jeżeli Tw_og<Z_og, wówczas Tw_w=Tw_og , natomiast Tw_nw nie istnieje, a różnica

Z_og-Tw_og=Z_alk określana jest jako zasadowość alkaliczna. Zasadowość alkaliczna powodowana jest występowaniem w wodach wodorowęglanów wodoru i potasu.

b) Twardość wapniowa

Jak już wcześniej zostało wspomniane o twardości wód i ścieków decyduje zawartość jonów wapnia i magnezu. Związki wapnia mogą pochodzić z gleby, z materiałów warstw wodonośnych, z opadów czy z zanieczyszczeń przemysłowych. Obecność soli wapniowych w wodach może powodować, podczas gotowania, osadzanie się kamienia na ściankach zbiorników czy naczyń.

Do oznaczenia twardości wapniowej stosujemy metodę kompleksometrycznego miareczkowania. Korzystam w niej z wersanianu disodu, oraz wskaźnika- kalcesu. Związki kalcesu i jonów wapnia mają barwę czerwoną, przez miareczkowanie wersanianem roztwór zmienia kolor na niebieski, w wyniku uwolnienia wskaźnika.

WYKONANIE OZNACZENIA

1. Korzystamy z próby twardości nr 15, z której pobieramy 50 cm³ wody.

2. Dodajemy do kolby z próbą 3 cm³ roztworu alkalizującego.

3. Dodajemy również 1 cm³ roztworu chlorowodorku hydroksyloaminy.

4. Do całości wsypujemy odrobinę kalcesu, naszego wskaźnika- około 2g- roztwór zabarwia się na czerwono.

5. Próbkę miareczkujemy wersanianem disodu w ilości a = 7,2 cm³- barwa zmienia się na niebieską.

6. Barwa niebieska utrzymuje się przez dłuższy czas- stąd wniosek, że prawdopodobnie badanie przebiegło prawidłowo.

Twardość wapniową obliczamy ze wzoru:

a ∙ 0,1 ∙1000 7,2 ∙ 0,1 ∙ 1000

Tw_Ca = ────────── ^◦n = ────────── = 5,143 mval/dm³

V 2,8 ∙ 50

Zawartość jonów wapnia Ca²⁺ obliczamy ze wzoru:

a ∙ 0,1 ∙1000 ∙ 20

Ca²⁺= ────────────

2,8 ∙ V

7,2 ∙ 0,1 ∙1000 ∙ 20

Ca²⁺= ──────────── = 102,857 [mg/dm³]

2,8 ∙ 50

c) Twardość magnezowa

Chcąc określić zawartość magnezu, drugiego znacząco występującego pierwiastka w wodzie, korzystamy z kompleksometrycznego oznaczenia sumarycznej zawartości wapnia i magnezu, oraz osobno zawartości wapnia. Różnica wyników to zawartość magnezu:

Ca²⁺= Tw_og - Tw_Ca = (7,143-5,143) ∙ 12,15 mg/dm³ = 24,3 mg/dm³

WNIOSKI

Badana próbka może być używana do celów gospodarczych ponieważ jej twardość ogólna jest mniejsza od 10 mval/dm³.

d) Twardość węglanowa i niewęglanowa.

WYKONANIE OZNACZENIA

1. Korzystamy z próby twardości nr 15, z której pobieramy 100 cm³ wody.

2. Dodajemy do kolby z próba 5 kropli oranżu metylowego

3. Próbkę miareczkujemy HCl w ilości a = 5.7 cm³ - barwa zmienia się na czerwono pomarańczową

a ∙ 0,1 ∙ 1000 5,7 ∙ 0,1 ∙ 1000

Z_og =───────────── = ─────────── = 5,7 mval/dm³

V 100

Tw_og>Z_og, wówczas Tw_w=Z_og , natomiast Tw_nw= Tw_og-Z_og

Tw_w= 5.7 mval/dm³

Tw_nw= 1,443 mval/dm³

- 6 -

---