Sprawozdanie

Chemiczne zmiękczanie wody.

Ogólna technologia żywności

Technologia żywności i żywienia człowieka, semestr V

Wykonali:

Barbara Karewicz

Dominik Ciupa

Wstęp

Woda często jest stosowana jako podstawowy surowiec w przemyśle spożywczym. Znalazła zastosowanie w wielu produktach. Woda jak każdy surowiec musi posiadać pewne cechy, zdolności aby była przydatna w danym celu i w maksymalny sposób przetwarzana na gotowy wyrób np. woda potrzebna do prania musi mieć jak najmniej jonów wapnia, natomiast do celów spożywczych powinna być wolna od zanieczyszczeń chemicznych i biologicznych.

Miarą twardości wody są stopnie niemiecki zawierający:

1 st. tw. ^on = 10 mg CaO/dm³ wody = 10 g CaO/m³ wody.

Stosowana jest również miara miliwat zawierająca:

1 mval/dm³ = 28 mg CaO/dm³ wody = 28 g CaO/m³

Wody twarde zwiększają zużycie mydła używanego podczas prania co stanowi poważny problem gdy przełożymy skalę naszego domowego prania na skalę przemysłową gdzie przy 20 st. tw. zapotrzebowanie na zmiękczenie wody wzrasta o 63% względem wody posiadającą 1 stopień twardości. Istnieją natomiast chemiczne sposoby zmiękczania wody co za tym idzie ograniczenie kosztów, surowców oraz pośrednio ochronę środowiska. Twardość można podzielić na węglanową i nie węglanową. Twardość węglanowa (przemijająca) która jest wywoływana głównie przez wodorowęglany: wapniowy Ca(HCO₃)₂ oraz magnezowy Mg(HCO₃)₂. Związki te przy ogrzewaniu wody rozkładają się do nierozpuszczalnych węglanów tworzących kamień kotłowy.

Ca(HCO₃)₂ → CaCO₃ + CO₂ + H₂O

Mg(HCO₃ )₂ → MgCO₃ + CO₂ + H₂O

Twardość nie węglanowa, zwana też trwałą która jest wywoływana głównie przez sole wapnia i magnezu. Najczęściej są to siarczany dające trudny do usunięcia kamień gipsowy (np. CaSO₄) oraz chlorki. Sole te mogą być naturalnie obecne w wodzie jak i powstawać wtórnie, np. w trakcie jej gotowania. Sposobem na usunięcie twardości trwałej jest np. zmiękczanie sodą polegające na dodaniu sody do wody, stosowane w gospodarstwach domowych pod postacią czyszczenia kamienia powstałego w czajnikach elektrycznych.

Ca₄SO + Na₂CO₃ → CaCO₃ + Na₂SO₄

Mg(HCO₃ )₂ + Na₂CO₃ → MgCO₃ + 2 NaHCO₃

Metoda oznaczenia.

Twardość ogólna jest odpowiada całkowitej zawartości jonów wapnia i magnezu oraz innych jonów metali powodujących twardość wody. Oznaczenie twardości metodą wersanianową uproszczoną polega na odmiareczkowaniu próbki wody roztworem wersenianu dwusodowego wobec czerni eriochromowej T jako wskaźnika. Jony wapnia i magnezu w roztworze wodnym przy pH około 10 zmieniają niebieskie zabarwienie czerni eriochromowej T, tworząc z nią związek kompleksowy o czerwonym zabarwieniu. Wersenianowe kompleksu wapniai magnezu są trwalsze od kompleksów tych jonów ze wskaźnikiem. Podczas miareczkowania, po związaniu wszystkich jonów wapnia i magnezu przez wersenian, w punkcie końcowym miareczkowania następuje zmiana zabarwienia z czerwonego na niebieskie, spowodowana wydzieleniem się wolnego wskaźnika. Przy oznaczaniu magnezy można wykorzystać fakt że w środowisku o pH 10 magnez i cynk miareczkuje się razem a gdy przed miareczkowaniem doda się cyjanek potasu to tworzy się trwały jon kompleksowy [Zn(Cn)₄]^-2 i miareczkuje się tyko Mg.

Przygotowanie doświadczenia i obliczenia.

Do naszych badan używamy 1 litr wody wodociągowej i 1 litr wody destylowanej.

Oznaczanie twardości węglowej (T_w).

Z badanej próbki wody pobieramy 100 cm³ do kolby szklanej o pojemności 150 cm³ i dodajemy 2 krople oranżu metylowego. Powstały roztwór miareczkujemy 0.1 N HCl. Próba pierwsza V_HCl= 2 ^on T_w= 2,8 * V_HCl * f [^on]

T_w= 2,8 * 2 * 0,9756 = 5,8 ^on

Oznaczanie twardości ogólnej (T_o).

Z badanej próbki wody pobieramy 50 cm³ wody do kolby i dodajemy 2 cm³ buforu oraz tyle czerni ET aby barwa roztworu uzyskała delikatnie fioletową barwę. Powstały roztwór miareczkujemy wersenianem 0,01 N. Próba pierwsza V_wer.= 17,7 ml

T_o= (V ml wody. * 0,01 * f * 56 * 1000) / (50 ml * 10 ) ^on

T_o= (17,7 ml * 0,01 * 0,9274 * 56 * 1000) / ( 50 ml * 10 ) = 16,8702 ^on

Oznaczanie Magnezu (Z_Mg ).

Do 100 cm³ wody dodajemy 20 cm³ (NH₄)₂C₂O₄ i przesączamy przez sączek karbowany trzykrotnie do uzyskania klarownego roztworu. Następnie odmierzamy 50 cm³ roztworu do kolby przy pomocy cylinderka i dodajemy 1 cm³ buforu oraz czerń ET. Po czym miareczkujemy wersanianem.

Próba pierwsza V_wer.= 11,1 ml

Z_Mg = (120 * V_wer.* 0,01 * f * 24 * 1000) / (100 * 50 ml) [ml/l]

Z_Mg = (120 * 12,5_.* 0,01 * 0,9274 * 24 * 1000) / (100 * 50 ml) = 50,48 ml/l

Oznaczanie zawartości CaO w wodzie wapiennej.

Do kolby szklanej odmierzamy za pomocą cylinderka 10 cm³ wody wapiennej i miareczkujemy wersanianem 0,01 N.

Z_CaO = (X ml * 0,01 * f * 56 * 1000) / 10 ml_{wody wapiennej}

Z_CaO = (17,99 ml * 0,01 * 0,97274 * 56 * 1000) / 10 ml_{wody wapiennej} = 1096,088 CaO mg/dm³

Oznaczanie zawartości Na₂CO₃

Obiczenia rozchodu CaO i Na₂CO₃

tCO₃ = (T_w * 10) / 28 [mg CaO/R_CaO]

tCO₃ = (5,8 * 10) / 28 = 2,07 mg CaO/R_CaO

Twardość nie węglowa = Twardość ogólna - Twardość węglowa

Twardość nie węglowa = 16,8702 - 5,8 = 11,0702 ^on

t_s = (Twardość nie węglowa * 10) / 28 [mg CaO/R_CaO]

t_s = (16,87 * 10) / 28 =3,9535 mg CaO/R_CaO

t_Mg = Z_Mg / R_Mg [mg Mg/R_Mg] R_Mg= 12

t_Mg = 50,48 / 12 = 4,20 mg Mg/R_Mg

tCO₂ = odczyt /22 [mg CO₂/R_CO2]

1,3 = 1,2

0,8 = X

X = 0,73

Ilość CO₂ dla stopnia twardości 0,73 wynosi 2,53

tCO₂ = 2,53 / 22 = 0,115 CO₂/l

Tabela 2. Zbiorcza tabela wyników.

Tw	To	ZMg	ZCaO	Z Sody	tCO3	tCO2	ts	tMg
5,8 ^on	16,87 ^on	50,48 ml/l	1096,88 CaO mg/dm^3	141330 tyś ml	2,07 mg CaO/RCaO	0,115 CO2/l	3,9535 mg CaO/RCaO	4,20 mg Mg/RMg

Q_CaO = 28 * (tCO₃ + tCO₂ + t_Mg + 0,5) [mg/l]

Q_CaO = 28 * ( 2,07 mg + 0,115 CO₂/l + 4,2 mg +0,5) = 192,78 mg/l

QNa₂CO₂ = 53 * (t_s + 2) [mg/l]

QNa₂CO₂ = 53 * (3,9535 mg + 2) = 315,53 mg/l

Oznaczanie twardości szczątkowej.

1000 ml = 1096,88mg

X ml = 192,72 mg

X = 175,8 ml

Sodowa:

1000 ml = 141330,86 mg

X ml = 315,53 mg

X = 2,2 ml

- Aby obliczyć twardość szczątkową dodajemy do uprzednio podgrzanego 1 l próby odpowiednią ilość odczynników, następnie przez cały czas mieszamy bagietką i po 10 minutach pobieramy 100 ml próby. Tą ilość poddajemy przesączeniu i z tego przesączu pobieramy 50 ml przesączu. Do tej ilości przesączu dodajemy 1 ml buforu, 1 kroplę Na₂S, odrobinę czerni ET, następnie miareczkujemy 0,01 M wersenianem sodowym do uzyskania niebieskiego zabarwienia.

1 próba

Po 10 minutach podgrzewania zużyłyśmy 1,2 ml wersanianu

T₀ = 1,25 [⁰n]

2 próba

Po 20 minutach podgrzewania zużyłyśmy 1,0 ml wersanianu

T₀ = 1,03 [⁰n]

Tabela 3. Wyniki miareczkowania.

Numer pobranej próbki.	1	2
Wynik miareczkowania [cm^3]	1,2	1,0

Wykres 1. Wykres ilustrujący zmiany twardości szczątkowej badanej wody.

---