Technologia wody i ścieków- laboratorium	Iś, ROK II, grupa 4/1
Data wykonania 14.03.2011	Tytuł ćwiczenia Oznaczanie twardości wody
Data oddania 19.05.2011	Wykonujący

1. Wstęp

Zasadowość wód - zdolność do zobojętniania mocnych kwasów nieorganicznych. Zasadowość wód pochodzi od głównie od wodorowęglanów, fosforanów, boranów, krzemianów.

Zasadowość całkowita- jest ilościowym wskaźnikiem zawartości jonów węglanowych, wodorowęglanowych, wodorotlenkowych i innych anionów pochodzących z dysocjacji soli słabych kwasów i mocnych zasad, oznaczanym przez miareczkowanie próbki mocnym kwasem np. HCl do pH=4,5, wobec oranżu metylowego.

 

Twardość wody – właściwość chemiczna wody związana z obecnością rozpuszczonych soli wapnia i magnezu oraz glinu, żelaza, manganu, strontu, baru, cynku i innych pierwiastków występujących w mniejszych stężeniach. Twardość wody tradycyjnie definiowana jest jako zdolność do pienienia się wody z mydłem. Współcześnie oznaczana analitycznie jako suma wapnia i magnezu.

Twardość węglanowa wody (przemijająca)- właściwość chemiczna wody związana z obecnością rozpuszczonych soli wapnia i magnezu w postaci wodorowęglanów (głównie przez: wapniowy Ca(HCO₃)₂ oraz magnezowy Mg(HCO₃)₂.) i węglanów. Jest to część twardości ogólnej wody zanikająca po przegotowaniu (po osadzeniu kamienia kotłowego).

Twardość niewęglanowa (trwała) – właściwość chemiczna wody, rozumiana jako część twardości ogólnej, wywołana obecnością rozpuszczonych siarczanów, chlorków i krzemianów wapnia, magnezu, żelaza, glinu, manganu, strontu, baru i cynku, nie zmienia się przy podgrzewaniu i gotowaniu wody.

Twardość ogólna (całkowita) – suma twardości węglanowej i niewęglanowej.

Twardość wapniowa - właściwość chemiczna wody wywołana obecnością rozpuszczonych soli wapnia.

Twardość magnezowa - właściwość chemiczna wody wywołana obecnością rozpuszczonych soli magnezu.

Stopień twardości wody - jednostka twardości wody. Obowiązującą w Polsce jednostką twardości wody jest jeden mg CaCO3/dm³ wody - znana w literaturze jako stopień amerykański.

1. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest oznaczenie twardości wody.

1. Wykonanie

1. Oznaczanie zasadowości całkowitej

Do 100 cm³ wody dodano 2-3 krople oranżu metylowego. Po zabarwieniu się próbki na kolor żółty przeprowadzono proces miareczkowania 0,1M HCl, aż do uzyskania koloru pomarańczowego. Proces powtórzono trzy razy w celu potwierdzenia wyniku.

1. Oznaczanie twardości ogólnej metodą miareczkowania

Do 50 cm³ próbki dodać 1cm ³ roztworu buforowego, 1 cm³ chlorowodorku hydroksylaminy, 1 cm³ siarczku sodu i 0,1 g czerni eriochromowej. Następnie przeprowadzono proces miareczkowania 0,05M wersenianu sodu, aż do zmiany zabarwienia z czerwonego na niebiesko szafirowe. Po uzyskaniu zabarwienia fioletowego wersenian dodawano kroplami energicznie mieszając. Proces powtórzono trzy razy w celu potwierdzenia wyniku.

1. Oznaczanie twardości wapniowej metodą miareczkowania

Do 50 cm³ wody dodano 3 cm³ roztworu alkalizującego (KOH), 1cm³ chlorowodorku hydroksylaminy, 1cm³ siarczku sodu i 0,2 g muredyksu. Następnie przeprowadzono proces miareczkowania 0,05M wersenianiu sodu, aż do zmiany zabarwienia z różowego na niebieskofioletowe. . Proces powtórzono trzy razy w celu potwierdzenia wyniku.

1. Obserwacje i opracowanie wyników

1. Zasadowość całkowita Z_m

Z_m= $\frac{b*100}{V}$ [mval/dm³]

b- objętość 0,1M HCl zużytego do miareczkowania próbki wody badanej, [cm³]
V- objętość próbki wody zużytej do oznaczania, [cm³]

W każdym z trzech procesów miareczkowania 0,1m HCl zużyto 1,4 ml roztworu.

Z_m1= 1,4 [mval/dm³]

Z_m2=1,4 [mval/dm³]

Z_m3=1,4 [mval/dm³]

1. Twardość ogólna T_og

T_og=$\frac{\text{\ \ }V_{3}*c_{\text{EDTA}}*2*1000}{V_{2}}\ $ [mval/dm³]

V₂- objętość próbki wody zużytej do oznaczania, [cm³]
V₃- objętość roztworu EDTA zużytego do miareczkowania próbki wody, [cm³]
C_EDTA- miano roztworu EDTA, [mol/dm³]

W każdym z trzech procesach miareczkowania 0,05M wersenianu sodu zużyto 3,1 ml roztworu.

T_og1=6,2 [mval/dm³]

T_og2=6,2 [mval/dm³]

T_og3=6,2 [mval/dm³]

Wartość średnia T_og=6,2[mval/dm³]

Wartości twardości w zależności od jednostki jakiej jest wyrażana

Jednostka twardości	Wartość twardości ogólnej
mmol/dm^3	3,1
mmval/dm^3	6,2
˚n	17,3
˚ang	21,7
˚franc	31
mg/dm^3 CaCo3	310

1. Twardość wapniowa T_Ca

T_Ca=$\frac{V_{1}*c_{\text{EDTA}}*1000*2}{V}$ [mval/dm³]

V- objętość próbki wody pobranej do miareczkowania, [cm³]
V₁- objętość roztworu wersenianu sodu zużytego do miareczkowania próbki, [cm³]
c- miano roztworu wersenianu, [mol/dm³]

W trzech procesach miareczkowania 0,05M wersenianu sodu zużyto kolejno 2,5, 2,4, 2,4 ml roztworu.

T_Ca1= 5,0 [mval/dm³]

T_Ca2= 4,8[mval/dm³]

T_Ca3=4,8[mval/dm³]
Wartość średnia T_Ca = 4,86[mval/dm³]

1. Twardość magnezowa T_Mg

T_Mg= T_og- T_Ca = 1,34 [mval/dm³]

1. Wnioski

W przeprowadzonym ćwiczeniu określono trzy rodzaje twardości wody: magnezową , wapniową i ogólną. Twardość ogólna stanowiąca sumę twardości wapniowej i magnezowej jest naturalnie najwyższa. Natomiast twardość wapniowa jest prawie czterokrotnie wyższa od twardości magnezowej. Oznacza to, że w badanej wodzie znajduję się większa ilość soli wapnia niż magnezu wywołujących jej twardość.

Wartość twardości ogólnej wody wynosi 6,2 [mval/dm³], a więc jest to woda twarda. Oznacza to, że wykazuje ona znaczne stężenie soli metali (zwłaszcza wapnia i magnezu), najczęściej w postaci siarczanów i chlorków. Podczas gotowania takiej wody może powstawać tzw. kamień kotłowy, uszkadzający instalacje i niszczący urządzenia. Zarówno gotowanie jaki i pranie w takiej wodzie jest znacznie utrudnione (twardość wody zwiększa bowiem napięcie powierzchniowe wody). Zużywa się wtedy znacznie większej ilości środków czystości, a gotowanie trwa dłużej i walory smakowe (w szczególności napojów) są mniejsze. Woda twarda niekorzystnie wpływa także na naszą skórę.
W niektórych gałęziach przemysłu np. w przemyśle browarniczym, farmaceutycznym, produkcji barwników stosowanie twardej wody nie jest możliwe i należy przeprowadzić proces zmiękczania wody.