Akademia Górniczo – Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie

Ćwiczenie nr 2: Oznaczanie twardości wody.

Technologia Wody i Ścieków, Ćwiczenia laboratoryjne. Prowadząca: mgr Agnieszka Bożęcka

Wykonali: Paweł Sobczak Piotr Musiał

Wydział Górnictwa i Geoinżynierii kierunek: Ochrona Środowiska studia zaoczne, rok III, semestr IV, grupa 2

Data wykonania ćwiczenia: 2013.05.25

SPIS TREŚCI

SPIS TREŚCI 2

1. Wstęp teoretyczny. 3

1.1. Twardość. 3

1.2. Podział twardości wody. 3

1.3. Jednostki twardości i współczynniki przeliczeniowe. 3

1.4. Kategorie twardości wód. 3

2. Cel ćwiczenia i opis ćwiczenia. 4

3. Zestawienie i opracowanie wyników. 5

3.1. Zasadowość całkowita Z_m. 5

3.2. Twardość ogólna. 5

3.3. Twardość wapniowa. 5

3.4. Twardość magnezowa. 5

4. Wnioski. 6

Wstęp teoretyczny.

Twardość.

Twardość wody jest jej właściwością wynikającą z obecności rozpuszczonych w niej związków, głównie wapnia i magnezu. Pierwotnie definiowana była jako właściwość polegająca na zużywaniu pewnych ilości mydła bez wytworzenia piany przy skłócaniu wody z mydłem. Rozróżnia się następujące rodzaje twardości wód:

• twardość ogólną – która odpowiada całkowitej zawartości jonów wapnia i magnezu oraz innych jonów metali powodujących twardość wody,

• twardość węglanową – która odpowiada zawartości węglanów, wodorowęglanów i wodorotlenków wapnia i magnezu,

• twardość niewęglanową – stanowi różnicę między twardością ogólną, a twardością węglanową i określa zawartość chlorków, siarczanów, azotanów i innych rozpuszczalnych soli, głównie wapnia i magnezu,

• twardość wapniową – spowodowana obecnością związków wapnia i równoznaczną z oznaczaniem zawartości wapnia,

• twardość magnezową – spowodowaną obecnością związków magnezu i równoznaczną z oznaczaniem zawartości magnezu.

Podział twardości wody.

Symbol	Rodzaj twardości	Twardość węglanowa	Twardość niewęglanowa
TCa	wapniowa	Ca(HCO3)2 Ca(OH)2 CaCO3	CaSO4 CaCl2 Ca(NO3)2
TMg	magnezowa	Mg(HCO3)2 Mg(OH)2 MgCO3	MgSO4 MgCl2 Mg(NO3)2

Jednostki twardości i współczynniki przeliczeniowe.

Jednostka	mg/dm^3 CaCO3	mval/dm^3	stopień niemiecki °n	stopień francuski °f	stopień brytyjski °a
mg/dm^3 CaCO3	1	50,4	0,056	0,10	0,070
mval/dm^3	50,04	1	2,804	5,00	3,504
niemiecka	17,84	0,375	1	1,784	1,249
francuska	10	0,200	0,560	1	0,700
brytyjska	14,28	0,800	0,800	1,428	1

Kategorie twardości wód.

Twardość wód naturalnych może zawierać się w szerokich granicach od 1 do 20mval/dm³, natomiast wody uzdatnione do zastosowań przemysłowych mogą mieć twardość bliską 0mval/dm³. Wodę pod względem stopnia twardości można podzielić na różne kategorie, podane w poniższej tabeli:

Twardość ogólna
[mval/dm^3]
0÷1,78
1,78÷3,57
3,57÷5,35
5,35÷7,13
7,13÷10,70
>10,70

Cel ćwiczenia i opis ćwiczenia.

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z metodami oznaczania twardości wody. Podczas ćwiczenia dokonywaliśmy:

• oznaczania zasadowości całkowitej przez miareczkowanie wobec oranżu metylowego –oznaczanie polega na dodaniu oranżu metylowego do próbki wody pitnej (3-4 krople) i jeżeli próbka zabarwi się na kolor żółty to należy wykonać miareczkowanie roztworem HCl, dla wody pitnej 0,1M, aż do uzyskania zabarwienia na kolor pomarańczowy.

• oznaczania twardości ogólnej przez miareczkowanie – oznaczenie polega na dodaniu do próbki wody pitnej, takiej ilości kwasu solnego jaką zużyto do oznaczania zasadowości wody, równoważną do objętości analizowanej próbki tj. 2,5ml. Następnie do próbki wody pitnej dodano 1cm³ roztworu buforowego (chlorowodorku hydroksylaminy), 1cm3 roztworu siarczku sodu i około 0,1g czerni eriochromowej i natychmiast rozpoczęto miareczkowanie roztworem wersenianu disodu o stężeniu 0,05M, aż do zmiany zabarwienia próbki wody z koloru czerwonego na niebieskoszafirowy.

• oznaczanie twardości wapniowej metodą miareczkową – oznaczenie polega na dodaniu do próbki wody pitnej: 3cm³ roztworu alkalizującego, 1cm³ chlorowodorku hydroksylaminy, 1cm³ siarczku sodu i około 0,2g mureksydu. Następnie natychmiast należy miareczkować roztworem wersynianu disodu o stężeniu 0,05M do zmiany zabarwienia z różowego na niebieskofioletowe.

Oznaczeń dokonywaliśmy na dwóch próbkach, po 50 cm³ wody pitnej. Jeżeli objętość titrana użytego do miareczkowania wyniosła poniżej 1cm³ to oznaczenia powtórzono dla dwukrotnej objętości wody – 100cm³. Natomiast, jeżeli ilość titrana użytego do miareczkowania wyniosła powyżej 10cm³, to miareczkowanie należy powtórzyć z mniejszą ilością wody – dopełniając próbkę do objętości 50cm³ wodą destylowaną. Podczas naszych badań żaden z przypadków nie miał miejsca i miareczkowania wykonano na 50cm³ wody pitnej.

Zestawienie i opracowanie wyników.

Zasadowość całkowita Z_m.

W opracowywaniu wyników skorzystano z obliczeń wykonanych w ćwiczeniu nr 1.

$$\mathbf{Z}_{\mathbf{m}}\mathbf{= 0,15\ }\frac{\mathbf{\text{mval}}}{\mathbf{\text{dm}}^{\mathbf{3}}}\mathbf{.}$$

Twardość ogólna.

Twardość ogólną obliczamy na podstawia wzoru:

$$T_{\text{og}} = \frac{V_{3} \bullet c_{\text{EDTA}} \bullet 2 \bullet 1000}{V_{2}} = \frac{1,7 \bullet 0,05 \bullet 2 \bullet 1000}{50} = \mathbf{3,4}\frac{\mathbf{\text{mval}}}{\mathbf{\text{dm}}^{\mathbf{3}}}\mathbf{.}$$

gdzie:

V₃ – objętość roztworu EDTA zużytego do miareczkowania, [cm³],

V₂ – objętość próbki wody użytej do oznaczania, [cm³],

c_EDTA – stężenie roztworu EDTA użytego do miareczkowania, [mol/dm³].

Miareczkowanie wykonano w dwóch próbach i dla obu ilość roztworu EDTA była taka sama.

Zestawienie twardości w różnych jednostkach przedstawia się następująco:

Jednostka	Twardość
mg/dm^3 CaCO3	171,36
mval/dm3	3,4
niemiecka	1,275
francuska	0,68
brytyjska	2,72

Twardość wapniowa.

Twardość wapniową obliczamy na podstawia wzoru:

$$T_{\text{Ca}} = \frac{V_{3} \bullet c_{\text{EDTA}} \bullet 2 \bullet 1000}{V} = \frac{1,5 \bullet 0,05 \bullet 2 \bullet 1000}{50} = \mathbf{3}\frac{\mathbf{\text{mval}}}{\mathbf{\text{dm}}^{\mathbf{3}}}\mathbf{.}$$

gdzie:

V₃ – objętość roztworu EDTA zużytego do miareczkowania, [cm³],

V – objętość próbki wody pobranej do miareczkowania, [cm³],

c – stężenie roztworu wersenianu użytego do miareczkowania, [mol/dm³].

Miareczkowanie wykonano w dwóch próbach i dla obu ilość roztworu wersenianu była taka sama.

Twardość magnezowa.

Twardość ogólna jest sumą twardości magnezowej i wapniowej stąd:

$$T_{\text{Mg}} = T_{\text{og}} - T_{\text{Ca}} = 3,4 - 3 = \mathbf{0,4}\frac{\mathbf{\text{mval}}}{\mathbf{\text{dm}}^{\mathbf{3}}}\mathbf{.}$$

Wnioski.

W wyniku przeprowadzonych miareczkowań i obliczeń została oznaczona twardość ogólna wody pitnej (wodociągowej), wynosi ona 171,36mg CaCO₃/l. Wg polskich norm można zaliczyć tę wodę do wód pitnych, gdyż zawiera się w przedziale od 60 do 500 mg CaCO₃/l. Zbadana twardość wody w stopniach niemieckich wynosi 1,275 i mieści się ona w zakresie twardości wód bardzo miękkich.