ANALIZA WODY

RODZAJE TWARDOŚCI
Twardość ogólna Two
Wg kationów
Symbol
TwCa
TwMg

TWARDOŚĆ WODY – sumaryczna zawartość jonów wapnia i magnezu w wodzie. Dawniej właściwość wody polegająca na zużyciu pewnych ilości mydła bez wytworzenia piany podczas wytrząsania próby wody. Twarda woda powoduje wytrącanie się osadów zmniejszających przepustowość rur, a miękka sprzyja korozji.

• TWARDOŚĆ OGÓLNA – suma zawartości jonów wapnia i magnezu, występujących we wszystkich możliwych połączeniach.

• TWARDOŚĆ WAPNIOWA –obecność jonów wapnia.

• TWARDOŚĆ MAGNEZOWA – obecność jonów magnezu.

Klasyfikacja twardości wody
Woda
Bardzo miękka
Miękka
Średnio twarda
Twarda
Bardzo twarda

• TWARDOŚĆ WĘGLANOWA –obecność wodorowęglanów i węglanów wapnia i magnezu. Nazywana twardością przemijającą, ze względu na zmniejszanie po przegotowaniu:

Ca(HCO₃)₂ = CaCO₃ + H₂O + CO₂

Mg(HCO₃)₂ = Mg CO₃ + H₂O + CO₂

MgCO₃ + H₂O = Mg(OH)₂ + CO₂

Uwolniony do atmosfery dwutlenek węgla narusza równowagę węglanowo-wapniową i prowadzi do wytworzenia trudno rozpuszczalnego KAMIENIA KOTŁOWEGO (CaCO₃).

• TWARDOŚĆ NIEWĘGLANOWA – występowanie siarczanów, chlorków i soli wapnia i magnezu, nie rozkładane termicznie.

METODY OZNACZANIA TWARDOŚCI WODY:

• METODA WERSENIANOWA – kompleksometryczne oznaczanie sumarycznej zawartości jonów wapnia i magnezu. Jony te w roztworze o pH ok. 10 zmieniają niebieskie zabarwienie czerni eriochromowej T, tworząc z nią związek kompleksowy o czerwonym zabarwieniu. Kompleks ten jest mniej trwały niż kompleks metali z EDTA. Podczas miareczkowania EDTA następuje wiązanie jonów wapnia i magnezu z jednoczesnym uwalnianiem wskaźnika. W punkcie końcowym miareczkowania barwa roztworu zmienia się z czerwonej na niebieską.

EDTA – wypiera wskaźnik z kompleksów, Bufor amoniakalny – pH 10, Hydroksyloamina , Na₂S – by barwa była czerwona, maskuje jony przeszkadzające (Fe, Mn).

$$\text{Tw}_{o} = \frac{V_{\text{EDTA}} \bullet c_{\text{EDTA}} \bullet 1000}{V_{\text{pr}o\text{bki}}}\left\lbrack \text{mmol}/L \right\rbrack$$

• WAPŃ – metoda wersenianowi wobec KALCESU jako wskaźnika. Jony wapnia w roztworze wodnym o pH ok. 12,5 tworzą z kalcesem związek kompleksowy barwy czerwonej, który jest mniej trwały niż kompleks wapnia z EDTA. Podczas miareczkowania barwa zmienia się z czerwonej na niebieską.

• MAGNEZ – pośrednio: Tw_Mg = Tw_o − Tw_Ca

• METODA ABSORBCYJNEJ SPEKTROMETRII ATOMOWEJ – wykorzystuje zjawisko absorpcji promieniowania o długości fali 422,7 nm przez atomy wapnia i 285,2 nm przez atomy magnezu. Umożliwia na podanie ich stężenia w próbie.

c_Mg lub Ca = n_{rozcienczenie} • a_{zawartosc odczytana z krzywej wzorcowej}

CHLORKI – soli kwasu solnego, które występują obficie w wodach naturalnych.

• CHLORKI NORMALNE – pochodzenia geologicznego, których ilość w wodzie jest ograniczana ze względu na zmianę smaku.

• CHLORKI Z ZANIECZYSZCZEŃ – ich obecność w wodzie pitnej jest niedopuszczalna, towarzyszą im związki azotu i bakterie.

METODY OZNACZANIA CHLORKÓW:

• ARGENTOMETRYCZNE – z użyciem AgNO₃ jako titranta – chlorek srebra jest nierozpuszczalny w wodzie.

• METODA MOHRA – miareczkowanie jonów chlorkowych azotanem srebra wobec chromianu potasowego jako wskaźnika. W roztworze obojętnym lub słabo zasadowym (pH=6,5-10) azotan srebra strąca najpierw biały osad chlorku srebra i po całkowitym strąceniu jonów chlorkowych, jon srebrowy reaguje z chromianem, wytrącając czerwonobrunatny osad chromianu srebra. Zmiana zabarwienia z żółtozielonego na żółtobrunatne świadczy o miareczkowaniu jonów chlorkowych.

Ag⁺ + Cl^- = AgCl

2Ag⁺ + CrO₄^2- = Ag₂CrO₄

$$c_{\text{Cl}^{-}} = \frac{\left( V_{\text{azotanu}} - 0,3 \right) \bullet c_{\text{azotanu}}}{V_{\text{wody}}}$$

W oznaczeniu przeszkadzają siarkowodór i siarczki: 2Ag⁺ + S^2- = Ag₂S

• METODA VOLHARDA – wytrącanie jonów chlorkowych azotanem srebra w środowisku kwaśnym w postaci AgCl. Nadmiar azotanu odmiareczkowuje się roztworem rodanku potasu w obecności ałunu żelazowego jako wskaźnika. Czerwone zabarwienie świadczy o końcu reakcji. W oznaczeniu przeszkadza mętność i barwa wody.

Ag⁺ + Cl^- = AgCl

Ag⁺ + CNS^- = AgCNS

Fe³⁺ + 3CNS^- = Fe(CNS)₃

$$c_{\text{Cl}^{-}} = \frac{\left( V_{\text{azotanu}} \bullet c_{\text{azotanu}} - V_{\text{rodanku}} \bullet c_{\text{rodanku}} \right)}{V_{\text{wody}}}$$

• MERKURYMETRYCZNE – polega na miareczkowaniu chlorków za pomocą roztworu azotanu (V) rtęci (II) w środowisku o pH 2,3-2,8. Jony chlorkowe reagują z jonami rtęci tworząc chlorek rtęci (II). Difenylokarbazon dodany jako wskaźnik tworzy z nadmiarem jonów rtęci niebieskofioletowy związek kompleksowy.

• POTENCJOMETRYCZNE – polega na pomiarze potencjału jonoselektywną elektrodą chlorkową względem elektrody odniesienia. Różnica potencjałów jest miara stężenia.

OZNACZANIE TLENU ROZPUSZCZONEGO W WODZIE METODĄ WINKLERA – w roztworze alkalicznym rozpuszczony w wodzie tlen utlenia świerzo strącany wodorotlenek manganu (II) do manganianu )IV) w MnO(OH)₂. Po zakwaszeniu próbki związek manganu (IV) utlenia dodany jodek potasu do wolego jodu, w ilości równoważnej zawartości tlenu w wodzie. Wydzielony jod miareczkuje się roztworem tiosiarczanu (VI) sodu, w obecności skrobi jako wskaźnika do odbarwienia roztworu.

Mn²⁺ + 2OH^- Mn(OH)₂ (biały osad)

2 Mn(OH)₂ + O₂ 2MnO(OH)₂ (brązowy osad)

MnO(OH)₂ + 2I^- + 4H⁺ Mn²⁺ + I₂ + 3H₂O

I₂ + 2S₂O₃^2- = S₄O₆^2- + 2I^-

$$X = \frac{32 \bullet V_{\text{tiosiarczanu}} \bullet c_{\text{tiosiarczanu}} \bullet f_{wspolczynnik\ zmiany\ objetosci}}{4 \bullet V_{probki}},\ \ \ \ f = \frac{V_{\text{butelki}}}{V_{\text{butelki}} - V_{\text{siarczanu\ manganu\ i\ odczynnika\ alkalicznego}}}$$

W oznaczeniu przeszkadzają azotyny (+alkaliczny odczynnik jodkowo-azydkowy) oraz substancje redukujące i utleniające.

OZNACZANIE AZOTU AMONOWEGO METODĄ BEZPOŚREDNIEJ NESSELERYZACJI – polega na reakcji amoniaku z odczynnikiem Nesslera (K₂HgI₄). W reakcji powstaje bezpostaciowy, czerwonobrunatny osad [(Hg-O-Hg)NH₂]. Intensywność barwy roztworu jest proporcjonalna do stężenia jonów amonowych w roztworze. Wy usunąć wpływ innych jonów (gł. Fe) dodaje się winianu sodowopotasowego.

PRAWO LAMBERTA-BEERA: A = ϵlc,   l  grubosc warstwy roztworu,  ϵ − molowy wspolczynnik absorbcji

KRZYWA WZORCCOWA – zależność absorbancji od stężenia – jest liniowa.