Wydział Gdańsk dn. 18,.04.2001

Budownictwa Wodnego

i Inżynierii Środowiska

Laboratorium Chemii

Twardość

ogólna, wapniowa i magnezowa

Grzegorz Robionek

Gr.IV. rok II

Środa godz: 14-16

Ćwiczenie wykonano: 11.04.2001

1. Wstęp teoretyczny

Analiza chemiczna, identyfikacja (chemiczna analiza jakościowa) i oznaczanie ilościowe (chemiczna analiza ilościowa) składu substancji. Ze względu na sposób (i obiekt) pomiaru rozróżnia się metody klasyczne analizy chemicznej (gł. pomiar masy lub objętości) i chemiczną analizę instrumentalną (pomiar własności fizycznych lub fizykochemicznych badanej substancji).

Chemiczna analiza jakościowa, analiza, której celem jest stwierdzenie (lub wykluczenie) obecności jakiegoś składnika w badanej próbce. Identyfikację składników próbki dokonuje się za pomocą odpowiednich odczynników analitycznych, powodujących charakterystyczną reakcję, której towarzyszy zmiana barwy roztworu, płomienia, specjalnie stopionej perły (barwne perły) albo wytrącenie osadu.

Metody klasyczne analizy chemicznej, metody analityczne ilościowe, wykorzystujące pomiar masy osadu otrzymanego w toku analizy (analiza wagowa, metody wagowe, czyli grawimetryczne) lub objętości roztworu mianowanego zużytego w reakcji z oznaczanym składnikiem (analiza miareczkowa, czyli objętościowa).

Chemiczna analiza instrumentalna, dział analizy chemicznej obejmujący metody pomiaru własności fizycznych lub fizykochemicznych badanej próbki, określające np.: własności elektryczne i elektrochemiczne, własności optyczne, własności rozdzielania międzyfazowego, promieniotwórczość i inne.

Metody te, zwane instrumentalnymi, odróżnia od metod klasycznych znacznie wyższa czułość i szybkość analizy, która może być łatwo zautomatyzowana. Metody instrumentalne często umożliwiają oznaczenie badanego składnika nawet wtedy, gdy towarzyszy mu skomplikowana matryca. Aparatura pomiarowa stosowana w chemicznej analizie instrumentalnej jest na ogół bardzo kosztowna.

Miareczkowanie, w najprostszym przypadku czynność w analizie miareczkowej (metody klasyczne analizy chemicznej) polegająca na dodawaniu z biurety roztworu mianowanego (titranta) do roztworu substancji oznaczanej aż do osiągnięcia punktu końcowego miareczkowania.

Zależnie od rodzaju titranta wyróżnia się poszczególne metody analizy miareczkowej, jak alkalimetria i acydymetria (razem określane jako alkacymetria), jodometria i jodymetria, cerometria, argentometria, chromianometria, manganometria i in.

Miareczkowania stosuje się również w wielu technikach chemicznej analizy instrumentalnej

Punkt równoważnikowy miareczkowania, PR, punkt miareczkowania, w którym oznaczana substancja w roztworze przereagowała ilościowo stechiometrycznie z titrantem.

Przybliżeniem PR jest punkt końcowy miareczkowania (PK), który jest wyznaczany wizualnie lub za pomocą metod instrumentalnych (np. potencjometrii).

Alkacymetria, chemiczna analiza objętościowa, wykorzystująca reakcję zobojętniania do oznaczania kwasów (alkalimetria) i zasad (acydymetria).

Twardość, własność ciał stałych polegająca na stawianiu oporu odkształceniom plastycznym przy lokalnym oddziaływaniu nacisku na ich powierzchni, wywieranego przez inne, twardsze ciało. Twardość jest cechą umowną, umożliwiającą porównywanie odporności na uszkodzenia powierzchni różnych materiałów. Powszechnie stosuje się kilka metod badania twardości (głównie metali).

W metodach pomiaru mierzy się odpowiednie wymiary odcisków w badanym materiale, powstałe w wyniku wgniecenia wgłębnika (kulki stalowej lub z węglików spiekanych, stożka diamentowego lub hartowanej kulki, diamentu w kształcie piramidy).

Przy znanej sile obciążenia oraz wielkości odcisku powierzchni oblicza się twardość.

Dzięki doświadczalnie stwierdzonym zależnościom pomiędzy twardością a innymi własnościami materiałów (np. wytrzymałością na rozciąganie) oraz na podstawie ustaleń, że próby twardości jedynie w minimalnym stopniu uszkadzają badany materiał, mogą one w wielu przypadkach zastąpić próby znacznie trudniejsze do przeprowadzenia, np. rozciąganie.

Twardość wody, obecność w wodzie składników mineralnych, głównie węglanów, wodorowęglanów, chlorków, siarczanów, krzemianów wapnia i magnezu. Rozróżnia się twardość wody: przemijającą (pochodzącą przede wszystkim od węglanów, wodorowęglanów i wodorotlenków wapnia i magnezu, które podczas gotowania są wytrącane w postaci osadu węglanów) oraz nieprzemijającą (spowodowaną zwłaszcza obecnością siarczanów wapnia i magnezu, które pozostają w wodzie po gotowaniu).

Twardość wody wyrażana jest najczęściej w miligramorównoważnikach (mval) substancji wywołującej twardość wody na dm³ lub w stopniach niemieckich (1° niemiecki = 10 mg CaO na dm³ wody = 0,357 mval CaO na dm³ wody).

Woda o twardości poniżej 7° niemieckich nosi nazwę miękkiej, powyżej tej wartości - twardej.

Woda twarda utrudnia pienienie się środków piorących oraz powoduje powstawanie kamienia kotłowego lub korozję kotłów parowych.

Zmiękczanie wody, usuwanie związków powodujących twardość wody. Zmiękczanie wody może odbywać się metodami: destylacji, dekarbonizacji (strącenie soli wapnia i magnezu termicznie lub chemicznie, np. przy pomocy sody albo fosforanów), metodą jonitową, poprzez dodawanie związków chemicznych tworzących rozpuszczalne kompleksy z wapniem i magnezem.

Zmiękczanie stosuje się najczęściej w przypadku wody o zastosowaniu przemysłowym, np. chłodniczej, kotłowej, technologicznej.

2. Przebieg ćwiczenia.

Twardość ogólna:

Do kolby o poj. ok. 250 cm3 wlałem 50 cm3 badanej próbki wody.

Próbkę przenosimy za pomocą czystej i przepłukanej roztworem kolby.

Dodałem 1 cm³ roztworu buforowego.

Dodałem 1 cm³ chlorowodorku hydroksyloaminy.

Po wymieszaniu dodałem ok. 0,05 g czerni eriochromowej T z chlorkiem sodowym. Ponownie dokładnie wymieszałem.

Jak najszybciej przeprowadziłem miareczkowanie wersenianidem sodu, aż kolor czerwony przejdzie w niebieski bez fioletowego odcienia.

Po miareczkowaniu odczekałem 3 minuty, aby sprawdzić czy roztwór nie wróci do wcześniejszej barwy.

Twardość wapniowa:

Do kolby o poj. ok. 250 cm3 wlałem 50 cm3 badanej próbki wody.

Próbkę przenosimy za pomocą czystej i przepłukanej roztworem kolby.

Dodałem 3 cm³ roztworu alkalizującego.

Dodałem 1 cm³ chlorowodorku hydroksyloaminy.

Po wymieszaniu dodałem ok. 0,2 g kalcesu i ponownie dokładnie wymieszałem.

Przeprowadziłem miareczkowanie wersenianidem sodu, aż kolor czerwony przejdzie w niebieski bez fioletowego odcienia.

Po miareczkowaniu odczekałem 3 minuty, aby sprawdzić czy roztwór nie wróci do wcześniejszej barwy.

Twardość magnezowa:

Tylko na podstawie obliczeń i poprzednich pomiarów.

3. Obliczenia

Twardość ogólna:

	Próba nr 1	Próba nr 2
Odczyt przed pomiarami	0,2 ml	0,4 ml
Po zmiarczkowaniu	5,7 ml	6,1 ml

Tw_og= 4,312

Twardość wapniowa:

	Próba nr 1	Próba nr 2
Odczyt przed pomiarami	0,0 ml	0,5 ml
Po zmiarczkowaniu	4,8 ml	5,2 ml

Tw_Ca= 3,6575

c_Ca= 73,15

U nas:

V - objętość próbki użytej do oznaczenia

a - objętość roztworu użytego do zmiareczkowania

Twardość magnezowa:

Tw_Mg= (4,312 - 3,657) * 12,15 = 7,958

4. Uwagi.

Wyniki obliczeń:

	mval/dm^3	mg/dm^3
Twardość ogólna	4,312
Twardość wapniowa	3,6575	73,15
Twardość magnezowa		7,958

Twardość wody posiada istotne znaczenie przy ocenie wody do celów gospodarczych i technicznych.

Ścieki o wysokiej twardości mogą wywoływać zakłócenia w pracy oczyszczalni biologicznych oraz wpływać ujemnie na wody odbiornika, a nawet zupełnie uniemożliwić procesy w zakładach produkcyjnych.

Woda przeznaczona do picia powinna zawierać się w ściśle określonych kryteriach twardości (zbyt miękka woda, także jest niezdrowa).

W oznaczeniu twardości bardzo przeszkadzają substancje organiczne.

Należy się ich pozbyć, gdyż mogą one wpłynąć na nasz wynik miareczkowania.

Niepożądane przy badaniach są także wodorowęglany i węglany powyżej 6 mval/dm³.

Oznaczenie twardości należy wykonać nie później niż 4 godz. od pobrania próbki. Gdy jest to niemożliwe należy utrwalić próbkę.

---