Politechnika Łódzka Natalia Zioło

Wydział Budownictwa Architektury Piotr Zarzycki

i Inżynierii Środowiska Alicja Woźniak

Kierunek: Inżynieria Środowiska

Semestr I

Oznaczanie twardości wody

Data ćwiczenia	24.11.2008r
Data oddania	01.12.2008r
Ocena
Podpis

1. Cel ćwiczenia

Zbadanie twardości wody.

2. Wstęp teoretyczny

Twardość wody jest to właściwość wody polegająca na zużywaniu pewnych ilości mydła bez wytworzenia piany. Wynika to z obecności w wodzi jonów Ca, Mg, Mn, Al., Zn, które tworzą z mydłem dodawanym do wody nierozpuszczalne sole. Pienienie się roztworu następuje dopiero po ich strąceniu. Zawartość wapnia i magnezu w wodach naturalnych jest dużo większa od innych wymienionych pierwiastków wobec tego twardość wody naturalnej zależy głównie od obecności jonów
i
. Sole wapnia i magnezu występują w wodach naturalnych przeważnie w postaci wodorowęglanów
, albo jako siarczany, chlorki, azotany i inne związki.

W wodach naturalnych zawartość Ca jest większa od Mg, przy czym rozpuszczalność MgCO
jest większa od CaCO
co oznacza że MgCO
jest obecny w wodzie, natomiast CaCO
praktycznie nie istnieje w formie rozpuszczonej. Twardość wody surowej nazywa się twardością ogólną i jest suma wartości węglanowej
i twardości nie węglanowej
:

a) węglanowa:
wywołana przez wodorowęglany, węglany i wodorotlenki wapnia i magnezu:

b) nie węglanowa:
wywołana przez inne związki wapnia i magnezu

Twardość węglanowa w czasie gotowania wody ulega zmniejszeniu w wyniku rozkładu wodorowęglanów i hydrolizie powstających węglanów

Me - jon Ca lub Mg

Twardość wody można wyrażać w różnych jednostkach. Najbardziej rozpowszechnione jest stosowanie stopni twardości. W celu ujednolicenia oznaczania twardości przyjęto wyrażać twardość w uniwersalnych jednostkach chemicznych w milimolach jonów Ca i Mg zawartych w 1 dm
(mmol/dm
). Inne jednostki i ich przeliczniki:

1mval/dm
odpowiada 2,8
n (niemiecki stopień twardości)

1mval/dm
→ 50mg CaCO
/dm

1mval/dm
→ 0,5mmol/ dm

1mval/dm
→ 28mg CaO/dm

1 mmol/dm
→ 5,6
n

1 mmol/dm
→ 100mg CaCO
/dm

1 mmol/dm
→ 2mval/dm

1 mmol/dm
→ 56mg CaO/dm

1
n → 0,357 mval/dm

1
n → 0,179 mmol/dm

1
n → 10 mg CaO/dm

1
n → 1,79 mg CaCO
/dm

Twardość wody wyraża się w 6- stopniowej skali.

Skala twardości wody:

Woda	Stopnie twardości	mg CaO/dm
Bardzo miękka	0-5	0-50
Miękka	5-10	50-100
O średniej twardości	10-15	100-150
O znacznej twardości	15-20	150-200
Twarda	20-30	200-300
Bardzo twarda	powyżej 30	powyżej 300

Wody opadowe są miękkie (
tw
0), wody mineralne i morskie SA natomiast bardzo twarde gdyż zawierają duże ilości Mg (350÷450
tw). Wody powierzchniowe zwłaszcza te z potoków górskich SA na ogół miękkie. Większą twardość wykazują wody podziemne. Twardość naturalna wód słodkich wynosi 1÷60
tw. Wody twarde i bardzo miękkie mogą być używane do picia bez szkody dla zdrowia, niekiedy mogą mieć jedynie gorzki lub mdły smak. Szkodliwa jest duża zawartość chlorku i siarczanu magnezu, które to mogą powodować biegunki. Twarda woda jest niepożądana:

- pogarsza wartości odżywcze mięsa i jarzyn,

- powoduje duże zużycie mydła w trakcie mycia

- może powodować podrażnienie skóry

- nie daje się do produkcji napojów, barwników, wyrobów tekstylnych

- taką wodą nie można zasilać kotłów- powstaje kamień kotłowy, który utrudnia wymianę ciepła.

Dopuszczalna twardość wody przeznaczonej do spożycia wynosi :60- 500 mg CaCO
/dm

Zasada oznaczenia twardości ogólnej metodą wersenianową.

Oznacza się ją kompleksometrycznie wobec czerni erichromowej T jako wskaźnika. Jony Ca i Mg w roztworze wodnym o pH około 10 zmieniają niebieskie zabarwienie tworząc z nią związek kompleksowy o czerwonym zabarwieniu. Kompleks ten jest mniej trwały niż z wersanianem dwusodowym. Przy miareczkowaniu po związaniu wszystkich jonów Ca i Mg przed wersanian, wskaźnik zostaje uwolniony i barwa roztworu zmienia się z czerwonej na niebieską. Zmiana zabarwienia miareczkowanego roztworu jest wyraźna jedynie w obecności dostarczanej ilości jonów magnezowych.

3. Wykonanie ćwiczenia

Przed właściwym miareczkowaniem oznaczyć zasadowość ogólną badanej wody przy pomocy 0,1 M roztworu HCl oraz oranżu metylowego jako wskaźnika.

Następnie do kolby stożkowej o pojemności 300 ml odmierzyć 100 ml badanej klarownej wody. Do badanej próbki dodać taką objętość kwasu solnego, jaką zużyto do oznaczenia zasadowości oraz 0,5 ml nadmiaru tego kwasu. Następnie dodać 2 ml roztworu buforu amonowego oraz szczyptę (ok. 0,1 g) wskaźnika - czerni eriochromowej T. Natychmiast miareczkować 0,02 M roztworem wersenianu dwusodowego do zmiany zabarwienia z czerwonego poprzez fioletowe do niebieskiego. Pod koniec miareczkowania roztwór wersenianu należy dodawać ostrożnie kroplami, mieszając energicznie zawartość kolby po dodaniu każdej kropli. Próbka po upływie 2-3 minut nie powinna zmienić zabarwienia. Oznaczenie przeprowadzić na dwóch próbkach.

Twardość ogólna badanej próbki wody (x) obliczyc w mmol/dm
według wzoru:

mmol/dm

a- objętość 0,02 M roztworu wersenianu dwusodowego zużytego do miareczkowania, ml.

0,02- liczba milimoli wapnia odpowiadająca 1 ml 0,02 M roztworu wersenianu dwusodowego, mmol.

V- objętość próbki wody użytej do oznaczenia, ml.

Woda którą badamy ma zasadowość ogólną. Przy badaniu zasadowości zużyliśmy 3,8 ml roztworu HCl, zatem do badania twardości wody musimy użyć 4,3 ml HCl.

Miareczkujemy wersanian dwusodowy:

	Stan początkowy	Zużycie
Pierwsza próbka	0 ml	18,4 ml
Druga próbka	20 ml	17 ml

Obliczamy twardość ogólną dla pierwszej próbki według podanego wzoru:

Obliczamy twardość ogólną dla drugiej próbki według podanego wzoru:

Obliczamy twardość średnia obu próbek:

Liczymy z proporcji jaki stopień twardości wody ma badana próbka (stopnie niemieckie):

Korzystając z tego że 1mval/dm
odpowiada 2,8
n obliczamy stopień niemiecki:

Obliczam czy woda nadaje się do spożycia:

/dm

/dm

4. Wnioski

• Woda którą badaliśmy zalicza się do wód o znacznej twardości.

• Woda nadaje się do spożycia ponieważ zawiera się w przedziale 60- 500 mg CaCO
  /dm
  

• Twardość badanej wody wynosi 3,54mmol/dm
  oraz następująco po przeliczeniu na stopnie niemieckie
  .

---