Введение. Абсолютно чистой воды в природе не бывает

Абсолютно чистой воды в природе не бывает. При взаимодействии воды с атмосферой и почвой в ней растворяются органические и неорганические соединения. Особое значение имеют присутствующие в воде многозарядные катионы Ca²⁺ и Mg²⁺. Если концентрация этих ионов велика, то воду называют жесткой, если мала - мягкой. Жесткость воды подразделяют на карбонатную и некарбонатную.

Карбонатной называют жесткость, обусловленную присутствием в воде гидрокарбонатов кальция и магния Ca(HCO₃)₂ и Mg(HCO₃)₂. При повышении температуры, особенно при кипячении, эти соли разлагаются с образованием малорастворимых карбоната кальция и гидроксида магния и жесткость устраняется:

t^o

Ca(HCO₃)₂ ® CaCO₃¯+H₂O+CO₂­,

t^o

Mg(HCO₃) ® Mg(OH)₂¯ +2CO₂­.

Поэтому карбонатную жесткость еще называют временной.

Некарбонатная жесткость определяется содержанием в воде сульфатов и хлоридов кальция и магния. При кипячении эти соли не удаляются из воды. Поэтому некарбонатную жесткость еще называют постоянной. Сумма постоянной и временной жесткости дает общую жесткость воды.

Жесткость характеризуют числом моль эквивалентов солей Са²⁺ и Mg²⁺ в 1л воды. Ж_карб. - карбонатная жесткость воды, определяется количеством ммоль эквивалентов анионов НСО₃^- в 1л воды: Ж_карб.= С_N(НСО₃)×10³, мэкв/л. Ж_общ. - общая жесткость воды, определяется количеством ммоль эквивалентов катионов Ca²⁺, Mg²⁺ в 1л воды: Ж_общ.= [С_N(Са²⁺)+С_N(Mg²⁺) ]× 10³, мэкв/л.

Ж_{некарб.}=Ж_общ. - Ж_карб.

Жесткая вода непригодна в качестве теплоносителя на энергообъектах, ее вкусовые качества невелики, стирка в жесткой воде возможна только при повышенном расходе моющих средств. Поэтому воду умягчают, т.е. снижают содержание ионов Ca²⁺ и Mg²⁺.

Один из простейших способов устранения жесткости - кипячение (см. выше уравнения протекающих при этом реакций). В этом случае из воды удаляются лишь гидрокарбонаты. Химические способы устранения жесткости – известкование (добавление в воду гашеной извести Ca(OH)₂) и содирование (добавление кальцинированной соды Na₂CO₃). Современными методами умягчения воды являются дистилляция (испарение воды с образованием концентрированных растворов солей), обратный осмос (молекулярное фильтрование) и ионный обмен (сорбция ионов Са²⁺ и Mg²⁺ полимерными смолами, сопровождающаяся поступлением в воду эквивалентных количеств других катионов, например, H⁺)

Определение карбонатной жесткости основано на реакции

HCO₃^- + H⁺ ® H₂O + CO₂ (Н₂СО₃).

Образующийся углекислый газ остается в растворе в виде Н₂СО₃, т.к. его количество невелико. Раствору СО₂ в воде соответствует рН» 4, поэтому точку эквивалентности определяют по изменению окраски метилового оранжевого, которая при рН = 4 переходит из желтой в оранжевую.

Общую жесткость воды можно определить с помощью раствора двухзамещенной натриевой соли этилендиаминтетерауксусной кислоты (комплексон III, Na₂ЭДТА или трилон – В):

HO OH

:O=C-CH₂ CH₂-C=O:

N-CH₂-CH₂-N

:O=C-CH₂ CH₂-C=O:

NaO Ona

(Na₂H₂ЭДТА)

Это вещество за счет электронных пар, обозначенных точками, образует донорно–акцепторные связи с комплексообразователями, в качестве которых выступают ионы Са²⁺ и Mg²⁺. При образовании комплекса происходит замена двух ионов водорода соли на 1 ион металла:

Са²⁺ + Н₂ЭДТА^2- ®[Са(ЭДТА)]^2- + 2Н⁺

Mg²⁺+ Н₂ЭДТА^2- ®[ Mg(ЭДТА)]^2- + 2Н⁺

Образующиеся комплексы очень устойчивы (К_Н» 1×10^-11 для первого, К_Н» 1×10^-9 для второго), т.к. число донорно–акцепторных связей 1 иона металла с 1 молекулой–лигандом (дентантность) равно 6. При титровании трилон–В реагирует с ионами металлов до тех пор, пока все ионы Са²⁺ и Mg²⁺ не окажутся связанными.

Индикатором точки эквивалентности служат соединения, дающие с ионами Са²⁺ или Mg²⁺ окрашенные комплексы, менее прочные, чем комплексы с Na₂H₂ЭДТА. Таким индикатором является эриохром черный (ЭТ - 00). Это органический краситель, дающий с Mg²⁺ комплексную соль красно-фиолетового цвета.

Таким образом, если к жесткой воде прибавить несколько капель спиртового раствора ЭТ-00, то вода окрасистся в красно-фиолетовый цвет вседствие присутствия в ней ионов магния. Если же затем понемногу прибавлять раствор комплексона III с известной концентрацией, в первую очередь будет образовываться наиболее прочный комплекс с ионами кальция, а затем менее прочный комплекс с ионами магния. При этом комплекс ионов магния с индикатором, как наименее прочный, распадется и цвет воды перейдет из красно-фиолетового в синий (точка эквивалентности)

Следует иметь в виду, что эриохром черный имеет синий цвет только при pH=7-11, а в кислой среде он принимает вишнево-красный цвет. Поэтому титрование ведут в присутствии буферного раствора NH₄ОН - NH₄Cl, для которого pH = 9 - 10. Буфер нейтрализует кислоту, выделяющуюся при титровании.

Дата добавления: 2015-07-08