Определение жесткости воды в условиях школьной лаборатории

Обновлено: 05.07.2024

Цель работы: изучить виды жесткости воды и методы ее устранения.

Задание: проделать опыты и определить общую, карбонатную и некарбонатную жесткость воды. Выполнить требования к результатам опытов, оформить отчет, решить задачу.

Теоретическое введение

Жесткость воды обусловливается присутствием в ней солей кальция и магния. Различают временную (карбонатную) и постоянную (некарбонатную)жесткость. Временную жесткость придают воде гидрокарбонаты кальцияи магнияCa(HCO₃)₂, Mg(HCO₃)₂, постоянную − сульфаты и хлориды этих металлов CaSO₄, MgSO₄ и CaCl₂, MgCl₂ Сумма временной и постоянной жесткости составляет общую жесткость воды.

Жесткость воды выражается числом миллимолей эквивалентов ионовСа 2+ и Мg 2+ , содержащихся в 1 л воды (ммоль/л). Один миллимоль эквивалентов жесткости отвечает содержанию 20,04 мг/л ионов кальция Са 2+ или 12,16 мг/л ионов магния Мg 2+ .

Для определения общей жесткости воды используется метод комплексонометрии. В основе этого метода лежит титрование воды раствором трилона Б в присутствии аммиачного буферного раствора и индикатора хромогена черного ЕТ-00 до перехода винно-красной окраски в синюю.

В присутствии ионов Са 2+ и Мg 2+ индикатор окрашивается в красный цвет, при отсутствии − в синий. При титровании жесткой воды раствором трилона Б происходит связывание ионов Са 2+ и Мg 2+ , поэтому в конце титрования индикатор изменяет окраску и раствор становится синим.

Определение карбонатной жесткости воды сводится к определению концентрации гидрокарбонат-ионовНСО₃ ‾ и, тем самым, эквивалентной этим ионам концентрации ионов жесткости Са 2+ и Мg 2+ . Анализ проводят методом нейтрализации. В основе этого метода лежит титрование воды в присутствии метилоранжа раствором соляной кислоты до перехода желтой окраски индикатора в оранжевую.

поэтому вода имеет щелочную реакцию среды и метилоранж в ней окрашен в желтый цвет. При титровании раствором HCl такой воды протекает реакция нейтрализации: ОН ‾ + Н + ↔ Н₂О.

Ионы Н + нейтрализуют количество ионов ОН ‾ , эквивалентное концентрации ионов НСО₃ ‾ .

Анализ воды на жесткость предполагает обычно:

1) определение общей жесткости Ж_о;

2) определение карбонатной жесткости Ж_к;

3) вычисление некарбонатной жесткости Ж_нк = Ж_о – Ж_к.

Жесткость воды

Цель работы: изучить виды жесткости воды и методы ее устранения.

Теоретическое введение

Ионы Н + нейтрализуют количество ионов ОН ‾ , эквивалентное концентрации ионов НСО₃ ‾ .

Анализ воды на жесткость предполагает обычно:

1) определение общей жесткости Ж_о;

2) определение карбонатной жесткости Ж_к;

3) вычисление некарбонатной жесткости Ж_нк = Ж_о – Ж_к.

ИССЛЕДОВАНИЕ ЖЕСТКОСТИ ВОДЫ

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

1. Введение

Вода - это древний универсальный символ чистоты, плодородия и источник самой жизни. (Мосин О.В.)

Что современный человек знает об этом природном веществе сегодня? Все ли тайны раскрыты?

С уверенностью сказать о том, что да, мы познали смысл этого вещества, сложно. О воде написано очень много статей, воде посвящены стихи и пословицы, она - воплощение жизни в литературных произведениях. Процесс её освоения не окончен. К пониманию важности и значения пресной воды в нашем повседневном мире привлечено внимание многих учёных планеты. Процесс изучения физико-химических характеристик воды в наши дни постепенно переходит на новый уровень.

Тип проекта: реферативно-исследовательский, индивидуальный,

Тема исследовательского проекта: Изучение жёсткости воды.

Цель: Изучить, исследовать и сравнить жёсткость воды.

Задачи:

1. Изучить литературные источники по проблемам химического состава воды.

2. Практически ознакомиться с методами исследования жёсткости воды.

3. Совершенствовать навыки работы с дополнительными источниками по выбранной теме исследования.

4. Оценить воду на содержание минеральных солей, определить жёсткость воды в исследуемых образцах.

Объекты исследования: артезианская вода верхней и нижней части деревни.

Предмет исследования: проблема жёсткости воды.

Гипотеза: Высокое качество питьевой воды обеспечивает здоровье, благополучие и рассвет нации.

Актуальность исследования. Вода – наиболее удивительное вещество на Земле, удивительное потому, что оно обеспечивает условия для развития и роста всевозможных видов жизни. Эта тема актуальна, так как я живу в деревне Пелемеш Агрызского района Республики Татарстан, где как и перед многими жителями района стоит проблема чистой питьевой воды. К пониманию важности и значения пресной воды в нашем повседневном мире привлечено внимание многих учёных планеты.

Методы исследования: сбор информации о воде в литературных источниках, изучение методики проведения экспериментальных опытов, проведение экспериментальных опытов.

Материалы и методика исследования: Материалы для исследования собирала Ибатова Эльвина ученица 9 класса Бимской СОШ Агрызского района Республики Татарстан. В декабре-январе я провела исследование жёсткости воды в школьной химической лаборатории под руководством учителя химии первой категории Тоюшевой Эльверы Петровны.

2. Теоретическая часть

2.1. Значение воды

Воде была дана волшебная власть стать соком жизни на земле. (5)

Говорится: нет воды - нет жизни, есть воды – есть жизнь. Роль воды огромна для всего живого. Что было бы, если на Земле не имелось бы рек, морей и океанов? Как бы тогда развивалось всё живое? В этом случае жизнь на нашей планете не могла бы даже появиться. Собственно воде Земля обязана появлением и развитием жизни, следовательно, не будь её, не было бы и нас. Ни один живой организм не выжил бы, а жизнь бы не появилась.

2.2. О питьевой воде.

Развитие жизни неразрывно связано с гидросферой. Вода явилась той основой, благодаря которой возникла жизнь. По одной из гипотез, жизнь возникла на границе Мирового океана, атмосферы и земли.

В процессе развития цивилизации вода используется не только для питьевых и бытовых целей, но и как мощнейшее средство развития производительных сил. Сельскохозяйственное орошение, транспорт, энергетика – всё это основано на использовании воды. Однако наличия только водного объекта не всегда достаточно. Для того чтобы использовать воду в каких-либо целях, необходимо создать ряд сооружений.

С момента своего появления на Земле человек использует природные водные источники. И одна из этих целей – приготовление питьевой воды. Под приготовлением питьевой воды понимается изыскание источников воды, определение её пригодности для питьевых целей, добыча воды, улучшение качества, а также транспортирование к месту потребления. В общей структуре использования воды потребление её для питьевых целей занимает совершенно незначительное место. Достаточно сказать, что в зависимости от степени благоустройства жилища человека нормами предусмотрено потребление до 350 л воды питьевого качества в сутки. Из них непосредственно для питья человек расходует не более 2-3 л. Однако приготовлению воды именно питьевого качества цивилизованное человечество уделяет особое внимание.

2.3. Современное отношение к питьевой воде.

На основе множества самых разнообразных исследований специалисты создали стандарты, нормы содержания различных веществ в воздушном бассейне города, в различной по использованию воде и т. д.; если эти нормы не превышены, то непосредственной угрозы человеческому здоровью нет. Есть такие нормы и для питьевой воды. Их называют ПДК- предельно допустимые концентрации.

Обычно полагают, что плохая питьевая вода – это вода, содержащая микробы, вирусы, то есть различные микроорганизмы, возбуждающие болезни. Такую воду надо прокипятить, а для страховки от заразы ещё принять рюмку водки, продезинфицировав тем самым кишечник, но не всё так просто… Вода часто становится источником заражения человека животными паразитами – глистами. С загрязнённой водой в организм человека могут попасть яйца некоторых паразитических червей. В кишечнике они превращаются в паразитов (аскариды, острицы). Также через воду иногда происходит заражение лямблиями, которые поражают печень. Попавшие в воду возбудители кишечных инфекций сохраняют жизнеспособность длительное время. Например, палочка брюшного тифа может сохраняться в речной воде до 183 дней, дизентерии – до 92 дней.

Вода природных источников содержит большое количество разнообразных микроэлементов, их роль в жизнедеятельности организма значительна. Избыток или недостаток тех или иных микроэлементов способен оказывать влияние на здоровье, привести к нарушению обмена веществ, в результате возникают геохимические эпидермии. Например, эндемический зоб, вызываемый недостатком йода. Нормальным считается, когда человек ежесуточно получает с питьевой водой и пищей 0,05-0,1 мг йода.

Жители городов употребляют привозные продукты, получая в общей сложности достаточное количество этого микроэлемента. А в небольших населённых пунктах целесообразно использовать при питании йодированную поваренную соль.

Другое заболевание, связанное с составом питьевой воды, эндемический флюороз (поражение эмали зубов). Оно возникает там, где в воде содержится избыток фтора (более 1,5 мг/л). Недостаток фтора в питьевой воде (менее 0,6 мг/л) тоже вреден – возникает кариес зубов.

Установлено и предельно допустимое содержание нитратов в воде, оно составляет 10 мг/л по азоту. При повышении этого количества могут наблюдаться признаки кислородного голодания. Содержание нитратов в питьевой воде в концентрации ниже 10 мг/л является безвредным. Нитраты природного происхождения, например в Татарии, - обычное явление в подземных водах. Также не предусматривается содержание в воде нитритов. Согласно современным данным, нитриты в кишечнике человека под влиянием обитающих в нём бактерий восстанавливаются в нитраты переносе кислорода. Всасывание нитратов ведёт к частичной потере активности гемоглобина в переносе кислорода.

Важным показателем воды является её жёсткость. Для измерения жёсткости воды используют другую единицу: грамм-эквивалент. Жёсткость воды также зависит от времени года: минимальна она во время весенних паводков и максимальна зимой.

2.4. Природа жёсткой воды.

Жёсткость воды – это содержание в воде растворённых солей щелочноземельных металлов, прежде всего кальция и магния. Различают кальциевую и магниевую жёсткость, а их сумма называется общей жёсткостью воды. В таблице 1 содержатся сведения об общей жёсткости воды.

Общая жёсткость различной воды

Общая жёсткость, мг-экв/л

Жесткую воду не желательно использовать для различных бытовых, технических целей. А человеческое здоровье? Как оно реагирует на содержание кальция и магния в воде? Оказывается, и мало солей плохо, и много тоже плохо. Исследования германских специалистов показали: чем мягче питьевая вода, тем выше процент сердечно сосудистых заболеваний среди населения. В то же время употребление жесткой воды увеличивает опасность мочекаменной болезни, неблагоприятно влияет на состояние сосудов. Избыток ионов Са 2+ в организме приводит к отложению солей в шейном, грудном, поясничном отделах позвоночника, суставах конечностей.

Жесткая вода мало пригодна для стирки белья. Содержащиеся в ней растворимые известковые соли (кальция и магния) соединяются с мылом, образуя нерастворимый осадок, который вместе с загрязнениями остаётся на ткани, придавая ей желтоватый или серый цвет и делая бельё хрупким и липким. Для умягчения воды чаще всего применяют щелочи: соду, тринатрийфосфат, поташ, силикат натрия (жидкое стекло). Вода также умягчается при кипячении. При этом из неё улетучивается углекислый газ, входящий в состав известковых солей, вследствие чего известковые соли переходят в нерастворимое состояние и осаждаются на стенках посуды, образуя накипь. Самым простым индикатором жесткости воды является растворимость мыла. Немного измельченного мыла (в виде стружек) кладут в стакан с горячей водой. Если мыло полностью растворится и после охлаждения получится прозрачный раствор, значит вода мягкая, если же на поверхности образуется плёнка нерастворимого мыла – вода жесткая.

2.5. Чистая вода в Республике Татарстан

2.6. Артезианская вода.

(Материал из Википедии — свободной энциклопедии.)

Артезиа́нская во́да — это напорные подземные воды, заключенные в водоносных пластах горных пород между водоупорными слоями. При вскрытии буровой скважиной или шурфом артезианские воды поднимаются выше кровли водоносного пласта, иногда фонтанируют. Источники артезианского типа относятся к важнейшим полезным ископаемым. Обычно залегают на глубине от 100 до 1000 метров. Артезианская скважина - это скважина, которая бурится на второй водоносный горизонт (известняк водоносный), как указан на рисунке. Глубина залегания такой скважины составляет 30-200метров.

3. Исследовательская часть

3.1. Определение жесткости воды.

(Химия в школе,2000 год, №5)

Определение жесткости воды провели методом титрования. Метод основан на осаждении ионов Са +2 и Mg +2 избытком раствора ортофосфата натрия Na₃PO₄ : 3 MeCI₂ + 2 Na₃PO₄ = Me₃(PO₄₎₂ ↓ + 6NaCI

Для исследования и сравнения жесткости воды взяли артезианскую воду верхней и нижней части деревни Пелемеш. В мерную колбу вместимостью 250 мл перенесли 100 мл анализируемой воды, добавили точно измеренный объём – 25 мл 0,2 н раствора Na₃PO₄ и отстаивали 30 минут, затем довели до метки дистиллированной водой, тщательно перемешали и фильтровали через плотный бумажный фильтр в сухую ёмкость.В коническую колбу объёмом 250 мл отобрали 100 мл фильтрата для проведения титрования и добавили 2-3 капли индикатора метилоранжа. Карбонатная жесткость воды Ж_К определяется методом нейтрализации. Он основан на титровании воды, в которую добавляется метиловый оранжевый, раствором соляной кислоты до перехода желтой окраски индикатора в оранжевую. Метиловый оранжевый является кислотно-основным индикатором, который при pH 4,4 окрашивается в желтый цвет. В интервале значений pH 3,1 - 4,4 окраска индикатора становится оранжевой.Титрование воды раствором HCl сопровождается протеканием реакции нейтрализацииOH ¯ + H + →H₂O, в которой ионы H + диссоциирующей кислоты нейтрализуют гидроксид-ионы OH ‾ , образующиеся в результате гидролиза анионов HCO₃ ‾ в воде HCO₃ ¯ + H₂O ↔ H₂CO₃ + OH ¯ .

Затем титровали соляной кислотой до появления бледно-розовой окраски раствора. Параллельно определили объём соляной кислоты, пошедшей на определение временной жесткости в идентичных условиях. Для этого взяли мерную колбу вместимостью 250 мл, добавили 100 мл анализируемой воды, довели до метки дистиллированной водой и тщательно перемешали. После этого в коническую колбу для титрования отобрали 100 мл раствора, добавили 2-3 капли метилоранжа и титровали соляной кислотой до появления бледно-розовой окраски.

На определение временной жесткости воды верхней части деревни израсходовали 0,8 мл 0,1 н. раствора HCI на 100 мл пробы. А для воды нижней части деревни израсходовали 2,4 мл 0,1 н раствора HCI на 100 мл пробы.

3.2. Расчет временной жесткости воды.

( Химия в школе,2000 год,№5)

V(HCI) – объём соляной кислоты, пошедшей на титрование, л;

c_э(HCI) – молярная концентрация эквивалента соляной кислоты, моль/л;

V(H₂O) – объём анализируемой воды, л;

V_колбы - объём мерной колбы, л;

V_пр – объём воды, взятой для титрования, л.

Ж_в=(0,8 •10 -3 л •0,1 моль/л /100 •10 -3 л )•(250 •10 -3 л / 100 •10 -3 л )•1000 = 2 ммоль/л. (для воды верхней части деревни)

Ж_в=(2,4 •10 -3 л •0,1 моль/л /100 •10 -3 л )•(250 •10 -3 л / 100 •10 -3 л )•1000 =6 ммоль/л. (для воды нижней части деревни)

4. Выводы

В процессе исследования мы установили, что наши образец воды нижней части деревни является умеренно жесткой - жесткой, а вода верхней части деревни является мягкой. Но мы, к сожалению, не проводили эксперименты на определение показателей таких качеств воды как рН, общее солесодержание, концентрации солей, ионов железа, содержание растворённого кислорода.

5. Заключение

Одна из экологических проблем – это проблема чистой питьевой воды. Мыло в жесткой воде не мылится, овощи плохо развариваются, а при использовании такой воды в паровых котлах, стиральных машинах, электро-чайниках образуется накипь, которая снижает эффективность их работы и может привести к разрыву. Жесткую воду перед употреблением целесообразно умягчить, удалив катионы кальция и магния. Однако для жизнедеятельности человеческого организма кальций и магний необходимы, так как играют важную роль в процессах формирования костей, свёртываемости крови, сокращения сердечной мышцы, передачи нервных импульсов. Избыток Ca +2 в организме приводит к отложению солей в шейном, грудном, поясничном отделах позвоночника, суставах конечностей. Отсюда следует, что важно вести контроль за содержанием солей кальция и магния в питьевой воде.

Список литературы

1. Химия в школе,2000 год,№5

2. Химия в школе, 2001 год, №7

Цель работы: овладение методом количественного анализа питьевой воды по показателям постоянной и временной жесткости.

ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

ХИМИЧЕСКИЙ ЭКВИВАЛЕНТ - это массовое количество химического элемента, которое присоединяет или замещает 1,008 массовых частей (м.ч.) водорода или 8 м.ч. кислорода. В ходе реакций элементы соединяются в количествах, соответствующих их химическим эквивалентам.

Численно химический эквивалент выражается в любых массовых единицах, соответствующих массовости данной реакции. Например, массовость лабораторных опытов - граммы и миллиграммы, а количества реагирующих веществ запишем как г .э кв или мг.экв . В океанах, атмосфере, в Земном ядре происходят реакции с массовостью т .э кв и Мт.экв .

ПРОИЗВЕДЕНИЕ ХИМИЧЕСКОГО ЭКВИВАЛЕНТА НА ВАЛЕНТНОСТЬ ВЕЩЕСТВА РАВНО АТОМНОЙ МАССЕ ЭЛЕМЕНТА .

Исходя из этого правила производятся все расчеты химических реакций с помощью Периодической системы элементов Менделеева.

НОРМАЛЬНЫЙ РАСТВОР содержит в 1 кубическом дециметре (литре) один г .э кв растворенного вещества. Для наглядности сравнения нормальной и процентной концентраций рассмотрим подсчет процентности децинормального раствора соляной кислоты. ( 0,1N НCl ), который используется при титровании в данной работе.

Для подсчетов возьмем массовые числа Н(1,008) и С l (35,45), сложим их (36,458), округлим (36), вычислим 0,1 (3,6). Значит, один литр 0,1N раствора H С l содержит 3,6 г кислоты, а в 100 г этого раствора - 0,36г HCl . Округленно процентность такого раствора - 0,4 %.

ТИТР - в объемном химическом анализе - концентрация раствора реактива, число граммов вещества в 1 мл раствора.

ТИТРОВАНИЕ - это метод объемного химического анализа, состоящий в постепенном струйно-капельном приливании реактива известной концентрации к известному объему другого реактива, концентрацию которого нужно установить в ходе опыта.

ИНДИКАТОР МЕТИЛОВЫЙ ОРАНЖЕВЫЙ , цветовой определитель рН среды.

рН = 5,5 нормальная - оранжевый

рН > 7 щелочная - желтый (светло-желтый)

Титрование происходит в присутствии индикатора рН среды, по изменению цвета которого и прекращают титрование. Установка для титрования приведена на рисунке 1. Она состоит из металлического штатива, на котором закреплена стеклянная бюретка с кислотой и колбы с анализируемой жидкостью.

Существует пропорция для вычисления неизвестной концентрации примесей в анализируемой жидкости. Выведем ее из уравнения:

где известна нормальность (0,1) и количество кислоты, пошедшей на титрование. Количество анализируемой жидкости задано условием опыта, но может быть любое. Зная эквивалент Са (20,04), эквивалент соляной кислоты HCl (36,5) и считая, что 1 литр нормального раствора НСl прореагирует с 20,04 г Са 2 + , принимаем, что 1 мл 0,1N HCl соответствует 2,004 мг Са 2+ . Установив опытным путем объем кислоты V HCl , пошедший на титрование 50 мл жесткой воды, можно определить количество мг Са 2+ , содержащегося в этом объеме исследуемой воды, а затем и в литре такой воды, умножив полученную величину на 1000:50=20

1 мл 0,1N HCl ® 2,004 мг Са

V 0,1 N HCl ® X мг Са

Рисунок 2 иллюстрирует как правильно проводить отсчет объема жидкости в бюретки: а – правильный отсчет; б – завышенный отсчет; в – заниженный отсчет.

Рис. 2. Способ отсчета по мениску жидкости

Меры предостороженности при проведении работ с химическими реактивами:

1. Работайте всегда на одном и том же месте.

2. Не загромождайте рабочий стол свертками, папками, книгами.

3. Запрещается приносить в лабораторию съестное, напитки, использовать жевательную резинку во время работы.

4. Соблюдать в лаборатории тишину и чистоту.

5. Перед каждой лабораторной работой внимательно изучить теоретический материал по указанной теме.

6. Приступить к опыту только после того, как уяснена его цель и порядок выполнения.

7. Особая осторожность требуется при работе со стеклянной посудой и приборами.

8. При нагревании стеклянных колб на плитке подложите асбестовую ткань.

9. Децинормальные растворы солей, кислот и щелочей имеют низкую процентную концентрацию, но при работе с ними не следует забывать общие правила предосторожности при работе с химическими веществами.

10. Особого внимания требует фильтрация горячего раствора. При переливании его из колбы в воронку с фильтром следует сложить салфетку углом и сделать защитный выступ под рукой из ткани.

Соли кальция и магния, растворенные в воде, вызывают ее жесткость. Показатель жесткости выражается в мг .э кв /литр. Один мг .э кв жесткости соответствует содержанию в литре воды 20,04 мг Са 2+ или 12,16 мг Мg 2+ .

Различают жесткость постоянную и временную.

Временная жесткость обусловлена присутствием в воде гидрокарбонатов кальция и магния С а ( НСО₃)₂ и Мg (НСО₃)₂, она устраняется длительным кипячением

Эта реакция обратима (равновесна), так как при контакте СО ₂ с раствором можно снова получить кислую соль. Только при кипячении СО ₂ улетучивается и равновесие смещается в сторону нерастворимой соли.

Постоянная жесткость - это жесткость кипяченой воды, вызывается присутствием в воде хлоридов и сульфатов кальция и магния двухвалентных. Большие значения жесткости опасны отложениями внутри водопроводных и особенно водонагревательных систем нерастворимого осадка, выводящего из строя оборудование. Борьба с этим явлением сводится к связыван ию ио нов кальция и магния в нерастворимые соли до подачи такой воды в системы водоснабжения

Общая жесткость воды - это сумма постоянной и временной жесткости. Обычно показатели временной жесткости в несколько раз превышают индексы постоянной.

Фактор жесткости питьевой воды определяет региональные особенности состояния здоровья населения наряду с характерными для данного пункта, местности вредными примесями в воздухе, воде и почвах.

Принято считать воду с общей жесткостью:

до 3,5 мг .э кв /литр - мягкой;

от 3,5 до 7 мг .э кв /литр - средней;

от 7 до 10 мг .э кв /литр - жесткой;

свыше 10 мг .э кв /литр - очень жесткой.

Большие значения жесткости, характерные для артезианских вод солонцовых почв, придают воде неприятный вкус и небезопасны при ежедневном применении в пищу, так как провоцируют отложения солей в суставах (полиартриты, остеохондрозы), общее нарушение обменных процессов в организме. Ионы кальция и магния омыляют жиры, нарушая процессы всасывания питательных веществ в кишечнике, вызывая дерматиты. Повышенное содержание кальция в питьевой воде на фоне йодной недостаточности вызывает заболевания щитовидной железы. Повышенное содержание магния снижает моторику кишечника, препятствуя пищеварительному процессу.

Пониженное содержание солей жесткости (ВОЗ ограничивает нижний допустимый предел 1,5 мг .э кв /л) также опасно и вызывает у населения кариес и ослабление костей скелета, так как организм в этом случае восполняет недостаток кальция засчет внутренних ресурсов.

Таким образом, жесткость питьевой воды нормируется, исходя из ее гигиенического значения на уровне 7 мг .э кв /литр.(ГОСТ 2874-82).

Допустимая жесткость промышленных вод различна для разных производств. Например, для банно-прачечного хозяйства предпочтительна мягкая вода, так как сульфаты кальция и магния дают реакцию с моющими средствами с образованием нерастворимого трудноудаляемого осадка. Для пищевой промышленности опасны как повышенные, так и пониженные значения жесткости, поэтому здесь предпочитается интервал от 5 до 7 единиц.

Жесткость воды может быть устранена следующими способами.

Гидрокарбонаты кальция и магния могут находиться в растворе только при наличии в нем свободного углекислого газа. Такой раствор можно рассматривать как равновесную систему.

Растворимость газов падает при повышении температуры, при кипячении воды из нее устраняется углекислый газ. Поэтому понижение концентрации углекислого газа смещает равновесие в сторону нерастворимых карбонатов.

2. Химическим способом

На практике карбонатная жесткость устраняется не кипячением, а добавкой такого химреагента , который переведет ион кальция или магния в труднорастворимые соединения. Например,

Катионным способом - пропустить через слой природного минерала цеолита или его синтетического аналога - пермутита (алюмосиликата Na₂Al₂Si₂O₆ × H₂O.) При этом происходит обменная реакция

CaCl₂ + Na₂ П . = 2NaCl + Ca П ,

где П - пермутитовая группа без натрия, замещаемого кальцием жесткой воды. На этом принципе действуют фильтры доочистки воды , в т.ч. бытовые.

4. Деминерализацией воды

Жесткость можно устранить с помощью ионообменных смол, представляющих собой высокомолекулярные органические вещества, содержащие кислотные или основные функциональные группы. Смолы - катиониты содержат карбоксильную группу СООН или сульфогруппу ОS₃H, смолы- аниониты аминогруппу NH₂-. Если остаток смолы обозначить R, то катионит запишется как R-COOH, анионит как R-NH₂.

Реакция деминерализации пойдет так:

2RCOOH + CaCl₂ = (RCOO )₂Ca + 2HCl

Рассмотренные процессы снижения содержания солей жесткости называются умягчением воды. Чаще всего эти процессы применяются для воды, идущей на питание котлоагрегатов с целью предотвращения образования накипи. В быту устранение жесткости предпочтительно сочетать с другими способами очистки. Такой компле кс вкл ючают в себя всем известные бытовые фильтры промышленного производства. Обычно в них использованы сорбенты (поглотители) двух-трех типов, расположенные каскадно один за другим: против взвешенных частиц, против химически активных и микробиологических примесей.

Представьте ситуацию, когда повышенное содержание частиц почвы, нередкое для российских условий, выводит из строя первый каскад. Тогда два остальных механизма очистки, не рассчитанные на поглощение механических примесей, также не сработают и, более того, вскоре сами станут источником дополнительного загрязнения.

По мнению многих ученых-экологов, разработка бытовых фильтров для условий России должна учитывать прежде всего состояние исходного продукта очистки, даже формулировка которого - сложная научная проблема.

Приборы и реактивы:

– цилиндр мерный емкостью 100-1000 мл, ГОСТ 1770

– цилиндр мерный емкостью 10-20 мл, ГОСТ 1770

– колбы конические плоскодонные емкостью 150-250 мл, ГОСТ 25336

– бюретка стеклянная мерная с краном 5-25 мл, ГОСТ 1770

– воронка стеклянная фильтровальная, ГОСТ 23932

– фильтры бумажные диаметром 7 см

– кислота соляная децинормальной концентрации;

– натрий едкий, децинормальный раствор;

– натрия карбонат, децинормальный раствор;

– индикатор метиловый оранжевый.

ОПЫТ 1. Определение временной жесткости

Замечание. Подготовить 6 конических колб емкостью 250 мл и отмерить во все по 50 мл исследуемой водопроводной воды для опытов 1 и 2.

Способ основан на реакции между соляной кислотой и гидрокарбонатами.

Аналогично уравнение для магния.

Титрование контролируется индикатором метиловым оранжевым.

Методика проведения эксперимента следующая.

1. Поместить в три конические колбы по 50 мл исследуемой воды.

2. Добавить в каждую колбу по две-три капли индикатора метилового оранжевого.

3. Заполнить бюретку 0,1N раствором соляной кислоты до верхней нулевой отметки.

По каплям добавлять в колбу децинормальный раствор соляной кислоты из бюретки, осторожно размешивая реагенты покачиванием колбы. Титрование прекратить, как только окраска жидкости в колбе перейдет в розовую .

4. Оценить изменение цвета раствора.

5. Подсчитать по шкале бюретки и записать расход кислоты на титрование в табл. 1 Vk₁ в мл.

6. Слить в сток оттитрованную пробу и трижды ополоснуть колбу водопроводной водой.

7. Снова c помощью мерного цилиндра отмерить в колбу 50 мл испытуемой воды и добавить 2-3 капли индикатора метилового оранжевого.

8. Повторить пункты 3-7, определив Vk2 и Vk3. Результаты занести в таблицу расхода кислоты в соответствующие графы.

9. Вычислить из полученных данных Vk среднее. Использовать это среднее значение для расчетов временной жесткости по формуле:

(1)

где Ж_вр - временная жесткость воды , ;

V _к - объем кислоты, использованной на титрование одной пробы исследуемой водопроводной воды, средний из трехпроб , мл;

С_к - нормальная концентрация раствора кислоты (0,1 N );

V _в - объем пробы воды, мл.

Результаты вычисления временной жесткости занести в табл. 2.

ОПЫТ 2. Определение общей жесткости воды

Способ основан на осажден ии ио нов двухвалентного кальция и магния растворами щелочной смеси, состоящей из децинормальных растворов едкого натрия и карбоната натрия.

Для магния уравнения аналогичны.

Взяв щелочную смесь в избытке, определим не прореагировавшую часть титрованием децинормальным раствором соляной кислоты.

Подсчитав расход кислоты на титрование, вычислим общую жесткость.

Порядок проведения опыта

1. С помощью мерного цилиндра отмерить в коническую колбу 50 мл испытуемой на содержание солей жесткости воды.

2. Мерным цилиндром емкостью 10 мл отмерить и добавить в колбу с исследуемой водой по 10 мл децинормальных растворов NaOH и Na₂CO₃ (итого 20 мл), что достаточно для создания избытка щелочи в пробе.

3. Прокипятить колбу с раствором, состоящим из смеси исследуемой воды со щелочью, в течение 3-5 минут, чтобы добиться необратимого разложения солей жесткости.

4. Остудить колбу и профильтровать раствор, учитывая требования раздела "Меры предосторожности".

5. В отфильтрованную воду добавить 2-3 капли индикатора метилового оранжевого до создания светло-желтой окраски раствора.

6. Выполнить титрование децинормальным раствором соляной кислоты, как указано в пункте 3 и 4 опыта 1 настоящей работы.

7. Расход децинормального раствора соляной кислоты отсчитать по шкале бюретки и записать в табл.1 в соответствующей графе.

8. Опыт проделать трижды и вычислить среднее значение Vк в табл. 1.

9. Вычислить общую жесткость Ж_о испытуемой воды по формуле

(2)

где - объем растворов щелочной смеси, мл;

- нормальность концентрации щелочи;

- объем раствора кислоты, использованной на титрование подщелоченной воды (из пункта 8 опыта 2 настоящей работы);

- нормальность концентрации раствора кислоты;

- объем пробы воды (в нашем опыте 50 мл).

Результаты вычисления занести в табл. 2.

Вычислив опытным путем величины временной и общей жесткости, можно определить и постоянную жесткость по известной формуле

, (3)

Методы определения жесткости

Drinking water. Methods of hardness determination

____________________________________________________________________
Текст Сравнения ГОСТ 31954-2012 с ГОСТ Р 52407-2005 см. по ссылке.
- Примечание изготовителя базы данных.
____________________________________________________________________

ТН ВЭД 220100000

Дата введения 2014-01-01

Сведения о стандарте

1 ПОДГОТОВЛЕН Обществом с ограниченной ответственностью "Протектор" совместно с Закрытым акционерным обществом "Центр исследования и контроля воды"

2 ВНЕСЕН Федеральным агентством по техническому регулированию и метрологии

3 ПРИНЯТ Межгосударственным советом по стандартизации, метрологии и сертификации (по переписке, протокол от 3 декабря 2012 г. N 54)

За принятие проголосовали:

Краткое наименование страны по МК (ИСО 3166) 004-97

Сокращенное наименование национального органа по стандартизации

Минэкономики Республики Армения

Госстандарт Республики Беларусь

Госстандарт Республики Казахстан

4 Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 12 декабря 2012 г. N 1899-ст межгосударственный стандарт ГОСТ 31954-2012 введен в действие в качестве национального стандарта Российской Федерации с 1 января 2014 г.

5 В настоящем стандарте учтены основные нормативные положения международных стандартов:

- ISO 6059:1984 "Качество воды. Определение суммарного содержания кальция и магния. Титриметрический метод с применением ЭДТА" ("Water quality - Determination of the sum of calcium and magnesium - EDTA titrimetric method", NEQ);

- ISO 7980:1986 "Качество воды. Определение кальция и магния. Атомно-абсорбционный спектрометрический метод" ("Water quality - determination of calcium and magnesium - Atomic absorption spectrometric method", NEQ).

Стандарт подготовлен на основе применения ГОСТ Р 52407-2005

6 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

7 Издание (июль 2018 г.) с Поправкой (ИУС 1-2017)

Жесткость воды является одним из основных показателей, характеризующим применение воды в различных отраслях.

Жесткостью воды называется совокупность свойств, обусловленных содержанием в ней щелочноземельных элементов, преимущественно ионов кальция и магния.

В зависимости от рН и щелочности воды жесткость выше 10 °Ж может вызывать образование шлаков в распределительной системе водоснабжения и накипи при нагревании. Вода жесткостью менее 5 °Ж может оказывать коррозионное воздействие на водопроводные трубы. Жесткость воды может влиять и на применяемость для потребления человеком с точки зрения ее вкусовых свойств.

При комплексонометрическом (титриметрическом) определении жесткости ионы алюминия, кадмия, свинца, железа, кобальта, меди, марганца, олова и цинка влияют на установление эквивалентной точки и мешают определению. Ионы ортофосфата и карбоната могут осаждать кальций в условиях титрования. Определению могут также мешать некоторые органические вещества. Если мешающее влияние невозможно устранить, определение жесткости рекомендуется проводить методами атомной спектрометрии.

Настоящий стандарт предусматривает использование различных методов определения жесткости воды с учетом приведения количественной характеристики жесткости воды (единицы жесткости) через градусы жесткости (°Ж) по ГОСТ 31865.

1 Область применения

Настоящий стандарт распространяется на природные (поверхностные и подземные) воды, в том числе воды источников питьевого водоснабжения, а также на питьевую воду, в том числе расфасованную в емкости, и устанавливает следующие методы определения жесткости воды:

- комплексонометрический метод (метод А);

- методы атомной спектрометрии (методы Б и В).

Метод Б применяют для определения массовой концентрации ионов кальция и магния.

Метод В является арбитражным по отношению к другим методам определения жесткости.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие межгосударственные стандарты:

ГОСТ ИСО/МЭК 17025-2009 Общие требования к компетентности испытательных и калибровочных лабораторий

ГОСТ 17.1.5.05-85 Охрана природы. Гидросфера. Общие требования к отбору проб поверхностных и морских вод, льда и атмосферных осадков

ГОСТ 2053-77 Реактивы. Натрий сернистый 9-водный. Технические условия

ГОСТ 3760-79 Реактивы. Аммиак водный. Технические условия

ГОСТ 3773-72 Реактивы. Аммоний хлористый. Технические условия

ГОСТ 4233-77 Реактивы. Натрий хлористый. Технические условия

ГОСТ 4461-77 Реактивы. Кислота азотная. Технические условия

ГОСТ 5456-79 Реактивы. Гидроксиламина гидрохлорид. Технические условия

ГОСТ 5457-75 Ацетилен растворенный и газообразный технический. Технические условия

ГОСТ 6709-72 Вода дистиллированная. Технические условия

ГОСТ 10652-73 Реактивы. Соль динатриевая этилендиамин-N,N,N',N'-тетрауксусной кислоты 2-водная (трилон Б). Технические условия

ГОСТ 17433-80 Промышленная чистота. Сжатый воздух. Классы загрязненности

ГОСТ 18300-87 Спирт этиловый ректификованный технический. Технические условия

ГОСТ 23950-88 Вода питьевая. Метод определения массовой концентрации стронция

ГОСТ 25336-82 Посуда и оборудование лабораторные стеклянные. Типы, основные параметры и размеры

ГОСТ 29227-91 (ИСО 835-1-81) Посуда лабораторная стеклянная. Пипетки градуированные. Часть 1. Общие требования

ГОСТ 29251-91 (ИСО 385-1-84) Посуда лабораторная стеклянная. Бюретки. Часть 1. Общие требования

ГОСТ 31861-2012 Вода. Общие требования к отбору проб

ГОСТ 31862-2012 Вода питьевая. Отбор проб

ГОСТ 31865-2012 Вода. Единица жесткости

ГОСТ 31870-2012 Вода питьевая. Определение содержания элементов методами атомной спектрометрии

Примечание - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю "Национальные стандарты", который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты" за текущий год. Если ссылочный стандарт заменен (изменен), то при пользовании настоящим стандартом следует руководствоваться заменяющим (измененным) стандартом. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, применяется в части, не затрагивающей эту ссылку.

3 Отбор проб

Общие требования к отбору проб - по ГОСТ 31861, ГОСТ 31862 и ГОСТ 17.1.5.05.

Пробу отбирают объемом не менее 400 см для анализа по методу А и не менее 200 см для анализа по методам Б и В в емкость, изготовленную из полимерных материалов или стекла.

Срок хранения пробы воды - не более 24 ч.

Для увеличения срока хранения пробы и для предотвращения осаждения из воды карбонатов кальция (что характерно для подземных или бутилированных вод) пробу подкисляют кислотой до рН

Как выполняется контроль жёсткости воды. Понятие жёсткости, от чего она зависит. Анализ воды на жёсткость дома. Лабораторные методы контроля общей и временной жёсткости жидкости. Приборы для выполнения анализа. Методы борьбы с повышенной жёсткостью в быту. Контроль жёсткость воды или анализ воды на жёсткость нужен для определения концентрации солей в жидкости. Этот анализ можно проводить в лабораторных условиях и дома.

Понятие жёсткости воды

Жёсткость воды – термин, говорящий о процентном соотношении солевых частиц магния и калия в жидкости. Она подразделяется на две разновидности:

Временная (такая жидкость называется карбонатная);
Общая жёсткость (данная вода относится к некарбонатной).

Первый тип жёсткости характеризуется присутствием гидрокарбонатных солевых частиц магния и калия. Если такую воду закипятить, то элементы распадутся на карбонаты и гидроксиды и выпадут в осадок. Именно этот белый налёт часто покрывает наши чайники изнутри и собирается на других нагревательных элементах.

Для жидкости с общей жёсткостью характерно наличие других химических элементов (различных нитратов, хлоридов и тп.п). Обычно жёсткость питьевой воды связана с особенностями вашего региона, составом грунтов. Чем больше известковых пород находится в почве, тем выше жёсткость воды. Но важно не только понимать суть понятия, но и знать, как проверить жёсткость воды. Выполнить это легко как в быту, так и на заводе.

Как проверить жёсткость воды в домашних условиях?

Для проверки жёсткости водопроводной воды дома можно использовать следующие способы:

Постарайтесь обильно вспенить мыльный брусок или порошок для стирки. Если у вас образуется мало пены, то ваша вода имеет повышенную жёсткость. Это возникает по той причине, что солевые частицы калия и магния не позволяют мылу пениться. При обильной пышной пене от любого моющего средства можно утверждать, что вода нежёсткая. Но этот метод не позволят точно определить степень жёсткости.
На вкус также можно отличить жёсткую воду от мягкой. Она более горькая. Но не все могут точно уловить горьковатый привкус солей магния и калия.
Белый осадок в чайниках, накипь на нагревательных элементах других бытовых приборов – признак жёсткой воды. Осадок возникает из-за распада солей и выпадения их на дно. Данная особенность жёсткой воды очень вредит бытовым приборам и отопительному трубопроводу.
От жёсткости воды зависит скорость заваривания чайного напитка. При мягкой воде на эту процедуру уйдёт от 3 до 6 мин., в жёсткой воде чай будет завариваться от 8 до 12 мин. Кстати, на вкус оба напитка будут существенно отличаться.
Благодаря нехитрому компактному измерительному прибору можно очень легко определить жёсткость любой жидкости. Он называется TDS-метр. Агрегат измерят электропроводность жидкости. Чем выше показатель, тем больше уровень солесодержания жидкости. Обычно его ещё называют солемер. Чаще такой анализ воды на жёсткость делают владельцы аквариумов и цветоводы.
Проверить жёсткость воды в быту можно, используя тест-полоски, продающейся в аптеках медтехники.

Проверка временной жёсткости воды

Для этого анализа можно использовать колориметрическую методику и принцип титрования. Процедура анализа выполняется так: порция воды смешивается с метилоранжем (индикатором), ёмкость устанавливается на светлом фоне. Во вторую тару с водой добавляют соляную кислоту, пока не получится красно-оранжевый цвет воды.

Временную жёсткость жидкости находят в процессе расчёта требуемого количества соляной кислоты по формуле: Нвр = NHCl * VHCL* 1000/ V1, где N-насыщенность раствора, V-его количество, V1-количество пробы.

Контроль общей жёсткости воды

Расчёт общей жёсткости производится по уравнению: Жо=Nx*Vx*1000/V1, где N-насыщенность вещества Трилон, V-его количество, V1-количество пробы.

Контроль с помощью приборов

Как мы уже говорили выше, прибор контроля жёсткости воды называется солемер или TDS-метр. Точность проверки составляет 2%. Основной принцип работы данного агрегата построен на зависимости электропроводности жидкости от общего числа примесей солей магния и калия. То есть чем больше данных солей в воде, тем больше будут показания прибора, а следовательно, тем выше жёсткость воды.

На некоторых предприятиях и заводах наблюдается прямая зависимость между жёсткостью используемой воды и исправностью работы оборудования. Поэтому для обеспечения бесперебойной работы технологического оборудования требуется осуществлять постоянный автоматический контроль жёсткости воды.

Методы смягчения воды в быту?

Как понять, что ваша водопроводная вода жёсткая, мы писали выше. Теперь перечислим ряд мер, позволяющих снизить жёсткость воды в домашних условиях:

Самый простой способ – кипячение воды.
Фильтрация воды через системы обратного осмоса (специальные мембраны).
Использование смягчающих солей.
Применение фильтрующих картриджей.
Магнитное фильтрующее устройство.
Использование ионообменной смолы в комплексе с солевым раствором.

Хотите провести контроль жёсткости воды? Заказать такую услугу вы можете у наших специалистов, для этого вам достаточно связаться с нами по указанным телефонам.

Читайте также: