Экспериментальная часть. Экспериментальное определение общей жесткости воды проводят методом комплексонометрического титрования

Экспериментальное определение общей жесткости воды проводят методом комплексонометрического титрования, в основе которого лежит реакция комплексообразования между реагентом и катионами кальция и магния, содержащимися в анализируемой воде.

Титрантом является раствор динатриевой соли этилендиаминтетрауксусной кислоты (коммерческое название – трилон Б или комплексон III) – краткое обозначение Na₂H₂γ (рисунок 1). Этот раствор готовят на основе промышленно изготовленного фиксанала (стандарт–титра) и химически активной частицей в стандартном растворе является анион H₂γ^2–.

Рисунок 1 – Структурная формула трилона Б (слева) и пространственное строение комплексного соединения между катионами кальция и магния и анионом этилендиаминтетрауксусной кислоты (шестидентатный лиганд)

Для установления точки эквивалентности применяют металлоиндикатор эриохром черный Т – это трехосновная слабая органическая кислота, которую условно записывают в виде Н₃Ind.

В зависимости от рН среды индикатор образует по-разному окрашенные анионы:

H₃Ind H₂Ind^– HInd^2– Ind^3–

pH < 6,3 6,3-11,2 >11,2

красный синий желто-оранжевый

Кроме того, индикатор, в отличие от трилона Б, образует с катионами кальция и магния окрашенные комплексные соединения, но их прочность ниже, чем прочность комплексов с участием трилона Б. Индикатор вносят в исследуемую воду в твердом виде.

Суть определения жесткости воды в следующем. Аликвоту исследуемой воды переносят в колбу для титрования, к ней добавляют 5 мл аммиачного буферного раствора, имеющего рН = 9– 10, для стабилизации кислотности среды и далее на кончике шпателя вносят несколько крупинок твердого индикатора эриохрома черного Т. При данном значении рН индикатор находится в форме HInd^2– и дает с частью катионов магния комплекс, придающий раствору винно-красную окраску:

Mg²⁺ (вода) + HInd^2– → MgInd^– + H⁺

синий винно-красный

При титровании полученной смеси стандартным раствором трилона Б, сначала он реагирует со свободными ионами кальция и магния:

Ca²⁺ (вода) + H₂γ^2– → Саγ^2– + 2 Н⁺

Mg²⁺ (вода) + H₂γ^2– → Mgγ^2– + 2 Н⁺,

а на последнем этапе происходит разрушение менее устойчивого комплекса MgInd^– с образованием более устойчивого комплекса Mgγ^2–, причем полное исчезновение первого в точке эквивалентности сопровождается резким переходом окраски от винно-красной в синюю:

MgInd^– + H₂γ^2– → Mgγ^2– + HInd^2– + H⁺.

винно-красный синий

Титриметрическую реакцию комплексообразования трилона Б с катионами кальция и магния можно рассматривать как ионообменную реакцию, которая сопровождается образованием двух ионов водорода, поэтому числа эквивалентности реагентов равны 2 и закон эквивалентов имеет вид:

[ c(1/2Са²⁺) + c(1/2Mg²⁺)] · V_ал = с(1/2 Na₂H₂γ) · V_т,

откуда

Ж, ммоль/л = [ c(1/2Са²⁺) + c(1/2Mg²⁺)] ·10³ = · 10³, (2)

где V_ал и V_т – аликвота исследуемой воды и объем титранта, мл;

с(1/2 Na₂H₂γ) – молярная концентрация эквивалента трилона Б, моль/л.

Экспериментальное определение временной жесткости, обусловленной присутствием в воде гидрокарбонатов кальция Са(НСО₃)₂ и магния Mg(НСО₃)₂, связано с определением молярной концентрации гидрокарбонат- ионов НСО₃^–, поскольку каждому эквиваленту кальция 1/2Са²⁺ и магния 1/2Mg²⁺ соответствует анион НСО₃^–. С этой целью в колбу для титрования вносят аликвоту анализируемой воды V_ал того же объема, что и при определении общей жесткости, добавляют несколько капель метилоранжа и титруют стандартным раствором хлороводородной кислоты до перехода окраски раствора от желтой к оранжево-красной:

НСО₃^– (вода) + НCl (титрант) → Н₂СО₃ + Cl^–.

Закон эквивалентов

с(1/1 НСО₃^–) · V_ал = с(1/1 НCl) · V_т,

откуда Ж^{(временная)}, ммоль/л= с(1/1 НСО₃^–) · 10³ = · 10³. (3)

Последний результат позволяет рассчитать постоянную жесткость, связанную с присутствием в воде хлоридов, сульфатов, нитратов кальция и магния и др.:

Ж^{(постоянная)} = Ж^(общая) – Ж^{(временная)} (4)

Дата добавления: 2017-01-13