II. Основные теоретические положения. Жесткость воды - это свойство природной воды, зависящее от присутствия в ней солей ряда двухвалентных металлов

Жесткость воды - это свойство природной воды, зависящее от присутствия в ней солей ряда двухвалентных металлов, прежде всего кальция и магния. При кипячении жесткая вода образует накипь за счет осаждения труднорастворимых солей кальция, магния и железа (II). В жесткой воде мыльная пена не образуется до тех пор, пока эти ионы не будут связаны в нерастворимый осадок. Жесткая вода не пригодна для питания паровых котлов, поскольку на их поверхности отлагается на­кипь, что приводит к уменьшению теплопроводности металла и, как следствие, к перерасходу топлива и перегреву котлов. Жесткая вода не пригодна для использования в химической технологии, в текстильной промышленности при обработке тканей, а также для других технических целей.

Поэтому перед использованием воды, поступающей из различных природных источников, для питания паровых котлов и для различных технологических процессов, необходимо определить ее жесткость и на основании данных анализа выбрать комплекс мер ее обработки.

Различают жесткость: устранимую (или временную), которую можно устранить кипячением воды, и постоянную, которая не устраняется кипячением. Сумма временной и постоянной жесткости составляет общую жесткость.

Временная жесткость обусловлена присутствием в воде гидрокарбонатов кальция и магния, и поэтому ее называют кар­бонатной жесткостью. Она почти полностью устраняется при ки­пячении в результате разложения гидрокарбонатов

Са(НСО₃)₂ = СаСОз^ + CO₂t + Н₂О

Карбонатную жесткость можно определить методом кислотно - основного титрования с использованием рабочего раствора хлороводородной кислоты в присутствии метилового оранжевого.

При этом определении в растворе протекают следующие реакции:

Са(НСО₃)₂ + 2НС1 = СаС1₂ + 2 СО₂Т + 2 Н₂О Mg(HCO₃)₂ + 2Hcl = MgCl₂ + 2CO₂t + 2 Н₂О

Постоянная жесткость, не устраняемая кипячением, вызвана присутствием в воде сульфатов (а также хлоридов) кальция и магния. Она называется также некарбонатной жесткостью воды.

Общую жесткость воды, представляющую собой сумму карбо­натной и некарбонатной жесткости воды, можно определить ме-тодом комплексонометрического титрования.

Жесткость воды характеризуют молярной концентрацией эквивалентов кальция и магния и выражают в ммоль/л.

Константы устойчивости комплексов кальция и магния с ЭДТА

" 7 S

близки по значению (соответственно 3, 7 -10 и 5 • 10). Поэтому при титровании рабочим раствором ЭДТА они титруются совместно. Титрование проводят в присутствии аммонийной буферной смеси при рН=10. В качестве индикатора используют эриохром черный Т (хромоген черный специальный ЕТ-00), образующий с ионами кальция и магния растворимые комплексы красного цвета с константами устойчивости, равными соответственно 2, 6 -10⁶ и 1-Ю⁷. Поскольку значения констант устойчивости комплексов данных металлов с ЭДТА на порядок выше, в процессе титрования комплексы с индикатором разрушаются и образуются более прочные комплексы ионов металлов с комплексоном III. Реакции, протекающие в растворе, схематически можно представить следующим образом:

Са²⁺ + HIn²" = Cain + Н⁺, Mg²⁺ + HIn²" = Mgln" + H⁺,

красный красный

Cain + Na₂[H₂Y]

красный бесцветн.

= Na₂[CaY] + HIn²" +H⁺,

Б й

Mgln + Na₂[H₂Y] - Na₂[MgY] + HIn² + H⁺

красный бесцветн. бесиветн. синий

В соответствии с этим в процессе титрования окраска раствора меняется от красной, через фиолетовую, в чисто синюю.