2. Некоторые определения аналитической химии
Нормальность раствора - это его концентрация, выраженная числом грамм - эквивалентов вещества, содержащегося в 1 л раствора.
Грамм - эквивалент - это число граммов вещества, равное массе его химического эквивалента.
Химический эквивалент кислоты, основания, соли равен молекулярной массе, деленной на число ионов водорода (кислота), на число гидроксильных групп (основание), на сумму зарядов, образующим соль, катионов и анионов.
Молекулярная масса - это значение массы молекул выраженная в атомных единицах массы.
Атомная единица массы определяется как 1/12 массы изотопа углерода с массовым числом 12, и численно равна (1, 66043 +/- 0,000031) * 10 – 24 г.
Массовое число - это число нуклонов (протонов и нейтронов) в атомном ядре. Оно обозначается буквой А и указывается обычно слева сверху рядом с символом элемента. Например, 32 S означает изотоп серы с массовым числом А = 32.
Титрование – метод объемного анализа, заключающийся в постепенном прибавлении раствора известной концентрации к анализируемому с целью установления концентрации последнего. При прямом титровании проба анализируемого раствора титруется стандартным раствором до того момента, когда визуально наблюдается изменение окраски индикатора (точка эквивалентности). При этом количество стандартного раствора эквивалентно количеству определяемого вещества.
Стандартный раствор — это раствор с точно известной концентрацией химического реактива. Простейший способ его приготовления – это использование фиксанала: сухого вещества или раствора в количестве, необходимом для получения 1 л раствора определенной концентрации. Фиксанал готовится в заводских условиях или крупной лаборатории и помещается в стеклянную ампулу, которая запаивается.
3. Показатели качества воды. Жесткость.
Основными показателя качества исходной, химочищенной, питательной, котловой воды являются: прозрачность (наличие взвешенных веществ), цветность, сухой остаток (содержание растворенных минеральных и органических веществ), щелочность, водородный показатель pH (соотношение концентраций водородных ионов Н+ и гидроксильних анионов ОН¬ : если pН < 7 - вода кислая, рН = 7 – вода нейтральная, pH > 7 - щелочная ), растворенные газы, содержание хлоридов и жесткость.
Жесткость - показатель, определяющий содержание в воде катионов накипеобразователей: кальция и магния. Величина жесткости в исходной воде определяет выбор схем химводоочисток (ХВО), их оборудования и режимы его работы. Нормирование показателя жесткости питательной воды паровых котлов и сетевой - водогрейных, а также эксплуатационное обеспечение норм жесткости является основой нормальной (безнакипной) работы испарительных поверхностей котлов.
Различается общая, карбонатная (временная) и некарбонатная (постоянная) жесткости. Общая жесткости Ж0 представляет собой сумму карбонатной и некарбонатной жесткостей, т.е. суммарную концентрацию и воде катионов Са2+ и Mg2+ . Соли кальция и магния могут находиться в виде следующих соединений: СaS04 , MgSO4 , хлористых – СаСl2 , MgCI2 , азотистых - Са(NО3)2 , Mg(NО3)2 , кремнекислых СаSiO3 , MgSiO3 , фосфорно - кислых - Са(РО4)2 , Mg(PO4)2 , двууглекислых - Са(НСО3)2 , Mg(НСО3)2 .
Жесткость измеряется в миллиграмм-эквивалентах на один 1 кг раствора ( мг-экв/кг ). Например, величина 1 мг-экв/кг жесткости соответствует содержанию 20,04 мг/кг иона Са2+ или 12,16 мг/кг иона Мg2+ . Тогда общая жесткость воды, выраженная в эквивалентных единицами суммарной концентрации катионов Са и Мg, определяется из уравнения:
Ж0=Са2+ / 20, 04+ Мg2+ / 12, 16
Карбонатная жесткость Жк обуславливается совместным присутствием в воде ионов Са2+, Mg2+ и НСО3 ¯ в виде бикарбонатов (двууглекислым солей) — Са (HCO3)2 и Mg(НСО3)2 . При нагревании воды выше 45 0С бикарбонаты разлагаются с выделением углекислоты СО2 и плохорастворимых углекислых кальция и магния — СаСО3 и MgСО3, поэтому эта жесткость называется временной. Величина карбонатной жесткости равна выраженной в эквивалентных единицах концентрации в воде анионов бикарбонатов Са и Mg:
Жк = НСО3¯ / 61,02
где НСО3 - концентрация в воде бикарбонатов кальция и магния, мг/кг;
61,02 - их эквивалентная масса, мг/мг-экв.
Некарбонатная жесткость Жп вызывается присутствием солей, в который Са и Mg связаны с анионами сильных кислот - соляной, серной, азотной и др. Эти соли при нагревании не разлагаются, а выделяются только при выпаривании раствора. Некарбонатная жесткость определяется из выражения:
Жнк = Жо - Жк
Если воду нагревать выше 45 0С, то находящиеся в ней бикарбонаты будут разлагаться с выпадением CаCO3 и MgCO3 , а соли, определяющие некарбонатную жесткость, будут постепенно кристаллизовываться и выделяться в виде твердых отложений. На поверхностях нагрева, таким образом, появляется накипь.
Накипь, имея малый коэффициент теплопроводности, снижает эффективность теплообмена в котельных установках, ведет к перегреву металла поверхностей нагрева вплоть до его разрушения. Откладываясь внутри труб, она нарушает гидродинамический режим работы поверхностей нагрева котлов и тепловых сетей. При грубых нарушениях водно-химического режима по нормам жесткости возможно полное закупоривание труб с выходом котельного агрегата из строя.
4. Реактивы, применяемые для определения жесткости воды
Самым распространенных способов определения жесткости воды является трилонометрический метод, при котором для титрования пробы воды используется трилон Б. Метод основан на свойстве ионов кальция и магния образовывать с индикатором (хром темно-синий или хромоген черный), окрашенные индикаторные комплексные соединения. Добавление трилона Б к окрашенной пробе воды разрушает эти соединения, т.к. прочность комплексов ионов кальция и магния с трилоном Б выше индикаторных. При этом восстанавливается цвет свободного индикатора.
Необходимые реактивы:
а) раствор трилона Б — 0,1н (деци- нормальный). и 0,01н (санти- нормальный).
В первом случае (определяется большая жесткость) в 1л раствора содержится 18, 613 г трилона Б ( двуводная двухзамещенная натриевая соль этилен- диаминтетрауксусной кислоты), во втором — в 1л раствора содержится 18,613 г трилона Б. Молекулярный вес трилона Б — 372, 26 , Эквивалент равен половине молекулярного веса - 186,13;
б) 0,5% раствор кислотного хрома темно-синего или эриохрома черного Т (хромоген черный) в качестве индикатора:
в) аммиачная буферная смесь 2% по аммиаку и хлористому аммонию, применяемая для создания рН исследуемой воды в необходимых пределах.