Контрольні запитання

1 Що характеризує ХСК?

2 При використанні чого окиснення органічних сполук відбувається майже цілком до CO₂, H₂O, N₂?

3 Що роблять з водою до визначення ХСК?

4 Що Ви знаєте про прискорений метод?

5 Що таке БСК? Для чого потрібен даний показник?

6 Чому під час приготування води для розбавляння в неї додають фосфати, солі магнію, кальцію та феруму?

7 Які організми – аеробні чи анаеробні – в умовах визначення БСК₅ беруть участь в окисненні органічних сполук? Які кінцеві продукти окиснення органічних речовин аеробними бактеріями?

8 Чому БСК₅ є важливим екологічним показником стану природних водойм?

4.10 Визначення твердості води

(лекція)

Мета: ознайомити студентів з карбонатною та некарбонатною твердістю води, їх характеристикою, методами усування, впливом твердості води на стан та якість природних водойм.

План

1 Твердість води, причини її виникнення

2 Карбонатна та не карбонатна твердість, їх характеристика

3 Методи усування твердості

4 Хімічні методи визначення твердості води

Твердість води зумовлена наявністю солей кальцію і магнію. Розрізняють карбонатну і некарбонатну твердість, перша зумовлена гідрокарбонатами, а друга – переважно хлоридами і сульфатами кальцію і магнію. Карбонатну твердість ще називають тимчасовою, або усувною, оскільки під час кип'ятіння гідрокарбонати руйнуються і випадають в осад карбонати і гідроксокарбонати:

Ca (HCO3)2  CaCO₃ + H₂O + CO₂

Хоча цілком позбутися карбонатної твердості неможливо через значну розчинність гідроксокарбонату магнію (МgОН)₂СО₃. Саме утворення малорозчинних карбонатів (значно меншою мірою сульфатів та інших солей кальцію та магнію) призводить до утворення накипу в чайниках, бойлерах, трубах і котлах парового опалення, теплообмінному обладнанні, що завдає значних економічних збитків внаслідок забивання труб і необхідності їх заміни або промивання розчинами кислот; зниження їх ефективності.

У твердій воді ускладнюються процеси миття й прання, збільшується витрати мила через утворення пластівців нерозчинних солей кальцію та магнію.

У водоймах з м'якою водою (до 20 мг/л СаСО₃) дія отруйних неорганічних сполук проявляється при нижчих концентраціях, ніж у водоймах із твердою водою (хлориду кадмію при 0,6 мг/л і 73,5 мг/л; сульфату купруму – 0,02 і 1,8; сульфату берилію – 0,14 і 20,3 мг/л відповідно).

Некарбонатну (сталу) твердість усувають додаванням карбонату чи фосфату натрію, які осаджують катіони кальцію і магнію у вигляді нерозчинних солей, наприклад:

MgSO₄ + Na₂CO₃ = MgCO₃↓ + Na₂SO₄;

3CaCl₂ + 2Na₃PO₄ = Ca₃(PO₄)₂↓ + 6NaCl

У природні води сульфати і хлориди потрапляють під час дренування площ з гірськими породами, що містять гіпс, зі скидами неочищених стічних вод, змивами хлоридів кальцію і натрію, якими взимку посипають тротуари для запобігання утворення крижаних корок.

Кількісно твердість води виражають у ммоль екв іонів Са²⁺ і Mg²⁺ в 1 л води. 1 ммоль екв твердості відповідає 20,04 мг Са²⁺, 12,16 мг Mg²⁺ або 50 мг СаСО­₃. (табл.. 4.5)

Таблиця 4.5.

Типи природних вод за твердістю

Тип води	ммоль екв/л	Твердість
		Са2+, мг/л	Mg2+, мг/л	СаСО­3, мг/л
Дуже м’яка	0 – 1,5	0 – 30,06	0 – 18,24	0 – 75,00
М’яка	1,5 – 3,0	30,06 – 60,12	18,24 – 36,48	75,00 – 150,00
Середньо – тверда	3,0 – 4,5	60,12 – 90,18	36,48 – 52,72	150,00 – 225,00
Досить тверда	4,5 – 6,5	90,18 – 130,26	52,72 – 79,04	225,00 – 325,00
Тверда	6,5 – 11,0	130,26 – 220,44	79,04 – 131,76	325,00 – 550,00
Дуже тверда	> 11,0	> 220,44	> 131,76	> 550,00

Чинними санітарними нормами передбачено, що твердість питної води не має перевищувати 250 мг/л СаСО₃, а твердість понад 500 мг/л СаСО₃ вважається небезпечною для здоров'я.

Твердість води визначають хімічними методами:

1. Комплексонометричним;

2. Спиртово-мильним;

3. Гліцерино - пальмітатним (якщо твердість перевищує 0,7 ммоль екв./л);

4. Олеатним (твердість Т  0,7 ммоль екв./л)

та фізико – хімічним – іонообмінним методом.

Пробу води не консервують, твердість визначають упродовж 2 діб з часу відбору проби на аналіз.

Визначення твердості води спиртово – мильним методом ґрунтується на утворенні малорозчинних солей кальцію і магнію з кальцієвими чи натрієвими солями вищих карбонових кислот, які входять до складу мила, наприклад:

2C₁₇H₃₅COOK + CaCl₂ = (C₁₇H₃₅COO)₂Ca↓ + 2KCl

Визначення загальної твердості комплексометричним методом ґрунтується на взаємодії катіонів кальцію і магнію з трилоном Б в аміачному буферному розчині (рН ~ 9,5) з утворенням внутрішньокомплексних сполук (за наявності металохромних індикаторів). Чутливість методу 0,001 ммоль екв/л.

Катіони важких металів перешкоджають визначенню, тому їх попередньо осаджують у вигляді малорозчинних сполук чи зв’язують у стійкі комплекси (маскують).

Аналізована вода має бути прозорою (каламутну воду заздалегідь фільтрують). Мастило, яке знебарвлює індикатор, також видаляють фільтруванням. Титрування виконують за кімнатної температури.