Опыт № 5. Определение жёсткости воды

Общая жёсткость – это природное свойство воды, обусловленное наличием в ней двухвалентных катионов (главным образом кальция и магния).

Различают общую, временную (карбонатную) и постоянную (некарбонатную) жёсткость.

Устранимая, или временная жёсткость обусловлена наличием бикарбонатов кальция и магния. При кипячении бикарбонаты переходят в малорастворимые карбонаты и выпадают в осадок, что приводит к образованию накипи, а жёсткость воды уменьшается.

Неустранимая, постоянная (некарбонатная) жёсткость обусловлена хлоридами, сульфатами и другими некарбонатными солями кальция и магния.

Сумма временной и постоянной жёсткости составляет общую жесткость воды.

Воду с общей жёсткостью до 3,5 мг-экв/л называют мягкой, от 3,5 до 7 мг-экв/л – средней жёсткости, от 7 до 10 мг-экв/л – жёсткой, свыше 10 мг-экв/л – очень жёсткой.

Вода с жёсткостью свыше 10 мг-экв/л часто имеет неприятный вкус. Резкий переход при использовании от мягкой воды к жёсткой (а иногда и наоборот) может вызвать у людей диспепсические явления.

Течение почечнокаменной болезни ухудшается при использова­нии очень жесткой воды. Жёсткая вода способствует появлению дерматитов. При повышенном поступлении в организм кальция с питьевой водой на фоне йодной недостаточности чаще возникает зобная болезнь. Для питьевых целей предпочитают воду средней жё­сткости, для хозяйственных и промышленных целей – мягкую воду.

Исходя из этого общая жёсткость для воды, не подвергающейся специальной обработке, установлена на уровне 7 мг-экв/л.

Определение временной жёсткости. В коническую колбу на 200 мл отмеряют 100 мл исследуемой воды, добавляют 2–3 капли индикатора метилового оранжевого. Оттитровывают при постоянном взбалтывании 0,1 н. раствором соляной кислоты до появления оранжевой окраски.

Титрование повторяют 2–3 раза и для расчета берут средний объем кислоты.

Расчет (Ж_вр., мг-экв/л) производят по формуле:

,

где V_HCl – объем кислоты, израсходованной на титрование, мл;

– объем воды, мл;

С_HCl – нормальная концентрация кислоты, мг-экв/л.

Результаты химического анализа воды занесите в таблицу 4, сравните с таблицей П. 1.1; таблицей П. 1.2. Проанализируйте полученные результаты и сделайте вывод о возможности применения исследуемой воды.

Определение общей жёсткости вынесено в УИРС.

После ознакомления с данной темой студенты освоят методы аналитической химии, научатся выявлять содержание макрокомпонентов в воде и устанавливать её жёсткость.

Контрольные вопросы

1. В чем сущность титриметрического метода анализа?

2. Какие примеси в воде относят к макрокомпонентам?

3. Что понимают под щелочностью и кислотностью воды?

4. Какие соли обуславливают временную жесткость?

5. Какие соли обуславливают постоянную жесткость?

6. Что называют общей жесткостью воды?

[1, с. 43–70, 318–336; 2, с. 92–119, 305–311; 5; 9].

Тема 3

Биогенные вещества

Биогенными элементами называют химические элементы, постоянно входящие в состав организмов и выполняющие определенные функции (O, C, H, N, P, S). В группу биогенных элементов, кроме вышеперечисленных, часто включают железо, т. к. оно необходимо живым организмам, а его содержание в воде в некоторых случаях достигает нескольких мг/л воды.

Азот – важнейший элемент питания, необходимый для нормального развития растений. Он входит в состав белков, нуклеиновых кислот, гемоглобина. Соединения азота играют большую роль в процессах фотосинтеза, обмена веществ, образования новых клеток. Вместе с тем в настоящее время заметно усилился процесс обогащения окружающей среды соединениями азота. О значительном загрязнении соединениями азота свидетельствует повышение уровня концентрации нитратов в природных водах в 2–4 раза и более. Негативным фактором в этом процессе является повышение концентрации аммонийного и нитратного азота до токсичных уровней.

Железо – непременный компонент поверхностных вод. Кроме растворенного ионного железа в природных водах присутствуют гидроксокомплексы, коллоидные неорганические и органические формы. В природных водах многие соединения железа малоустойчивы, поскольку подвергаются гидролизу с последующим осаждением гидроксидов. Избыточное количество железа приводит к заболеванию кровеносной системы и циррозу печени. ПДК ионов железа в воде составляет 0,5 мг/л.

Поступление в организм избыточного количества нитратов (более 10 мг/кг массы тела) вызывает развитие метгемоглобинемии и, как следствие, недостаточное обеспечение организма кислородом. Нарушаются многие обменные процессы в организме, снижается иммунитет, нарушается деятельность эндокринных органов и т. д.

Допустимая суточная доза потребления человеком нитратов в России принята равной 300–325 мг (т. е. 5 мг на кг его массы). Реальная суточная нагрузка, по экспертным оценкам, колеблется от 150 до 360 мг. Она значительно меняется в зависимости от характера питания и содержания нитратов в воде и достигает в ряде случаев 500–600 мг/сут. на человека.