6 зертханалық жұмыс. Судың кермектілігі

 Жұмыстың мақсаты: Судың кермектілігін анықтауды үйрену.

 6.1 Теориялық кіріспе

Кермектілік деп судағы кальций және магний иондарының эквиваленттерінің молярлы концентрацияларының  (нормальдіктерінің) қосындысын айтады. Лезде бақылау кезінде кермектілік катионитті сүзгілерден кейінгі суларда, коагуляция мен ізбестеуді жүргізгенде мөлдірлеткіш суында және буды өндірістік тұтынушыларының конденсатында анықталады.

Жалпы кермектілікті кальций және магний иондарының қосынды концентрациясы түрінде анықтайды:

К_ж=C_экв(Са²⁺)+С_экв(Mg²⁺)

Кальций кермектілігі кальций иондарының концентрациясына байланысты:

К_Са²⁺= C_экв(Са²⁺)

Магний кермектілігі магний иондарының концентрациясына байланысты:

К_Mg²⁺= С_экв(Mg²⁺)

Кермектіліктің өлшем бірлігі г-экв/дм³(моль/дм³), мг-экв/дм³(ммоль/дм³) немесе мкг- экв/дм³(мкмоль/дм³).

Кермектілікті қамтамасыз ететін қосылыстардың табиғаты бойынша карбонатты (уақытша) К_к және карбонатты емес (тұрақты) К_ке кермектіліктерді ажыратады. 

Карбонатты кермектілік гидрокарбонат- және карбонат-иондарына эквивалентті кальций және магний иондарының болуымен түсіндіріледі (Ca(HCO₃)₂, MgCO₃)  . Егер К_ж > С_ж болса, онда К_к = С_ж, ал кері жағдайда

К_к = К_ж.

         Карбонатты емес (бейкарбонатты) кермектілік деп күшті қышқылдар

 аниондарымен (хлоридтер, сульфаттар, нитраттар)  байланысқан кальций және магний иондарының мөлшерін айтады (CaSO₄, MgCl₂, Ca(NO₃)₂):

К_ке = К_ж - К_к

Судың жалпы кермектілігін комплексонометрлік (комплексонометрия) титрлеу әдісімен анықтайды. Бұл әдісті кермектілігі 5 мкг-экв/дм³-ден жоғары болатын өндірістік сулар үшін пайдалануға болады.

Кермектілікті анықтау әдісі комплексті қосылыстар түзетін реакцияларда негізделеді. Онда Са²⁺ және Mg²⁺ иондары комплекс түзуші рөлін, ал металлоиндикатор молекуласы және  ЭДТА (трилон Б) - лиганд рөлін атқарады. Анықтауды жүргізудің негізгі шарты ерітіндінің рН-ын бақылау болып табылады.

Біріншіден, Са²⁺, Mg²⁺ иондары мен индикаторлар және ЭДТА арасында тұрақты комплекстер түзілуі  үшін рН= 9–10 белгілі мәнін ұстап отыру қажет, ол үшін сынамаға NH₃-H₂O және NH₄Cl қоспасы болып табылатын аммиакты буферлі ерітінді қосады.

Екіншіден, ЭДТА ортаның рН-ның әртүрлі көрсеткіштерінде бірнеше түрде болуы мүмкін, бірақ бұл түрлердің тек біреуінде ғана кальций және магний мен тұрақты комплекстер түзілуі мүмкін. рН=9-10 болғанда ЭДТА-ның белсенді түрінің молярлық үлесі айтарлықтай үлкен, бірақ оны одан ары үлкейтуге (ортаның рН-ын жоғарылатып) болмайды, өйткені күшті сілтілі ортада тұнбаға түсетін магний гидроксиді (Mg(OH)₂)  түзілуі мүмкін.

Талданатын суға металлоиндикатордың ерітіндісін қосқанда (мысалы, көк қышқылды хром К), ол Са²⁺ және Mg²⁺ иондарымен комплекс түзеді, бұл кезде ерітінді түсін өзгертеді (шарапты-қызыл түске боялады):

Ca²⁺+HInd^2-+NH₃→CaInd^-+NH₄⁺;

Mg²⁺+HInd^2-+NH₃→MgInd^-+NH₄⁺.

Одан кейін боялған ерітіндіге жайлап ЭДТА ерітіндісін қосады. Кальций және магний иондарының ЭДТА-мен комплекстерінің тұрақтылық константалары кальций және магний иондарының индикатормен комплекстерінің тұрақтылық константаларына қарағанда жоғары. ЭДТА-ны қосқанда кальцийдің (магнийдің) индикатормен комплекстері бұзылып,  кальцийдің (магнийдің) ЭДТА-мен түссіз комплекстері түзіледі. Оның нәтижесінде ерітінді бос индикатордың көкшіл түсіне ие болады:

CaInd^-+H₂Y^2-+NH₃→CaY^2-+HInd₂^-+NH₄⁺;

MgInd^-+H₂Y^2-+NH₃→MgY^2-+HInd^2-+NH₄⁺.

Индикатор түсінің өзгеруіне дейін шығындалған ЭДТА көлемі бойынша кальций және магний иондарының концентрациясын есептейді.

Талданатын суда болатын Cu²⁺, Fe³⁺, Zn²⁺, Mn²⁺ катиондары индикатормен өте берік комплексті қосылыстар түзеді және титрлеу процесінде ерітіндінің түсі өзгермейді немесе ЭДТА-ның өте көп артық мөлшерінде де өте баяу өзгереді. Бұл құбылыс индикатордың тыйымдалуы деген атқа ие болды. Бәсекелесетін реакциялардың алдын алу үшін кедергі келтіретін металл иондарын тұндыру немесе экстракция арқылы ерітіндіден алып тастау қажет.

Әр ионға (Са²⁺ немесе Mg²⁺) байланысты кермектікті жеке анықтау үшін ЭДТА тек біреуіне ғана әсер ететіндей жағдай жасау қажет.