TVRDOĆA VODE

Tvrdoća vode potiče od rastvorenih soli kalcijuma i magnezijuma.

Ukupna tvrdoća vode (UT) predstavlja ukupan broj kalcijumovih i magnezijumovih jona rastvorenim u 1 dm3 vode, bez obzira na to sa kojim anjonima se nalaze u ravnoteži.

Razlikuju se karbonatna (KT) i nekarbonatna (NT) kao i prolazna (PT) i stalna (ST). 

Ranije se PT izjednačavala sa KT a ST sa NT. Međutim, KT vode je veća od PT upravo za količinui karbonatnih jona u rastvoru, odnosno za količinu kalcijumovih i magnezijumovih jona koji se nalaze u ravnoteži sa karbonatnim jonima (usled rastvorljivosti karbonata). Takođe, NT je manja od ST za istu vrednost, odnosno za koncentraciju karbonatnih jona.

KT =  PT  -  [ CO₃ ]
NT =  ST  -  [ CO₃ ]

KT :  kalcijum-bikarbonat, magnezijum-bikarbonat
NT:   sulfati, hloridi i nitrati kalcijuma i magnezijuma

UT  =  KT  +  NT

U nekim slučajevima se dešava da je KT >  UT, pa se dobija negativna vrednost NT i kaže se za takve vode da imaju "negativnu" tvrdoću. Ovakva pojava je uobičajena kod voda koje imaju više alkalnih hidrogen-karbonata, odnosno natrijum i/ ili kalijum-hidrogenkarbonat. U ovom slučaju pri titraciji vode jakom mineralnom kiselinom učestvuju svi bikarbonatni joni, a ne samo oni koji su u ravnoteži sa katjonima koji čine tvrdoću (Ca i Mg).

Sa uvođenjem jonske izmene u proces prerade vode, definisane su još i;

Anjonska tvrdoća (AT) koja predstavlja ukupne anjone (hloride, nitrate, sulfate), bez obzira na to  sa kojim katjonima se nalaze u ravnoteži.

Bazna tvrdoća (BT) koja predstavlja zbir KT i AT i alkalno hidrogen-karbonatne tvrdoće (bikarbonati natrijuma i kalijuma).

Iako se u praksi i dalje koristi nemački stepen, najpravilnije je izražavanje tvrdoće u                        mg CaCO3/dm3. 

Tabela 5: Koeficijenti za prevođenje stepena tvrdoće

MERA TVRDOĆE	I Z N O S
	mg CaCO3 / dm3	°E	°F	°N
mg CaCO3 / dm3	1,00	0,07	0,10	0,056
1°E	14,30	1,00	1,43	0,08
1°F	10,00	0,70	1,00	0,56
1°N	17,90	1,25	1,79	1,00

Tvrdoća vode se izražava u mg CaCO3/dm3 vode ili u stepenima:

1°N = 10 mg CaO/dm3 vode
1°F =  10 mg CaCO3 / dm3 vode
1°E = 14,3 mg CaCO3/dm3 vode.

Ocena tvrdoće vode	mg CaCO3/dm3	°N
VRLO MEKA VODA	-	< 5
MEKA VODA	< 70	5 - 10
UMERENO TVRDA VODA	70 - 150	10 15
TVRDA VODA	150 - 200	15 -25
VRLO TVRDA VODA	>200	>25

ODREĐIVANJE KARBONATNE TVRDOĆE VODE

Ca(HCO₃)₂  +  2HCl  = CaCl₂  + 2H₂O  +  2CO₂ 

POSTUPAK

U erlenmajer zapremine od 300 cm3 odmeri se 100 cm3 uzorka vode za analizu i doda 2 do 3 kapi metil-oranža. Titrisati 0,1 M rastvorom HCl dok se žuta boja rastvora ne promeni u oranž.

IZRAČUNAVANJE

M(CaO) = 56 g/mol

C (HCl) = 0,1 mol/dm3

V (HCl) = 6,4 cm3 = 0,0064 dm3

100 cm3 uzorka vode za analizu

-------------------------------------------

n (HCl) = 0,1 * 0,0064 = 0,00064 mol

n (CaO)   :  n (HCl)  =  1  :  2

n (CaO) = 0,00032 mol

m (CaO) = 0,00032 + 56 = 0,01792 g CaO/100 cm3 vode

KT = 17,92  °N

ili kraće:

KT = V (HCl)  * 2,8    (u °N)

ODREĐIVANJE UKUPNE TVRDOĆE VODE                  KOMPLEKSOMETRIJSKI

REAGENSI:

1. Komplekson III  C= 0,01 mol/dm3
2. Amonijačni pufer C = 0,2 M
3. Smeša eriohrom-crno-T sa NaCl u odnosu 1:100 (indikator)

POSTUPAK

U erlenmajer se odmeri 50 cm3 uzorka vode za analizu, doda 1 cm3 pufera, i na vrh noža indikator. Titracija se vrši rastvorom kompleksona III do prelaska vino-crvene boje u nebo plavu.

IZRAČUNAVANJE

CaO  + H₂ Y   =  CaY  +  H₂O

C (K III) = 0,01 M

V (K III)  = 17,7 cm3 = 0,0177 dm3

M (CaO) = 56 g/mol

50 cm3 uzorka za analizu

----------------------------------------

n (K III) = 0,01  *  0,0177 = 0,000177 mol

n  (K III) = n (CaO)

m (CaO)  = 0,000177  *  56 = 0,009912 g CaO/50 cm3

0,009912 : 50 = x : 1000

X = UT = 0,1982 g/ dm3  

UT = 19,82 °N

KOMPLEKSOMETRIJSKO ODREĐIVANJE SADRŽAJA KALCIJUMA U VODI ZA PIĆE (u mg/l)

REAGENSI

1. Komplekson III,  0,01 M
2. NaOH,    8% rastvor (za postizanje pH = 11)
3. indikator MUREKSID (0,5 g mureksida, 0,15 g metilenskog plavila i 40 g natrijum-hlorida se zajedno spraši u avanu. Indikator se čuva u suvoj i dobro zatvorenoj boci zaštićenoj od vlage.)

POSTUPAK

U erlenmajer od 300 cm3 stavi se 50 cm3 uzorka vode za analizu, doda 1 cm3 8% rastvora NaOH i na vrh noža indikatora. Titrisati rastvorom K III do promene boje  iz crvene u ljubičastu.

IZRAČUNAVANJE

Izračunava se po postupku kao kod određivanja UT, s tim što se umesto M (CaO) uzima u proračun atomska masa Ca tj. Ar(Ca) = 40 g/mol.

Pri utrošku kompleksona III od 12,5 cm3, sadržaj Ca iznosi 100 mg/dm3.

Prema Pravilniku, voda za piće normalno sadrži do 200 mg Ca/l dok je maksimalna dopuštena koncentracija za Mg 50 mg/l.

NAPOMENA

Titracija se mora izvesti najkasnije do pet minuta nakon dodavanja NaOH, da ne bi došlo do taloženja kalcijum-hidroksida.

IZRAČUNAVANJE SADRŽAJA MAGNEZIJUMA U VODI

MgO = UT (°N)  - CaO (°N)

MgO (°N)  * 2,41  =         mg/l MgO

mg/l MgO   *0,6  = mg/l  Mg

Alkalitet i aciditet vode

ALKALITET I ACIDITET VODE

ALKALITET

    Alkalitet (baznost) vode čine hidroksidi, karbonati i bikarbonati alkalnih izemnoalkalnih metala, uglavnom natrijuma, kalcijuma i magnezijuma.

    

    Alkalitet se određuje titracijom vode, rastvorom 0,1 M HCl uz indikator fenolftalein ili metil-oranž.

    UKUPAN ALKALITET čine alkalitet prema fenolftaleinu (p-alkalitet) i alkalitet prema metil-oranžu (m-alkalitet).

    p-alkalitet potiče od prisustva hidroksida ili karbonata ili njihove smeše.

    m-alkalitet može poticati od karbonata i bikarbonata pojedinačno ili njihove smeše.

   Istovremeno prisustvo hidroksida i bikarbonata u uzorku nije moguće jer oni reaguju međusobno prema jednačini:

                   

                                                HCO₃^-   +  OH^-    =   CO₃^2-    +   H₂O

   Reakcije određivanja ukupnog alkaliteta:

1.      OH^-  + HCl  =  H₂O   + Cl^- 
2.         CO₃^2-   +  HCl  = Cl^-   + HCO₃ ^-   
3.          HCO₃ ^-  + HCl  = Cl^-   + CO₂   + H₂O

   Alkalitet vode se izražava kao SADRŽAJ CaCO3 u mg/l vode.

POSTUPAK

Za uzorke kod kojih je početni pH > 8,3 titracija se izvodi u dva stupnja:

• uz indikator fenolftalein dok se indikator ne obezboji (p-alkalitet)
• uz indikator metil-oranž, do prelaska boje u oranž (m-alkalitet)

Za uzorke kod kojih je početni pH < 8,3 određuje se samo m- alkalitet.

1. Odmeriti 100 ml uzorka kalibrisanom pipetom
2. Dodati 10 kapi 2% rastvora fenolftaleina u etanolu
3. Titrisati uzorak 0,1 M rastvorom HCl do obezbojenja (pH=8.3)
4. U isti uzorak dodati 6 do 7 kapi 0,5% rastvora metil-oranža u etanolu
5. Titrisati rastvorom kiseline do oranž boje (pH= 4,4)

IZRAČUNAVANJE

P =( V_HCL / V_uzorka ) *1000   (mg/l)

m  =( V_HCL / V_uzorka ) *1000   (mg/l)

Ukupni alkalitet:

T = p + m

Tabela 2: Sadržaj različitih jonskih vrsta u zavisnosti od alkalnosti

Tabela 3: Eksperimentalni rezultati određivanja alkaliteta vode

Preračunato prema tabeli br. 2.
Uzorak	VHCl,  ff (ml)	VHCl, mo (ml)	P mg/l	m mg/l	T mg/l	T/2 mg/l	OH- mg/l	CO32* mg/l	HCO3- mg/l
Gradska voda	0,2	6,2	2	62	64	32	-	12	353,8
Školska voda	0,2	7,3	2	73	75	37,5	-	12	420,9

PRORAČUN

ŠKOLSKA VODA

Za rezultat titracije važi  p < m/2 a kod izračunavanja koncentracije karbonatnih anjona  važi da je  V_HCl  =  2p. Dakle, voda sadrži karbonate I bikarbonate I onda važi hemijska reakcija:

KONCENTRACIJA KARBONATA

Na₂CO₃  +  2HCl  =  2NaCL +  H₂ CO₃

n (Na₂CO₃ )  :  n (HCl)  =  1  :  2

[ CO₃ ] = ⅟₂ V_HCl  *  C_HCl   *  M (CO₃ )  *  q

[ CO₃ ] = 2p/2  * C_HCl   *  M (CO₃ )  *  q

[ CO₃ ] = p  * C_HCl   *  M (CO₃ )  *  q

[ CO₃ ] = 2  * 0,1  *  60  *  10

[ CO₃ ] = 12 mg/ l  karbonatnih jona

KONCENTRACIJA BIKARBONATA

NaHCO₃ + HCl  =  NaCl    +  H₂ CO₃

n (NaHCO₃ )    :   n (HCl)  =  1   :  1

V_HCl  =  m – 2p = 7,3 – 0,4 = 6,9 ml

[ HCO₃ ] =   V_HCl  *  C_HCl   *  M (HCO₃ )  *  q

[ HCO₃ ] =  6,9  *  0,1  *  61  *  10

[ HCO₃ ] =   420,9 mg/l  bikarbonatnih jona,

gde je :

M – molarna masa jona u g/mol

C – koncentracija HCl  u mol/dm³

q  - alikvotni deo rastvora za analizu koji najčešće iznosi 10 (uzima se 1/10 l uzorka)

GRADSKA VODA

[ CO₃ ] = p  * C_HCl   *  M (CO₃ )  *  q

[ CO₃ ] = 2 * 0,1 * 60 * 10 = 12  mg/l karbonata

[ HCO₃ ] =   V_HCl  *  C_HCl   *  M (HCO₃ )  *  q

[ HCO₃ ] =   V_HCl  *  C_HCl   *  M (HCO₃ )  *  q , stim što je  V_HCl  =  m – 2p, pa imamo

[ HCO₃ ] =   5,8 * 0,1 * 61 *10 = 353,8 mg/l bikarbonata

ACIDITET

Aciditet (kiselost) prirodnih voda potiče od ugljene kiseline, a ponekad i od huminskih kiselina.

Aciditet otpadnih voda može poticati i od mineralnih kiselina (azotna, hlorovodonična) ili hidrolizovanih soli.

Određivanje aciditeta je važno zbog agresivnih osobina kiselih voda i vrši se titracijom uzorka pomoću 0,1 M rastvora NaOH uz fenolftalein kao indikator, a po reakciji:

H₂ CO₃  + OH^-  =  HCO₃^-  +   H₂ O

U prirodnim vodama samo ugljen-dioksid daje kiselost vodama i u zavisnosti od pH- sredine prisutne su i različite forme ugljene kiseline, kako je prikazano na dijagramu raspodele:

Slika 1: Dijagram raspodele molekulskog i jonskih oblika ugljene kiseline u vodenom rastvoru, u zavisnosti od pH rastvora

Iz dijagrama se može zaključiti sledeće:

1. Za pH<8 u rastvoru su prisutni ugljena kiselina i bikarbonatni joni dok je sadržaj karbonata zanemarljiv.
2. Za 8<pH<9  u rastvoru su prisutni bikarbonatni joni dok je sadržaj karbonatnih jona i slobodne ugljene kiseline skoro zanemarljiv.
3. Za pH > 9 u rastvoru su prisutne samo jonske vrste ugljene kiseline, odnosno bikarbonatni i karbonatni joni.

POSTUPAK ODREĐIVANJA ACIDITETA

1. Odmeriti 100 ml uzorka vode pipetom i preneti u erlenmajer od 300 ml
2. Dodati 10 kapi 1% rastvora fenolftaleina u etanolu
3. Titrisati standardnim rastvorom NaOH koncentracije 0,1 M do postojane rozikaste boje

IZRAČUNAVANJE

A = (ml NaOH  / ml uzorka) * 1000  (mg CaCO3/ l)

Tabela 4: Rezultati određivanja kiselosti

Uzorak	ml NaOH	A(mg CaCO3 /l )
Gradska voda	0,1	1
Školska voda	0,2	2

Određivanje pufernog kapaciteta vode za piće

ODREĐIVANJE PUFERNOG KAPACITETA VODE ZA PIĆE

https://https://twitter.com/CvetaCveta73

POSTUPAK

      Odmeriti 100 ml ispitivanog uzorka u menzuru sa zapušačem. Uroniti elektrodu pehametra u rastvor nepoznate pH vrednosti i pročitanu vrednost sa pehametra uneti u tabelu.

       U menzuru dodati kiselinu ili bazu i odrediti pH nakon mešanja i takođe pH vrednost uneti u tabelu.

PRIBOR I REAGENSI

1. menzura od 100 ml za zapušačem
2. graduisana pipeta od 10 ml
3. 0,1 M rastvor HCl
4. 0,1 M rastvor NaOH
5. pufer pH= 10
6. pufer pH= 4
7. pehametar

Tabela 1: Rezultati određivanja pufernog kapaciteta uzorka vode

PUFERSKI KAPACITET	pH
VODOVODSKA VODA	7,07
VODOVODSKA VODA +2 ml KISELINE	6,42
VODOVODSKA VODA +2 ml BAZE	8,84
DESTILOVANA VODA	6,97
DESTILOVANA VODA + 2 ml KISELINE	2,72
DESTILOVANA VODA + 2 ml BAZE	10,46
PUFER 1 (PH=9,73)-AMONIJAČNI PUFER	9,72
PUFER 1 + 2 ml KISELINE	9,72
PUFER 1 + 2 ml BAZE	9,72
PUFER 2 (Ph =4,40)- ACETATNI PUFER	4,40
PUFER 2 + 2 ML KISELINE	4,40
PUFER 2 + 2 ml BAZE	4,40

ZAKLJUČAK

Vodovodska voda u sebi sadrži katjone ( Ca⁺², Mg⁺², K⁺, Na⁺)  i anjone   (CO₃^2-, HCO₃^-, Cl^-, SO₄^2-, ) , koji sa vodonikovim i hidroksidnim jonima iz kiseline i baze reaguju međusobno, ne dozvoljavajući veliku promenu pH vrednosti sredine.

Zato se može reći da vodovodska voda ima određeni puferni kapacitet u odnosu na destilovanu vodu koja to svojstvo nema.