Общая жесткость

Жесткость воды представляет собой свойство природной воды, зависящее от наличия в ней главным образом растворенных солей кальция и магния. Суммарное содержание этих солей называют общей жесткостью.

Общая жесткость подразделяется на карбонатную, обусловленную концентрацией гидрокарбонатов (и карбонатов при рН 8,3) кальция и магния, и некарбонатную - концентрацию в воде кальциевых и магниевых солей сильных кислот.

Поскольку при кипячении воды гидрокарбонаты переходят в карбонаты, которые выпадают в осадок, карбонатную жесткость называют временной или устранимой. Остающаяся после кипячения жесткость называется постоянной. Результаты определения жесткости обычно выражают в ммоль-экв/л.

В естественных условиях ионы кальция, магния и других щелочноземельных металлов, обуславливающих жесткость, поступают в воду в результате взаимодействия растворенного диоксида углерода с карбонатными минералами и других процессов растворения и химического выветривания горных пород. Источником этих ионов являются также микробиологические процессы, протекающие в почвах на площади водосбора, в донных отложениях, а также сточные воды различных предприятий.

Жесткость воды колеблется в широких пределах. Вода с жесткостью менее 4 ммоль-экв/л считается мягкой, от 4 до 8 ммоль-экв/л - средней жесткости, от 8 до 12 ммоль-экв/л - жесткой и выше 12 ммоль-экв/л - очень жесткой. Общая жесткость колеблется от единиц до десятков, иногда сотен ммоль-экв/л, причем карбонатная жесткость составляет до 70-80% от общей жесткости. Обычно преобладает жесткость, обусловленная ионами кальция (до 70%); однако в отдельных случаях магниевая жесткость может достигать 50-60%. Жесткость морской воды и океанов значительно выше (десятки и сотни ммоль-экв/л). Жесткость поверхностных вод подвержена заметным сезонным колебаниям, достигая обычно наибольшего значения в конце зимы и наименьшего в период половодья.

Высокая жесткость ухудшает органолептические свойства воды, придавая ей горьковатый вкус и оказывая действие на органы пищеварения. Величина общей жесткости в питьевой воде не должна превышать 10,0 ммоль-экв/л. Жесткость воды выражается числом ммоль-экв кальция и магния в 1 л воды.

Общая жесткость определяется методом комплексонометрического титрования. Комплексонометрическое титрование основано на образовании комплексных соединений металлоионов с неорганическими и органическими лигандами. Наибольшее распространение получило комплексонометрическое титрование, в котором используют специальные реагенты - комплексоны - производные -аминополикарбоновых кислот. Чаще всего в качестве титранта применяют комплексон III - динатриевую соль этилендиаминтетрауксусной кислоты Na₂H₂Y - ЭДТА (торговое название - трилон Б).

Схематически образование комплексного соединения можно представить следующим образом:

Me²⁺ + H₂Y^2- = MeY^2- + 2H⁺;

Me³⁺ + H₂Y^2- = MeY^- + 2H⁺;

Me⁴⁺ + H₂Y^2- =MeY + 2H⁺.

Эти уравнения показывают, что один атом металла, независимо от его валентности, связывает одну молекулу комплексона. Титрование комплексоном III должно проводиться при определенном рН раствора, так как от этого зависит устойчивость комплекса, а также изменение окраски индикатора. Необходимое значение рН среды создают прибавлением буферных растворов. Для индикации конечной точки титрования в методе комплексонометрии применяют металлохромные индикаторы (Эриохром черный Т, мурексид, ксиленоловый оранжевый и др.). Эти индикаторы образуют с ионами металлов комплексы, менее устойчивые, чем комплекс иона металла с ЭДТА. Поэтому в конце титрования комплексон III вытесняет индикатор из его комплекса с металлом (металл связывается в более устойчивый комплекс с ЭДТА). Окраска при этом изменяется, раствор окрашивается в цвет, характерный для индикатора при данном рН раствора.