تعیین و محاسبه سختی آب

مقدمه
آب سخـت آبـی اسـت کـه حـاوی گـچ ، آهـک و دیــگر املاح محلول می بـاشـد. در آب سـخـت سـطـــح برخی از املاح مـعـدنی مـحـلـول در آب بیـشـــتر است. این املاح معدنی عمدتا شامل کربنات کلسیم و کربنات منیزیم می باشند.اما املاحی مانند بی کربناتها، سولفاتها و سیلیکات ها وهــمچنین آهن و منگنز را نیز در برمیگیرد. با آنکه نوشیدن آب سـخـت مشـکل خـاصـی بـرای سـلامـتـی شـما ایجادنمی کنـد (جـز آنـکه میتواند تشکیل سنگ کلیه را افزایش دهـد) چــه بسا ممکن است در برخی موارد مزیتهایی نیزداشـتــه باشد (مثلا شکستگی استخوانها سریعتر جوشمی خـورند و یا خوردگی را در لوله ها به حداقل میرساند)

ابی که در طبیعت وجود دارد تقریبا همیشه ناخالص است .هیچ کدام از ما در پاکی و تمیزی اب باران شک نداریم . ابی که تمام مواد آن محلول و معلق طی تشکیل ابر جدا شده حین نزول به صورت باران مقداری از CO₂ هوا را در خود حل می کند و به صورت یک اسید ضعیف که ph آن از 7 کمتر است در می اید.

این اب هنگام عبور از سنگ های زیر زمینی یونهایی مانند Fe²⁺، Ca²⁺، Mg²⁺ را در خود حل می کند که باعث آلوده شدن طبیعی اب می شود.

وجود املاح گفته شده در اب باعث می شود صابون معمولی در ان کف نکند .از این رو این اب ها را اب سخت نام گذاری می کنند.

بر حسب آنکه آب در موقع نفوذ در زمین از قشرهای آهکی و منیزیمی و گچی گذشته و یا نگذشته باشد سختی آب کم یا زیاد می‌شود. آبهای نواحی آهکی سختی زیادتری تا آبهای نواحی گرانیتی و یا شنی دارند. سختی آب در عرض سال هم ممکن است تغییر نماید. معمولاً سختی آبها در فصل باران کم و در فصل خشکی زیاد می‌شود. و بعضی مواقع هم در فصول پر باران و مرطوب مثل غار ها ایجاد شود

انواع سختی اب

سختی موقت : سختی موقت (Temporary Hardner) را سختی کربناتی (Carbonate Hardner) نیز می‌نامند.این سختی ،مولود بی کربنات کلسیم و منیزیم است که عمدتا به کمک حرارت و یا ازدیاد PH کاهش می یابد سختی موقت به خاطر وجود کربناتهای کلسیم و منیزیم و اهن می باشد برای از میان بردن این سختی آب را می جوشانند تا به صورت کربنات رسوب کند به این علت به ان سختی موقت می گویند.

Ca(HCO₃)₂ → CaCO₃+ CO₂+ H2

Mg(HCO₃)₂ → MgCO₃+ Mg(OH)₂ + 3 CO₂+ H₂O

سختی دائم : (NoncarbonateHardner) را سختی غیر کربناتی (permanent Hardner)نیز می نامند . این سختی ، با حرارت دادن قابل حذف نیست سختی دائم مربوط به دیگر املاح کلسیم و منیزیم مثل نمکهای سولفات ها ، کلرید یا نیترات انهاست . در واقع تنها نمکهای کربنات این یونها با جوشاندن ته نشین می شوند و دیگر نمکهای این یونها مانند نمکهایی با بنیان سولفات، کلرید و نیترات با جوشاندن از محلول خارج نمی شوند. این نمکها در لوله های دیگهای بخار ایجاد خوردگی می کند. برای حذف این گونه ها از روشهای شیمیایی استفاده می شود.برای از بین بردن سختی دایم آب کافی است یون های عامل سختی را به گونه ای ته نشین کرد

(عامل سختی دایم )Ca²⁺⁺کلسیم کربنات (نامحلول) سدیم کربنات Na⁺. + 2

سختی کل:مجموع سختی های موقتی و دائمی را سختی کل گویند. چون غلظت این نمکها بسیار کم است از واحدPpm که معادل یک هزارم نرمال است استفاده می شود واحد رایج دیگر m eqgram/lit است .

اهمیت سختی آب

مقدار سختی آب ، علاوه بر اینکه در آبهای صنعتی اهمیت وافر دارد، از نظر بهداشت عمومی نیز اهمیت خاصی دارد. کلسیم که یکی از عوامل سختی آب است، در رشد استخوان و حفظ تعادل بدن دخالت داشته، ولی به همان اندازه ، سولفات کلسیم به علت کمی قابلیت هضم ، ناراحتی هایی در دستگاه هاضمه بوجود میآورد.
گاهی توصیه میشود که جهت تامین بهداشت و سلامت مصرف کنندگان ، آهک به آب آشامیدنی افزوده شود. بعضی دانشمندان معتقدند، بهتر است کلسیم و منیزیم لازم بدن توسط غذا تامین شود و حتیالامکان از آبهای سبک برای شرب استفاده شود. باید توجه داشت که بدن نسبت به سنگینی موجود در آب مورد مصرف

خود حساسیت دارد، چنانچه این نوشیدنی تغییر یابد، ممکن است در دستگاه گوارش ایجاد اخلال نماید و این موضوع را به اصطلاح آب به آب شدن میگویند.

هدف آزمایش:

اشنایی با سختی اب و چگونگی محاسبه ان

مواد و وسایل مورد نیاز

ارلن 50 و250 میلی لیتری سدیم کربنات

بورت کلرید ریک اسید 0.2 نرمال

قیف شیشه ای شناساگر متیل اورانژ

کاغذ صافی اب مقطر

پیت

شرح آزمایش :

الف) اندازه گیری سختی دائم

2H₂O(l)+Na₂CO₃(aq) → 2NaOH(s) + H₂O(g) + CO₂(g)

NaOH(g) + H₂O(l)→ CaCO₃(s)+ MgCO₃(s) + Na₂CO₃(aq)

Na₂CO₃(aq) +HCl (aq)→NaCl + HCO₃

ابتدا 100 میلی لیتر آب شیر را داخل یک ارلن ریخته و توسط پیپت 20میلی لیتر محلول سدیم کربنات 0.1 نرمال به ان اضافه می کنیم سپس محلول را حرارت می دهیم تا خشک شود انگاه 20 میلی لیتر آب مقطر به ان می افزاییم و هم میزنیم مواد نامحلول موجود در محلول کربنات کلسیم و منیزیم می باشد و کربنات سدیم اضافی در محلول حل شده است حال محلول راصاف کرده و به محلول زیر صافی 2 قطره متیل اورانژ (برای تشخیص نقطه پایانی ) اضافه می کنیم که محلول به رنگ نارنجی کم رنگی تغییر می کند سپس به وسیله بورت با اسید کلریدریک 0.2 نرمال تیتر می کنیم تا زمانی که رنگ محلول به صورتی تغییر یابد انگاه حجم مصرفی را یادداشت میکنیم که در آزمایش ما برابر با 21.5 است .

N_a×V_a= N_b×V_b

21.5 N_b

N_b=0.215

حال با پیپت 20 میلی لیتر از همان محلول سدیم کربنات را در ارلن مایر 50 میلی لیتری می ریزیم و 3قطره شناساگر متیل اورانژ اضافه می کنیم و به وسیله بورت با اسید کلریدریک 0.2 نرمال تیتر می کنیم تا صورتی رنگ شود انگاه حجم مصرفی را یادداشت می کنیم که در آزمایش ما برابر با 23.5است.

23.5× 0.2 = 20 ×N_b

N_b =0.235

اختلاف حجم مصرفی بین₁Vو ₂Vبه خاطر تفاوت در میزان کربنات کلسیم و منیزیم می باشد که در مرحله اول از محلول خارج کردیم و بااین کار سختی موقت اب را از بین بردیم

ب) اندازه گیری سختی موقت

100 میلی لیتر ای شیر را داخل ارلن مایر 250 میلی لیتری ریخته و 3 قطره متیل اورانژ به ان می افزاییم سپس با کلرید ریک 0.2 نرمال تیتر می کنیم تا زمانی که رنگ محلول به صورتی تغییر یابد. حجم اسید مصرف شده 1.5 میلی لیتر می باشد .

1.5 × 0.2 = 100 × N_b

N_b =0.003

محاسبه سختی موقت ، دائم و کل

سختی دائم:256=(40 + 24 )(23.5- 21.5) ×10 ×0.2×

سختی موقت : 192=40 + 24 )) 1.5 ×10 × 0.2 ×

سختی کل:192 + 256 = 448

در نتیجه اب از نوع خیلی سفت می باشد