<
X
تبلیغات
پیکوفایل
رایتل
یکشنبه 11 اردیبهشت‌ماه سال 1390 @ 13:57

سختی آب و اثرات آن

سختی آب و اثرات آن
آب سخت

آب سخت آبی است که حاوی نمک‌های معدنی از قبیل ترکیبات کربنات‌های هیدروژنی ٬ کلسیم ٬ منیزیم و... 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 ، ناراحتیهایی 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.

املاح محلول در آب و اثرات آنها

املاح موثر در تولید سختی :

 Mg(OH)2, MgCO3, MgHCO3, Mg(NO3)2, MgCl2, MgSO4, Ca(OH)2, CaCO3, CaHCO3, Ca(NO3), CaCl2, CaSO4
املاح غیر تاثیر گذار در سختی:

K2SO4, KCl, KNO3, Na2SO4, NaCl, NaNO3

تاثیر قلیائیت در سختی آب

اگر قلیائیت کل آب ، مساوی یا بیشتر از سختی کل باشد، تمام سختی آب به صورت سختی کربناتی خواهد بود. در صورتی که که قلیائیت کل ، کمتر از سختی باشد، سختی کربناتی آب معادل قلیائیت بوده و سختی دائم ، اختلاف بین سختی کل و قلیائیت است.

واحدهای بکار رفته در سختی آب

در صورتی که مقادیر کاتیونهای مختلف برحسب میلی گرم بر لیتر (ppm) در دست باشد، معمولا جهت سهولت ، به کمک فاکتورهایی که از تقسیم وزن مولکولی کربنات کلسیم به وزن اتمی هر یک از عناصر بدست آمده ، کلیه این مقادیر برحسب کربنات کلسیم محاسبه و بیان می‌گردد. سختی آب ، معمولا بر حسب ppm یعنی mg/lit بیان می‌شود. علاوه بر این ، واحدهای آلمانی ، انگلیسی ، فرانسوی ، آمریکایی را نیز در بیان آن بکار می‌برند؛

هر یک از درجات فوق به ترتیب برابر 17.9 و 14.3 و 10 و 17.2 میلی گرم در لیتر کربنات کلسیم است.

اندازه گیری سختی آب

اندازه گیری سختی آب

سختی بطور عمده بر اساس دو فلز کلسیم و منیزیم سنجیده می شود. بطور کلی عوامل سختی کاتیون ها می باشند مانند آلومینیوم ، آهن ، منگنز و روی در سختی آب شرکت می کنند ولی کلسیم و منیزیم به مقدار زیاد وجود دارد و کاتیون های دیگر یا وجود ندارند یا به مقدار خیلی کم هستند.

سختی به صورت (ppm mg/lit) کربنات کلسیم اندازه گیری می شود.

انواع سختی

1-سختی کلسیم CaH               Calcium Hardness

2-سختی منیزیم MgH           Magnesium Hardness

3-سختی کل TH                           Total Hardness

4-سختی دائم                         Permanent Hardness

5-سختی موقت                       Temporary Hardness

سختی کل (TH) جمع مقدار کلسیم  (2+Ca) و منیزیم (2+Mg) می باشد.

سختی دائم یا سختی غیرکربناتی (Noncarbonated Hardness) شامل سختی بدون نمک های بی کربناتی (مانند کلرور ، سولفات و غیره) می باشد.

سختی موقت یا سختی کربناتی (carbonated Hardness) شامل بی کربنات کلسیم و منیزیم است و از تفاوت سختی کل (TH) و سختی دائم بدست می آید.

سختی کل با حرارت دادن از بین نمی رود ولی سختی موقت همانطور که از نام آن پیدا است با حرارت دادن از بین  میرود .

سختی موقت (سختی کربناتی ) که بی کربنات کلسیم و منیزیم است با حرارت یا ازدیاد pH می توان  آن راکاهش داد

حرارت     Ca2+ + 2 HCO3- →  CaCO3 + H2CO3

حرارت     Mg2+ + 2 HCO3- →  MgCO3 + H2CO3

PH ازدیاد    HCO3- + OH- →  H2O + CO32-

اساس روش اندازه گیری سختی کل (TH)

نمکهای کلسیم و منیزیم در PH=10 با EDTA ایجاد کمپلکس Mg+2 و Ca+2 می کند . کاتیونهای کلسیم و منیزیم در PH=10 با معرف اریو کرم بلک ایجاد رنگ قرمز می کند.  با تیتراسیون EDTA و تغییر رنگ از قرمز  به آبی می توان سختی کل را تعیین کرد . در صورتی که نرمالیته EDTA مصرفی 0.02 نرمال باشد:

TH(as CaCO3) = (V(m) EDTA × 1000)/V Sample

تنظیم pH در pH=10 به این علت است که کمپلکس Mg+2 و Ca+2 با EDTA در این PH پایدارتر است.

EDTA یا اتیلن دی آمین تترا استیک اسید دارای  فرمول زیر است.

EDTA بصورت H4Y و  -H3Y و  H2Y-2 و HY-3 وY-4 است. که در pH=10  بصورت HY-3 حدود 67 درصد و Y-4 حدود 33 درصد می باشد.
نقطه پایان تیتراسیون با EDTA

در سختی کل بعد از اضافه کردن بافر pH=10 و در سختی کلسیم پس از تنظیم pH در13-12 معرف را اضافه می کنند . معرف با کلسیم و منیزیم ایجاد کمپلکس می کند

Ca2+ + Ind    →      CaInd

Mg2+ + Ind     →       MgInd

با افزایش EDTA کمپلکس با فلز بوجود می آید.

Ca2+ + Y4- →  CaY2- 

Mg2+ + Y4- →  MgY2-

زمانی که کلسیم و منیزیم به طور کامل با EDTA کمپلکس تشکیل دادند EDTA سراغ کمپلکس CaInd وMgInd  می رود و آن را می شکند و ما تغییر رنگ را می بینیم.

CaInd + Y4- →   CaY2- + Ind-

CaInd + Y4- →  CaY2- + Ind-

در ایروکرم بلک تی زمانی که ایجاد کمپلکس با Ca+2 و Mg+2 کرد ایجاد رنگ قرمز می کند و زمانی که تیتراسیون به نقطه پایانی رسید به رنگ آبی در می آید.

MIn- + HY3- →    MY2- + HIn2-

معایب روش اندازه گیری سختی آب

1-مزاحمت یون های فلزی:

اکثر یون های فلزی در این آزمایش مزاحم هستند زیرا با EDTA تیتر می شوند و همچنین می توانند نقطه ختم عمل را بپوشانند. یون های فلزی مزاحم را می توان با اجسام Inhibitor قبل از تیتر کردن با EDTA رسوب یا به صورت یون های کمپلکس در آورد.

برای رفع مزاحمت آهن می توان از سیانور پتاسیم (KCN) استفاده کرد. سیانور پتاسیم با آهن ایجاد کمپلکس می کند که از کمپلکس با EDTA پایدارتر است.

سیانور پتاسیم خیلی سمی است بنابراین از محلول آن نباید استفاده کرد بلکه باید از پودر آن برای رفع مزاحمت آهن استفاده شود.

برای رفع مزاحمت سرب و روی از سولفید سدیم (Na2S) استفاده می شود که به صورت Na2S.5H2O یا Na2S.9H2O استفاده می شود. سولفید با روی و سرب ایجاد رسوب می کند:

Pb2+ + S2- →   PbS(S)

Zn2+ + S2- →  ZnS(S)

2-مزاحمت مواد آلی

مواد آلی ایجاد رنگ نموده و رنگ معرف را می پوشانند و برای حذف این مواد نمونه را در 550 درجه سانتیگراد کلسینه میکنیم. عمل کلسینه کردن باید بدون افزودن اسید سولفوریک باشد و فقط باید پیرولیز حرارتی انجام گیرد. برای اینکار 100 سی سی نمونه را حرارت داده تا خشک شود سپس در کوره الکتریکی در درجه حرارت 550 درجه سانتیگراد حرارت داده تا مواد آلی از بین بروند. سپس حدود 20 سی سی اسید کلریدریک 1 نرمال افزوده و با سود 1 نرمال خنثی می کنیم تا PH به 7 برسد. سپس حجم نمونه را با آب مقطر به 50 سی سی رسانده و بعد از سرد کردن طبق دستورالعمل ، سختی را اندازه گیری می کنیم.

3-مزاحمت مواد اکسید کننده

اکسید کننده ها رنگ معرف را از بین می برند. برای رفع این مزاحمت از احیا کننده هیدروکسید آمین هیدروکلرید (NH2OH.HCl) استفاده می کنند. این ماده رنگ معرف را حذف می کند ولی روی معرف تاثیری ندارد. 4.5 گرم هیدروکسید آمین هیدروکلرید را در 100 سی سی اتانول یا ایزوپروپیل الکل حل می کنند . یک سی سی از این محلول برای رفع مزاحمت مواد اکسید کننده و یا رنگ بری مواد آلی کافی است.

نکات:

اریو کرم بلک T ماده ای است که معمولا برای فهمیدن نقطه ی پایانی تیتراسیون کمپلکس سنجی برای اندازه گیری غلظت های کلسیم و منیزیم برای اندازه گیری سختی آب استفاده می شود. در این تیتراسیون از تیترازول EDTA استفاده می شود.

محلول موروکسید هم یک معرف دیگه هستش که باز هم در آزمایش مذکور استفاده می شود. کلا از این روش برای اندازه گیری غلظت یون های کلسیم و منیزیم در عصاره ی گیاهان یا آب سخت استفاده می شود.

EDTA بصورت H4Y و  -H3Y و  H2Y-2 و HY-3 وY-4 است. که در pH=10  بصورت HY-3 حدود 67 درصد و Y-4 حدود 33 درصد می باشد.

حالت فیزیکی و وضعیت ظاهری : کریستال ها یا پودر سفید رنگ.خطرات شیمیایی : این ماده به هنگام حرارت دادن به بخارات سمی اکسیدهای ازت تجزیه می گردد. با اکسید کننده های قوی، بازهای قوی، مس، آلیاژهای مس و نیکل وارد واکنش می شود.

راه های مواجهه :
این ماده می تواند از طریق استنشاق آئروسول های آن و از طریق گوارشی جذب بدن شود.

خطرات استنشاق :
تبخیراین ماده در ٢٠ درجه سانتیگراد بسیار جزئی است، اما به هر حال غلظت ذرات موجود در هوای این ماده می تواند به سرعت به حد آزار دهنده برسد.

اثرات مواجهه کوتاه مدت :
این ماده چشم ها، پوست و دستگاه تنفسی را تحریک می نماید. ممکن است تاثیراتی بر کلیه ها داشته باشد.

نامهای تجاری :  تریلون - تیتروپلکس - اسید ورسن