اندازه گیری سختی آب (اندازه گیری کلسیم و منیزیم به روش کمپلکسومت

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.

زیانهای سختی آب:

١. ایجاد سوء هاضمه.

٢. کدر کردن آب جوش.

٣. گوارایی آب را کم میکند.

٤. دیر شدن پخت و پز به ویژه در مورد حبوبات و سبزیجات.

٥. سختی آب در واکنش با صابون، رسوبهایی ایجاد میکند که در منافذ پوست باقی می‌ مانند و باعث زبری پوست میشوند.

٦. ایجاد رسوب و اتلاف انرژی در لوله و دستگاههایی که آب گرم دارند.

٧. مصرف پاک کننده بیشتر برای شستشو.

نمکهای کلسیم و منیزیم موجب سختی آب شده و در هنگام شست و شو تولید صابونهای نامحلول می کند که معمولاً از نوع اولئات  ها و استئارات های کلسیم و منیزیم می باشند. صابونهای نامحلول حاصل در پارچه رسوب کرده و زیر دست را خشن میکند و از سوی دیگر  به صورت نایکنواخت رسوب کرده و در نتیجه باعث نایکنواختی رنگرزی می شود. بعلاوه یونهای کلسیم و منیزیم میتوانند بعضی از رنگها را از محیط عمل خارج کرده و رسوب دهند.

سختی کل آب را به دو دسته تقسیم می کنند: کربنات های کلسیم و منیزیم در آب نامحلول  می باشند ولی زمانی که دی اکسید کربن در کنار آنها قرار میگیرد آنها را به صورت بیکربنات های محلول در آب در می آورد. حال اگر با جوشاندن دی اکسید کربن را از آب خارج کنیم  بیکربنات های محلول مجدداً به صورت کربنات نامحلول در آمده و رسوب می کنند و از آب خارج می شوند. به این دسته از مواد موجود در آب که با جوشاندن خارج می شوند سختی موقت گویند. مابقی نمکهای منیزیم و کلسیم باقی مانده در آب که با جوشاندن از بین نمی روند را سختی دائم گویند. این مواد کلرور ها ، سولفات ها و یا نیترات های کلسیم و منیزیم میباشد.

آب را می توان از لحاظ سختی مطابق جدول زیر به گروه های گوناگون تقسیم بندی کرد.

جدول شماره ١

آب نرم	Hardness =< 50
نسبتا نرم	50 < Hardness <100
کمی سخت	100 < Hardness <150
نسبتا سخت	150 < Hardness 250
سخت	250 < Hardness 350
بسیار سخت	350 < Hardness

به منظور اندازه گیری یونهای کلسیم و منیزیم موجود در آب ابتدا با کمک هیدروکسید آمونیوم  pH  محیط را به ١٠ رسانده و سپس  معرف اریوکروم را به آن اضافه می کنیم. اگر هیچ یون فلزی از کلسیم و منیزیم در آب موجود نباشد این معرف در این شرایط به رنگ آبی است ولی کمپلکس های فلزی آن به رنگ قرمز شرابی و یا نارنجی میباشند. پس اگر رنگ محیط قرمز شود یونهای فلزی در آن وجود دارد. اگر به چنین محلول قرمز رنگی محلول EDTA اضافه شود ابتدا با کلسیم سپس منیزیم  متصل به اریوکروم  کمپلکس تشکیل داده و از آنجایی که این کمپلکس ها از کمپلکس های فلز با رنگ پایدار تر هستند اریوکرم  کاملاً از قید یونهای فلزی  آزاد شده و آبی می شود .پس لحظه آبی شدن محلول زمانی است که تمامی یونهای فلزی با EDTA  واکنش داده اند. از آنجایی که تشکیل کمپلکس کلسیم و منیزیم محیط را اسیدی میکند به منظور حفظ pH   محیط بین ٩ تا ١٠ که در آن معرف آبی رنگ است از هیدروکسید آمونیوم و یا محلول بافر کلرور آمونیوم استفاده میشود.

شرح آزمایش

تعیین سختی کل

مواد و وسایل مورد نیاز: محلول بافر، محلول بازدارنده سدیم سولفید، معرف EBT، محلول EDTA ٠١/٠ مولار، آب نمونه، آب دوبار تقطیر شده،دی اتیل آمین،معرف کالکن، بورت، ارلن، پیپت حبابدار و...

ابتدا با پبپت حبابدار مقدار ٢٠ میلی لیتر آب نمونه (آب شهر) را به داخل ارلن ریخته و توسط آب دوبار تقطیر شده و تا حجم ٨٠ میلی لیتر رقیق می نماییم، بهتر است که این محلول را تا دمای حدود ٤٠ درجه سانتی گراد گرم کنیم، بعد از اینکه محلول را گرم کردیم ٢ میلی لیتر محلول بافر، ٢ میلی لیتر محلول بازدارنده و ٦  قطره معرف EBT افزوده و فورا با محلول استاندارد EDTA ٠١/٠ مولار که از قبل آماده کرده و داخل بورت ریخته شده تا ظهور رنگ آبی تیتر می کنیم. در اینجا مقدار EDTA  مصرفی برابر ٨٠/١٨ میلی لیتر بود(V₁=18.80 )

برای تعییین سختی کل می توان از رابطه زیر استفاده کرد:

(V_EDTA)(F_EDTA)(100)(1000) / V_sample = Hardness       (1)

V_Sample : حجم آب نمونه

F_EDTA : غلظت EDTA

تعیین میزان کلسیم در آب سخت در حضور منیزیم

مطابق آزمایش قبل ٢٠ میلی لیتر آب نمونه را در ارلن تا حجم ٨٠ میلی لیتر  رقیق می کنیم. این بار ٥ میلی لیتر دی اتیل آمین اضافه می کنیم تا pH به ٥/١٢ برسد. سپس ١ میلی لیتر محلول بازدارنده سدیم سولفید و ٦ قطره معرف کالکن اضافه کرده و با محلول استاندارد EDTA تیتراسیون را آغاز کرده تا ظهور رنگ آب تیتراسیون را ادامه می دهیم. این بار حجم EDTA  مصرفی برابر ٣/١٣ میلی لیتر بود. (V₂=13.30)

می توان با استفاده از روابط ٢ و ٣ میزان کلسیم و منیزیم موجود در آب را محاسبه نمود.

Ca (mg) = V₂ (0.4008)          (2)

Mg (mg) = (V₁-V₂)(02432)           (3)

با توجه به محاسبات و نتایج بدست آمده و همچنین جدول شماره ١ می توان گفت که آب نمونه مورد استفاده در این آزمایش در گروه آب های بسیار سخت قرار دارد. (سختی کل=٩٥٠)