تحقیق مقاله رایگان تعیین سختی آب

هدف از انجام این آزمایش به دست آوردن سختی آب و مقدار یون های کلسیم و منیزیم در آب میباشد .

وسایل آزمایش :

1-          ارلن

2-          محلول EDTA

3-          مقداری HCl

4-          محلول بافر با PH=10

5-          اسپاتول

6-          مقداری NaOH

7-          آب شهر

8-          شناساگر کالگن

9-          پودر موراکساید

توضیح در مورد آزمایش :

آبی که در طبیعت وجود دارد تقریبا همیشه ناخالص می‌باشد. زیرا که اغلب دارای گچ ، آهک ، نمک طعام ، ترکیبات منیزیم ، آهن ، اکسیژن و ازت ، انیدرید کربنیک ، ترکیبات آلی و غیره است و مقدار این اجسام در آبهای مختلف متفاوت است. در آب اجسام دیگری مانند گل و لای و غیره هستند که معلق می‌باشند و مقداری باکتری هم در آبها یافت می‌شود.

آب سخت ، آبی است که در آن کلسیم هیدروکربنات و منیزیم و گچ موجود باشد. اما به طور کلی آب سخت آبی است که دارای مقادیر قابل توجهی از یونهای +Fe2 یا + Ca2 یا + Mg2 باشد. صابون معمولی در آب سخت کف نمی کند، زیرا این یونها با آنیون صابون تشکیل رسوب می دهد. آب سخت در دیگهای بخار باعث ایجاد اختلال در کار می شوند. آب دارای دو سختی است یکی موقت دیگری دائم .

سختی موقت به خاطر وجود کربناتهای کلسیم و منیزیم و آهن می باشد. برای از میان بردن این سختی آب را می جوشانند تا به صورت کربنات رسوب کند به این علت به آن سختی موقت گویند .

سختی دائم مربوط به دیگر املاح کلسیم و منیزیم مثل نمکهای سولفات ها، کلرید یا نیترات آنهاست. درواقع 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.

به مجموعه سختی دائم و موقت سختی کل گفته میشود.

چون غلظت این نمکها بسیار کم است از واحد m eqgram/lit که معادل یک هزارم نرمال است استفاده می شود. واحد رایج دیگر PPm است.که ما هم در آزمایش خود از واحد PPm استفاده خواهیم کرد.

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. معمولا سختی آبها در فصل باران کم و در فصل خشکی زیاد می‌شود.

درجه سختی آب را معمولا از روی مقدار کلسیم و منیزیم موجود در آن تعیین می‌کنند .  روش های شیمیایی دیگری هم وجود دارد که ما در آزمایش خود کاری به آنها نداریم و بر حسب وجود مقادیر منیزیم و کلسیم درجه سختی را مشخص میکنیم .

مبنای این آزمایش بر روش تیتراسیون است و ما در این آزمایش ماده ی EDTA را با آب توسط شناساگر ها تیتر میکنیم و با توجه به مقدار EDTA مصرفی ، که تعیین شده هر cc از این ماده چه مقدار سختی را نشان میدهد مقدار سختی را مشخص میکنیم .

روش انجام آزمایش :

ابتدا به مقدار مشخص 100cc آب شهر درون ارلن میریزیم. سپس به مقدار 5cc محلول بافر به  PH=10 به آن اضافه میکنیم این کار به این دلیل انجام میشود که چون محلول EDTA خاصیتی اسیدی دارد باید با یک باز خنثی شود به همین دلیل مقداری ماده ی قلیایی به آب اضافه میکنیم .

و بعد از آن مقداری در حدود 4 قطره شناساگر کالگن به آن اضافه میکنیم بعد از اضافه کردن شناساگر محلول ما قرمز رنگ میشود این کار به این منظور انجام میشود که در تیتر کردن دو ماده ما بتوانیم به طور دقیقتری نقطه ی هم ارزی را مشخص کنیم.

درون بورت را از ماده ی EDTA پر میکنیم و شروع به تیتر کردن میکنیم. ارلن را با یک دست زیر شیر بورت تکان میدهیم و با دست دیگر شیر بورت را آرام آرام باز میکنیم. در حین تیتراسیون یون های کلسیم و منیزیم با EDTA ترکیب میشوند و در اولین لحظه ای که تغییر رنگ را مشاهده کردیم تیتر کردن را متوقف میکنیم .

مشاهده میشود که مقدار 9cc از ماده ی EDTA با آب تیتر شده است . طبق اطلاعاتی که در اختیار ما گذاشته شده هر cc که از ماده ی EDTAدر تیتراسیون مصرف میشود نشان دهنده ی این است که 4 میلی گرم کلسیم و منیزیم در آب وجود دارد. و چون ما 9cc مصرف کردیم مقدار کلسیم و منیزیم موجود در آب 36 میلی گرم میباشد .

این مقدار کلسیم و منیزیم در 100cc آب وجود دارد اما چون ما میخواهیم سختی را بر حسب PPm بیان کنیم باید همین مقدار را در 1lit آب یا  1000ccآب مشخص کنیم .

با تناسب بندی میگوییم که در 100cc آب 36 میلی گرم وجود دارد  پس در 1000ccبه مقدار 360 میلی گرم کلسیم و منیزیم وجود دارد.

در نتیجه ما به مقدار 360PPm برای مقدار سختی آب رسیدیم.

حالا میخواهیم مقدار منیزیم و کلسیم را به طور جداگانه به دست بیاوریم. برای به دست آوردن مقدار یون کلسیم ابتدا باید مقدار یون منیزیم را به دست آوریم و مزاحمت این یون را از بین ببریم سپس مقدار یون کلسیم را حساب کنیم . پس ابتدا مقدار منیزیم را مشخص میکنیم.

برای به دست آوردن مقدار یون منیزیم ابتدا 100cc آب شهر را درون ارلن میریزیم و سپس 2cc از ماده ی قلیایی  NaOHبا نرمالیته ی 1/0 را به آن اضافه میکنیم. با این کار ما PH محلول خود را به 12 میرسانیم . سپس با نوک اسپاتول مقداری پودر موراکساید به آن اضافه میکنیم. و بعد از آن چند قطره کالگن در آن میریزیم که ماده به رنگ قرمز در می آید . حالا ارلن را زیر بورت که از EDTA پر شده است میگیریم و شروع به تیتر کردن میکنیم.

در اولین لحظه ای که تغییر رنگ مشاهده شد تیتر کردن را متوقف میکنیم. مشاهده میشود که به مقدار 5ccاز ماده EDTA در عمل تیتر کردن مصرف شده است .

طبق اطلاعاتی که در اختیار ما گذاشته شده است هر cc که از ماده ی EDTA تیتر میشود نشان دهنده ی این است که 008/4 میلی گرم یون منیزیم در آب وجود دارد. و چون 5cc از EDTA مصرف شده نتیجه میگیریم که 04/20 میلی گرم منیزیم در آب وجود دارد .

برای به دست آوردن اینکه در یک لیتر آب چقدر منیزیم وجود دارد کافیست که جوابمان را ضرب در عدد 10 کنیم که دلیلش این است که ما ، در 100cc آب 04/20 میلی گرم منیزیم داریم پس در 1000cc آب 4/200 میلی گرم منیزیم داریم.

حال که مقدار منیزیم مشخص شد باید ماده ای که در آزمایش بالا به دست آوردیم که قاعدتا باید ماده ای قلیایی باشد را را به وسیله ی HCl که اسید است خنثی میکنیم .

برای اینکه تشخیص بدهیم ماده خنثی شده و PH  آن به عدد 7 رسیده یا نه از کاغذ تورنسل استفاده میکنیم. بعد از اضافه کردن تقریبا 2cc از HCl ماده خنثی میشود.

بعد از اینکه به ماده حاصل مورکساید و کالگن اضافه کردیم مجددا با ماده ی EDTA که داخل بورت ریخته ایم تیتر میکنیم.در تیتر کردن در این مرحله تغییر رنگ به صورت بسیار جزئی اتفاق می افتد پس باید خیلی دقت کرد گروه ما بارها این مرحله را انجام داد چون که از نقطه ی هم ارزی میگذشتیم و مجبور میشدیم مجددا تمام مراحل را از اول انجام بدهیم . پس از چند بار که عمل تیتر کردن را انجام دادیم به مقدار 6/5cc برای  EDTA که در آزمایش مصرف شده رسیدیم.

طبق اطلاعاتی که به ما داده شده است هر cc که از EDTA مصرف شده نشان دهنده ی این است که 43/2 میلی گرم یون کلسیم در آب وجود دارد.

در نتیجه ما مقدار 8/15 میلی گرم کلسیم در آب داریم . اما مقدار کلسیم حاصل شده در 100cc آب است  و برای به دست آوردن مقدار کلسیم در یک لیتر کافیست مقدار حاصله را در عدد 10 ضرب کنیم.

در پایان به این نتیجه میرسیم که در هر لیتر آب به مقدار 158 میلی گرم یون + Ca2 وجود دارد.