Determinarea aciditatii si alcalinitatii apei

Determinarea aciditatii si alcalinitatii

1.Analiza Apelor

Apa naturala este un sistem dispers complex, care contine o mare varietate de impuritati in suspensie, dispersate coloidal sau dizolvate. In apa naturala pot fi dizolvate:

a) gaze: O2, N2, CO2, iar in regiunile industriale cantitati variabile de NO2, SO2, HCl etc. (agenti poluanti);

b) saruri minerale: saruri solubile de calciu, magneziu, potasiu, sodiu,fier,amoniu etc.;

c) compusi organici proveniti din descompunerea aeroba sau anaeroba a resturilor animale si vegetale. In plus mai apar:

particule in stare coloidala: saruri hidrolizate de aluminiu, fier, silicati, unii compusi organici macromoleculari;

particule insolubile aflate in suspensie (dispersie grosiera): nisip, argila, resturi vegetale sau animale.

In functie de destinatia unei ape (potabila, industriala, materie prima sau auxiliara in industria chimica, alimentara, constructii etc.), aceasta trebuie sa indeplineasca anumite conditii de calitate prevazute de standarde pentru fiecare caz in parte. Dupa domeniul de utilizare, apele se clasifica in:

- ape potabile;

- ape industriale:

- ape tehnologice (de fabricatie);

- ape de alimentare a cazanelor de aburi;

- ape reziduale, rezultate dupa folosirea apelor industriale si potabile.

Apele reziduale, bogate in substante nocive (microorganisme, saruri, acizi etc.), inainte de a fi deversate in rauri, trebuie epurate spre a le face inofensive pentru flora si fauna acvatica.

In studiul apelor se urmareste calitativ si cantitativ: aspectul, culoarea, aciditatea sau alcalinitatea, prezenta unor saruri dizolvate si duritat

2.Determinarea alcalinitatii apelor

Alcalinitatea apei se datoreaza prezentei bicarbonatilor, carbonatilor si hidroxizilor (mai rar fosfatilor si silicatilor) - saruri cu hidroliza bazica- si se exprima, , in val/l. Determinarea se face prin titrare cu solutie de HCl 0,1n (sau alt acid tare) in prezenta unui indicator (fenolftaleina sau metilorange).

Principiul metodei:neutralizarea unei cantitati de apa de neutralizat cu un acid diluat in prezenta de indicator.

Alcalinitatea detreminata in prezenta fenoftaleinei (pH=8,2) constituie alcalinitatea permanenta si este data de bazele libere si de carbonatii alcalini:

NaOH+HCl=NaCl+H₂O

K₂CO₃+HCl=KHCO₃+H₂O

Alcalinitatea determinata in prezenta metiloranjului (pH=4,4) constituie alcalinitatea totala si este data de bazele libere,carbonatilor si bicarbonatilor alcalini.

NaOH+HCl=KHCO₃+H₂O

K₂CO₃+HCl=KHCO₃+H₂O

Ca(HCO₃)₂+HCl=CaCl₂+2H₂CO₃

Iterferenta determinarea este interferata de prezenta clorului rezdual care este indepartat prin tratarea apei de amalizat cu cateva picaturi de tiosulfat de sodium 0,1 N.

Recoltarea probei: se face flacoane de polietilena, care vor fi pastrate la rece pana se vor lua in lucru, determinarea efectuandu-se in prima zi de recoltare.

Reactivi: - acid clorhidric, 0,1 N

fenolftaleina, solutie 1 % in alcool etilic 70%.

Metiloranj 0,1% in apa

Tiosulfat de sodiu 0,1 N

Modul de lucru se ia 100 ml apa de amalizat si se introduc intr-un pahar de titrare, peste care se adauga 2 picaturi de fenolftaleina. Daca nu apare coloratia roz, alcalinitatea permanenta este 0 ( pH-ul apei este sub 8,2 ) .In cazul aparitiei coloratiei roz, proba se titreaza cu HCl 0,1 N pana la incolor si se obtine alcalinitatea permanenta.

Calcul : In ml HCl /dm³ = f.

V = ml HCl 0,1 N folositi la titrare

F factorul acidului clorhidric .01 N

Daca in prezenta fenolftalinei nu a aparut coloratia roz se trece la determinarea alcalinitati totale folosind ca indicator metiloranjul. Se masoara 100 ml apa de analizat intru-un flacon Erlenmayer, se adauga 2-3 picaturi de metiloranj si se titreaza cu HCl 0,1N pana ce culoarea vireaza de la galben - citriu la galben - portocaliu .

3 Determinarea aciditatii apei

Aciditatea apei se datoreaza dioxidului de carbon liber, acizilor minerali si sarurilor acizilor tari cu baze slabe si se exprima in val/l.Determinarea se face prin titrare cu NaOH 0,1n in prezenta indicatorilor fenolftaleina sau metilorange Aciditatea surselor naturale de apa este foarte putin posibila prezenta ei indicand o poluare cu apre reziduale.

Principiul metodei : neutralizarea probei de apa cu o baza in prezenta unui indicator.

Aciditatea determinata in prezenta fenolftaleinei constituie aciditatea totala si se datoreaza prezentei bioxidului de carbon liber.

Aciditatea determinata in prezenta metiloranjului constituie aciditatea reala datorita prezentei acizilor minerali

Interferente clorul rezidual interfereaza in determinare si se inlatura cu cateva picaturi de tiosulfat de sodiu 0,1 N

Reactivii: - hidroxid de sodiu 0,1 N

fenolftaleina 1% im alcool 70%

metiloraj 0,1 %      

Mod de lucru : Pentru determinarea aciditati totale se iau 100 ml apa de analizat intru-un flacon Erlenmyer si se triteaza cu solutia de NaOH 0,1 in prezenta a 2 picaturi de fenolftaleina pana la aparitia coloratiei roz persistente

Calcul ml MaOH/dm³= Vf

V - ml NaOH 0,1 N folositi la titrare

F - factorul solutiei de NaOH 0,1 N

Daca apa de amalizat are pH-ul mai mare de 4,5 aciditatea datorata acizilor minerali este 0 .In cazul cand ph -ul este sub 4,5 aciditatea reala se determina astfel : se ia 100 ml apa de analizat si se adauga 2-3 picaturi de metiloraj si se titreaza cu NaOH 0,1 N pana ce coloratia galben-portocaliu vireaza spre galben- citriu.

4 Determinarea duritatii apei

Duritatea apei reprezinta suma cationilor metalici prezenti in apa(in afara cationilor metalelor alcaline), exprimati prin concentratiileechivalente in oxid de calciu. Aceasta se numeste si duritate totala aapei si se noteaza dT. La randul ei, duritatea se imparte in doua categorii:

duritate temporara (dtp) sau carbonatica, carereprezinta continutul in ioni de calciu si magneziu corespunzatorbicarbonatilor, HCO3-;

duritate permanenta (dp) sau necarbonatica, carereprezinta conti-nutul tuturor celorlalte saruri de calciu si magneziu, inafara de bicarbonati (cloruri, sulfati, azotati etc.).Suma acestora reprezinta duritatea totala (dT) a apei:

dT = dtp + dp (1)

Sarurile care confera duritatea temporara (bicarbonatii de calciu si magneziu) precipita la fierbere, datorita descompunerii cu depunere de arbonati insolubili:

Ca(HCO3)2 CaCO3 + H2O + CO2

Mg(HCO3)2 MgCO3 + H2O + CO2

Sarurile care dau duritatea permanenta nu se depun decat in urma evaporarii apei, cand produsul lor de solubilitate este depasit. Duritatea apei se exprima in grade de duritate (od) sau in miliechivalenti-gram/l (mval/l Un grad de duritate reprezinta concentratia de saruri echivalenta cu 10 mg oxid de calciu pentru un litru de apa. Acesta corespunde gradului german de duritate, care este adoptat de standardele romanesti.

Determinarea duritatii temporare

Duritatea temporara (dtp), echivalenta cu alcalinitatea totala (m), se determina prin dozarea volumetrica (titrarea) bicarbonatilor de calciu si magneziu din apa cu un acid tare (HCl sau H2SO4) in prezenta de metilorange la pH = 4,5 (virajul culorii de la galben la rosu portocaliu), conform ecuatiilor:

Ca(HCO3)2 + 2HCl CaCl2 + 2H2O + 2CO2

Mg(HCO3)2 + 2HCl MgCl2 + 2H2O + 2CO2

Rezulta ca, pentru un echivalent de acid, corespunde un echivalent de bicarbonat, adica un echivalent de CaO. Calculul se bazeaza pe urmatorul rationament:

1000 ml solutie de HCl 1n contin 36,50 g HCl, echi, 28g CaO

1000 ml solutie de HCl 0,1n g HCl, echi, 2,8 g CaO

Asadar, 1 ml HCl 0,1n este echivalent cu 2,8 mg CaO.

La dozare se consuma v ml solutie HCl 0,1n pentru 100 ml apa (volumul unei probe), deci pentru calculul duritatii se va lucra cu produsul 10v, corespunzand la 1000 ml. Insa 1 od = 10 mg de CaO/l , deci trebuie impartita cantitatea de oxid de calciu, corespunzatoare la un

litru, cu 10. Astfel, duritatea temporara (dtp) va fi: dtp = 10vf2,8/10 [ od] = vf2,8[ od,] (2)

unde: f = Tr/Tt este factorul de corectie al solutiei 0,1n de HCl, raportul dintre titrul real si cel teoretic (vezi factorul, relatia (8), Solutii).

Determinarea duritatii totale

Duritatea totala dt) se determina prin titrarea cationilor cu complexon III Na2H2Y (sarea disodica a acidului etilendiaminotetraacetic - EDTA). Acesta formeaza cu cationii bivalenti (Mg2+, Ca2+, Fe2+ etc.) complecsi interni foarte stabili, dar solubili datorita gruparilor

ionizate, conform ecuatiei: Titrarea se face utilizand ca indicator "negru eriocrom T", care

are proprietatea de a forma si el complecsi cu cationii bivalenti, dar mai putin stabili decat complexonul III. Adaugand indicator in apa de analizat se formeaza complecsi de culoare violeta. In urma titrarii cu complexon III, cationii bivalenti reactioneaza cu complexonul III pana la epuizare, fiind eliberat eriocromul T. La punctul de echivalenta culoarea se

schimba din violet in albastru (culoarea eriocromului T liber in mediu bazic). Duritatea totala dT se calculeaza tinand seama ca: 1 ml complexon III 0,1n este echivalent cu 2,8 od,

deci: dT = 2,8v', (3) unde: v' este volumul solutiei de complexon III folosit la titrarea unei

probe de 100 ml apa.

5 Dedurizarea apei

Una din cele mai utilizate cai de dedurizare a apei, in zilele noastre, se bazeaza pe utilizarea rasinilor schimbatoare de ioni. Acestea sunt substante macromoleculare, de structura si compozitie foarte diversa, avand in molecule grupe functionale capabile de schimb ionic.

Se utilizeaza practic doua tipuri de rasini: cationitii si anionitii. Cationitii (rasini schimbatoare de cationi) contin grupari functionale acide ca: -SO3H (denumite grupe sulfonice), -COOH (carboxilice) sau -OH (fenolice) care schimba reversibil ionul H+ cu cationii din apa conform echilibrului reversibil:

RH + MX RM + HX

Se observa ca ionii metalici se fixeaza pe rasina, eliberand in solutie o cantitate echivalenta de protoni (H+), care aciduleza solutia. Acidul rezultat se poate titra cu o solutie de NaOH 0,1n in prezenta de fenolftaleina, dupa o prealabila fierbere a apei. Din volumul de NaOH

n folosit la titrare se poate calcula aciditatea apei decationizate. Aceasta reprezinta o masura a gradului de mineralizare a apei, cu conditia ca decationizarea sa fie totala. Aciditatea apei decationizate se calculeaza stiind ca :

1 ml NaOH 0,1n, consumat = 1 miliechivalent/l = 1 mval/l.

f 'v' ml NaOH 0,1n, consumati corespund la ..y mval/l

Rezultatul, exprimat in mval/l reprezinta aciditatea, dar aceasta nu este echivalenta cu mineralitatea totala a apei ( f este factorul solutiei de NaOH 0,1 n care se calculeaza: f ' = TREAL/TTEORETIC).

Anionitii (rasini schimbatoare de anioni) au ca grupari schimbatoare de ioni functiuni cu azot cuaternar (R-NH3X, R-NH3OH). Daca peste rasina ROH se trece apa decationizata care contine un acid HX, are loc reactia:

ROH + HX RX + H2O

Produsul obtinut este "apademineralizata" - similara ca proprietati apei distilate - fiind superioara apei dedurizate in utilizari tehnologice.

Aparatura si reactivi

- Biureta 50 ml, 3 buc.;

- Erlenmeyer 300 ml, 6 buc.;

- Spatula, 1 buc.;

- Solutie HCl, 0,1 n

- Solutie EDTA, 0,1 n

- Solutie tampon, pH = 10 (

- Cilindru gradat 5 - 10, ml, 1 buc.;

- Cilindru gradat 25 ml, 1 buc.;

- Cilindru gradat 100 ml, 1 buc.; Solutii);

- Solutie NaOH 0,1 n

- Eriocrom-negru T (ERIO T), (0,3% in NaCl);

- Indicator Metilorange (0,1% in apa);

- Indicator Fenolftaleina (0,1 % in alcool 60%).

Modul de lucru : Duritatea temporara (alcalinitatea). In doua flacoane Erlenmeyer de 300 ml se introduc cate 100 ml apa de analizat, 2 - 3 picaturi de metilorange si se titreaza cu o solutie de acid clorhidric, HCl 0,1n, pana la virajul culorii de la galben la portocaliu. Se noteaza de fiecare data volumul consumat (Se citeste volumul initial si final, iar prin diferenta se calculeaza volumul consumat). Se face media volumelor celor doua probe si se obtine volumul "v". Duritatea temporara se calculeaza, dupa relatia , adica:

dtp vf [od]

unde: f este factorul (vezi factorul, relatia (8), Solutii) solutiei de acid clorhidric 0,1n. De asemenea se poate calcula alcalinitatea, m:

m = vf [mval/l] (4)

Mineralitatea totala a apei

Se trece apa pentru analiza prin coloana de cationit (forma H+) cu o viteza de 0,2 ml/min pentru un ml de rasina. Prima portiune recoltata se arunca (circa 50 ml) si apoi se iau doua probe de cate 25 ml, se titreaza cu NaOH 0,1n, in prezenta de fenolftaleina, pana la aparitia culorii roz (pH=9). Se noteaza de fiecare data volumul consumat (Se citeste volumul initial si final, iar prin

diferenta se calculeaza volumul consumat). Se face media volumelor celor doua probe si se obtine volumul v'. Pentru calcul se foloseste formula:

Aciditatea apei decationizate = v'f ' [mval/l] (5)

Duritatea totala Cate 100 ml de apa de analizat se introduc in doua flacoane Erlenmeyer. Se adauga cu 2 ml HCl 0,1n, in plus fata de cantitatea folosita la determinarea duritatii temporare. Se fierbe timp de 5 minute, se raceste la temperatura camerei, se adauga 2 ml solutie NaOH 0,1n si 5 ml solutie tampon, care asigura un pH = 10 0,1, se adauga un varf de spatula de indicator ERIO T. Se titreaza cu solutia de EDTA 0,1n (factorul f ' = 1), pana la virajul culorii de la mov la albastru. Se noteaza de fiecare data volumul consumat (Se citeste volumul initial si final, iar prin diferenta se calculeaza volumul consumat). Se face media volumelor celor doua probe si se obtine volumul v '. Pentru calcul se foloseste relatia , adica:

dT v' [od]

unde: f ' este factorul (vezi factorul, relatia (8), Solutii) solutiei de NaOH 0,1n