سختی آب :

در ابتدا سختی آب توسط اندازه گيري كه در مورد ظرفيت آب در ترسيب صابون انجام شد شناخته شد به عبارتي سختي آب همان ظرفيت آب در ترسيب صابون است. صابون بوسيله فلزهاي دو ظرفيتي به بالا به ويژه توسط Ca²⁺  Mg²⁺, رسوب مي کند اما بايد توجه داشت كه فلزهاي چند ظرفيتي ديگر (يون فلز دو ظرفيتي به بالا ) اغلب در فرم هاي كمپلكس با تركيبات آبي ميباشد اما نقش آنها ممكن است خيلي كم و ناچيز باشد . در مطابقت با آزمايش هاي انجام شده رايج , سختي كل تعريف ميشود بر اساس مقدار كلسيم و منيزيم كه هر دو بر مبناي ميلي گرم بر ليتر كربنات كلسيم بين ميشود ( mg /lit as Caco₃ ) .

وقتي سختی آب از جهت مقدار , از قليائيت كربنات و بي كربنات بزرگتر است مقدار سختي (بر حسب eq) كه برابر قليائيت كل ميباشد ” سختي كربناتي ” است و مقدار باقي مانده را اضافه سختي يا سختي غير كربناتي ناميده ميشود .

وقتي سختی آب از حيث مقدار كمتر يا مساوي است با مقدار قليائيت كربناتي و بي كربناتي , همه سختي , سختي كربناتي ميشود و سختي غير كربناتي محو ميشود .

سختی آب ممكن است از صفر تا صدها ميلي گرم در ليتر باشد , كه اين امر وابسته است به منبع و حوضچه اي كه آب از آن انتخاب شده است .

دو روش براي اندازه گيري سختی آب ارائه شده است :

1 ) در اين سختي بوسيله حساب و برآورد , قابل به كاربردن براي همه آبها ميباشد اگر يك آناليز ماده اي معدني نمايش داده شود , سختي بوسيله محاسبه و استفاده از بار دياگرام ميتواند گزارش شود.

2 ) روش تيتراسيون بوسيله  EDTA (دي سديك اتيلن دي آمين تترا اسيد استيك ) است .

فیلم آموزشی روش آزمایش سختی آب

روش 1) اندازه گيري سختی آب بوسيله محاسبه و برآورد :

روش توضيح داده شده براي تعيين منحني است , جهت محاسبه آن , از نتايج مجزا و تعيين شده براي كلسيم و منيزيم استفاده ميكنيم يعني به طور مثال :

H(mg/lit as Caco₃ )= 2.497(mg/lit as Caco₃) Ca + 4.118(mg/lit as Caco₃) Mg

روش 2 ) تيتريمتريك   EDTA :

قاعده كلي سختی آب : EDTA يك اسيد است و نمك سديم آن بصورت يك تركيب كمپلكس محلول با يون   هاي ⁺ Ca²⁺ , Mg² تشكيل ميدهد كه اگر يك مقدار كم حدود دو قطره از يك تركيب رنگي مانند اريوكروم بلاك  (EBT) به محلول آبي شامل  Ca^{2+ ,} Mg²⁺ در pH =10+0.1  و محلول قرمز شرابي ميشود در اثر اضافه كردن EDTA بعنوان تيترانت كلسيم و منيزيم بصورت كمپلكس تبديل ميشوند و وقتي همه Mg , Ca بصورت كمپلكس درآمدند محلول آبي رنگ ميشود كه نشان دهنده نقطه پاياني تيتراسيون است كه يون منيزيم بايستي بطور رضايت بخشي در نقطه پاياني باشد  براي اطمينان حاصل كردن از اين موضوع , مقداري از نمك خنثي Mg كمپلكس شده با EDTA را كه به آن بافر اضافه شده را درنظر ميگيريم و اين بطور اتوماتيك منيزيم كافي براي يك تصحيح ساده را نمايان ميكند . تيزي نمودار در نقطه پاياني با افزايش pH افزايش مييابد ,كه pH نمي تواند افزايش يابد ولي خطر رسوب كربنات كلسيم يا هيدروكسيد منيزيم وجود دارد و تغيير رنگ معرف در pH با صورت مي پذيرد . pH مشخص 10+ 0.1 يك سازش رضايت بخش است .

بعضي يون هاي فلزي به سبب كم رنگ شدن و محو شدن يا نقطه پاياني نامعلوم يا مصرف EDTA , در واكنش دخالت مي كنند . واين دخالت با اضافه كردن بازدارنده هاي مشخص قبل از تيتراسيون كاهش ميابد .

طرز كار اندازه گيري سختي آب :

اندازه گيري سختي آب آلوده شده و نمونه فاضلاب :

تيتراسيون نمونه : حجم نمونه را طوري انتخاب كنيد كه اين حجم نمونه كمتر از 15ml , EDTA براي تيتراسيون نياز داشته باشد . حجم نمونه را از 25ml به حدود 50ml با آب مقطر در ظرف مناسب مي رسانيم 1 يا 2 ميلي ليتر محلول بافر اضافه ميكنيم كه معمول 1 ml بافر كافي است كه pH را در حدود 10 نگه دارد . در هنگام تيتراسيون در نقطه پاياني رنگ محلول تغيير كرده و اين بدان معني است كه بايد ديگر واكنش گر  (EDTA) در نقطه پاياني اضافه نكنيم و اين يعني رنگي كه معرف در حالت قبل داشته از بين رفته و رنگ جديدي پيدا كرده است .

يك يا دو قطره معرف معرف اضافه و يا اينكه مي توانيد معرف را بصورت پودر خشك اضافه كنيد پس از اضافه كردن محلول استاندارد  EDTA شروع به تيتراسيون كنيد و بطور مداوم ظرف را تكان دهيد كه رنگ اوليه آن , قبل از اضافه كردن مايل به قرمز است .

اضافه كردن  EDTA را با اختلاف زماني 3 تا 5 ثانيه انجام دهيد و در نقطه اكي والاني محلول رنگ مايل به آبي پيدا ميكند .

توصيه ميشود اين كار در آزمايشگاه در زير نور لامپ مهتابي انجام شود زيرا رنگ سفيد معمولي به تشخيص رنگ از قرمز به آبي در نقطه پاياني كمك ميكند .

نمونه با سختي پايين :

در مورد آب هاي شيرين و آب هاي طبيعي با سختي پايين ( كمتر از 5mg/lit) حجم نمونه را از 100 تا 1000 ميلي ليتر براي تيتراسيون افزايش مي دهيم.و به تناسب آن مقدار بيشتري معرف و بافر لازم است سپس تيترانت EDTA را از يك ميكرو بورت اضافه كرده و حين كار ظرف را تكان مي دهيم .

محاسبات اندازه گيري سختي آب :

سختي به روش EDTA بر مبناي mg/litCaco₃  = A*B*100000 /(ml sample)

A : ميلي ليتر EDTA براي تيتراسيون

B :ملاريته EDTA  

روش كار اندازه گيري سختي آب :

رد اين آزمايش سختي يكبار براي آب شهر و بار ديگر براي نمونه مجهول اندازه مي گيريم در ابتدا شير آب را باز كرده تا آب داخل لوله خالي , و سپس مقداري آب شهر در يك بشر ريخته و توسط پيپت مقدار 25ml را در يك بشر 100ml مي ريزيم دو ميلي ليتر محلول بافر با pH = 10 اضافه مي نماييم  به مقدار لازم EDTA(0 .01 Nornal) را در بورت مي ريزيم . مقداري كمي پودر اريوكروم (EBT) به محلول اضافه ميكنيم تا رنگ آن قرمز شرابي شود و سپس بطور آهسته شروع به تيتر كردن محلول مي كنيم تا رنگ آن آبي گردد حجم EDTA مصرفي را يادداشت مينماييم . باري بالا بردن دقت آزمايش اين كار را دو بار ديگر تكرار ميكنيم .

براي تعيين سختي كلسيمي آن به 25cc از محلول , 2cc محلول NaoH اضافه ميكنيم تا مقدار منيزيم موجود در محلول رسوب كند سپس معرف موراكسيد را اضافه ميكنيم تا رنگ محلول صورتي گردد و شروع به اضافه كردن آهسته EDTA ميكنيم تا رنگ محلول بنفش گردد و در اين حالت حجم EDTA را معين ميكنيم اين كار را هم دو بار ديگر ادامه ميدهيم .

براي نمونه مجهول هم بطور مشابه همين كار را تكرار ميكنيم و حجم ها را يادداشت  ميكنيم .

نتيجه گيري :

حجم EDTA استفاده شده براي آب شهر در مورد آب شهر در هر سه نمونه 4 ميلي ليتر بوده است و براي نمونه مجهول 4.5 ، 4.8 و 4.5 بوده است که به يک نمونه 25 ميلي ليتري اضافه شده است .

با توجه به فرمول فوق الذکر مقدار كل سختی آب شهر 160 mg/litCaco₃ است .

و همين طور براي نمونه مجهول (2) با توجه به اين مطلب که حجم EDTA مصرفي در سه نمونه به ترتيب 4.5 و 4.8 و 4.5 بوده است به طور ميانگين سختي کل نمونه 184 mg/litCaco₃ بوده است .

که در هر دو مورد سختی آب قابل قبولي است .

در اين مرحله براي اندازه گيري سختي کلسيم براي آب شهر سه نمونه نهيه گرديد و مقدار مصرفي EDTA براي اين نمونه ها به ترتيب 2.8 ، 2.77 و 3 بوده است و و در نتيجه با توجه به رابطه مربوط آب شهر داراي 114 mg/litCaco₃ سختي موقت کلسيم است .

با تکرار مراحل باي نمونه مجهول به طور ميانگين سختي کلسيم نمونه 58.4 بوده است که با توجه به مقادير 1.5 ، 1.4 و 1.5 بست آمده است .

از آنجايي که مي دانيم :

سختي کلسيم – سختي کل = سختي منيزيم

مقدار سختي منيزيم آب شهر 46 و نمونه مجهول 125.6 بوده است . كه با حرارت دادن اين مقدار رسوب كرده و باعث از بين رفتن دستگاههاي حرارتي خنك شونده با آب و تلف شدن انرژي ميشود . پس اندازه گيري سختي در صنعت مسئله بسيار مهمي است و بي توجهي به آن مي تواند ضرر هاي اقتصادي غير قابل جبران به يك صنعت كشور زند و از طرف ديگر بيماري هايي را ايجاد ميكند .