Лабораторные работы. 
Аналитическая химия в 2 книгах. 
Книга 1. Химические методы анализа

Работа 19.5.1. Определение общей жесткости воды методом комплексонометрического титрования

Комплексонометрическое титрование является стандартным методом определения общей жесткости природных вод, которую характеризуют молярной концентрацией эквивалентов кальция и магния с_эк(Са²⁺ + Mg²⁺) и выражают в миллимолях на кубический дециметр (ммоль/дм³).

В соответствии с номенклатурными правилами ИЮПАК по химии объем выражается в кубических дециметрах. В аналитической практике в качестве единицы измерения объема шире используется литр. С 1 января 2005 г. в России введена новая единица жесткости — градус жесткости (°Ж). Принятый в России градус жесткости равен 20,04 мг Са²⁺ или 12,15 мг Mg²⁺ в 1 дм³. Один градус жесткости (°Ж) равен 1 ммоль эквивалентов ионов Са²⁺ и Mg²⁺ в литре (дм³) воды:

В зависимости от величины жесткости различают следующие типы вод: мягкая — с жесткостью 10,0 °Ж. Предельное значение жесткости для питьевой воды — 7,0 °Ж.

Сущность методики. Анализируемую воду подщелачивают аммонийной буферной смесью до pH ~ 10. Индикатором служит обычно хромоген черный специальный ЕТ-00, образующий с ионами Са²⁺ и Mg²⁺ растворимые комплексы красно-фиолетового цвета:

Константы устойчивости этих комплексов равны соответственно 2,6 • 10⁶ и 1 • 10⁷. Величина констант устойчивости комплексов Са²⁺ и Mg²⁺ с комплексоном III на порядок больше (3,7 • 10⁷ и 5 • 10⁸). Поэтому при титровании комплексы металлов с индикатором разрушаются и образуются более прочные комплексы с комплексоном III (при pH ~ 10):

В точке эквивалентности красно-фиолетовая окраска раствора сменяется синей вследствие накопления анионов индикатора.

Приготовление аммонийной буферной смеси. Аммонийную буферную смесь готовят в мерной колбе вместимостью 1000 мл, смешивая 100 мл 20%-ного раствора хлорида аммония NH₄C1 со 100 мл 20%-ного раствора аммиака NH₃, доводя водой объем смеси до метки.

Приготовление раствора комплексона III. Обычно природную воду титруют 0,05 н. раствором комплексона III. Раствор комплексона III Na₂C₁₀H₁₄O₈N2−2H2O готовят, используя точную навеску этого химически чистого препарата. Навеска рассчитывается исходя из того, что молярная масса эквивалентов комплексона III в данной реакции равна половине его молярной массы (z_3K = 2). Иногда концентрацию раствора комплексона устанавливают по 0,05 н. раствору сульфата магния MgS0₄-7H₂0, приготовленному из фиксанала.

Ход определения. В колбу для титрования переносят пипеткой 100,0 мл исследуемой воды, приливают 5 мл аммонийной буферной смеси и прибавляют по каплям раствор индикатора (хромогена черного) до появления хорошо заметной, но не очень темной краснофиолетовой окраски.

Титруют воду 0,05 н. раствором комплексона III до перехода краснофиолетовой окраски в синюю. В конце титрования раствор комплексона прибавляют по одной капле, добиваясь, чтобы красноватый оттенок совершенно исчез. Повторяют титрование 2—3 раза и из сходящихся отсчетов находят среднее.

Общую жесткость воды Ж_общ (сумма концентраций Са²⁺ и Mg²⁺ на 1 л) вычисляют по формуле.

где с_эк— молярная концентрация эквивалентов раствора комплексона III, моль/л; У_т — объем рабочего раствора комплексона III, затраченный на титрование, мл; V_B — объем воды, взятый для определения, мл.

Например, на титрование 100,0 мл природной воды пошло в среднем 17,60 мл 0,5 022 н. раствора комплексона. Тогда.

или в градусах жесткости