ابزار هدایت به بالای صفحه

محاسبه سختی آب

مقدار سختی آب ، برحسب اکی‌والانهای کربنات کلسیم آنها محاسبه و بیان می‌شود.

تقسیم بندی سختی آب

سختی آب را می‌توان به دو نوع تقسیم کرد:

سختی موقت

سختی موقت (Temporary Harder ) را سختی کربناتی (Carbonate Harder) نیز می‌نامند. این سختی ، مولود بی‌کربنات کلسیم و منیزیم است که عمدتا به کمک حرارت و یا ازدیاد pH کاهش می‌یابد.

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

Ca(HCO₃)₂ → CaCO₃+ CO₂+ H2

Mg(HCO₃)₂ → MgCO₃+ Mg(OH)₂ + ۳ CO₂+ H₂O

سختی دائم

سختی دائم (Permanent Harder) را سختی غیرکربناتی (Nocarbonate Harder) نیز می‌نامند. این سختی ، با حرارت دادن قابل حذف نیست.

 سختی دائم مربوط به دیگر املاح کلسیم و منیزیم مثل نمکهای سولفات ها ، کلرید یا نیترات انهاست . در واقع 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. برای از بین بردن سختی دایم آب کافی است یون های عامل سختی را به گونه ای ته نشین کرد.

سختی کل

مجموع سختی های موقتی و دائمی را سختی کل گویند. چون غلظت این نمکها بسیار کم است از واحد ppm استفاده می شود.

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 ، ناراحتیهایی 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.

طبقه بندی آب از نظر سختی

آب های سبک ۱۵۰-۰ میلی گرم در لیتر

آب های با سختی متوسط ۳۰۰-۱۵۰ میلی گرم در لیتر

آب های سخت ۴۰۰-۳۰۰ میلی گرم در لیتر

آب های خیلی سخت بیشتر از ۴۰۰ میلی گرم در لیتر

در بعضی از طبقه بندیها حداکثر سختی آبهای قابل شرب ، ۳۰۰ میلی گرم در لیتر کربنات کلسیم تعیین شده است.

البته شایان ذکر است استاندارد بین المللی آب ایران حد نرمال آب شرب را با سختی ۱۵۰ میلی گرم در لیتر و حداکثر مجاز جهت شرب سختی۵۰۰ میلی گرم در لیتر را مورد تایید قرار داده است. و در مناطق بعضی استانها بین سختی ۲۸۰ میلی گرم در لیتر و متاسفانه تا ۶۰۰ میلی گرم در لیتر هم مورد استفاده قرار می گیرد.

تاثیر قلیائیت در سختی آب

اگر قلیائیت کل آب ، مساوی یا بیشتر از سختی کل باشد، تمام سختی آب به صورت سختی کربناتی خواهد بود. در صورتی که که قلیائیت کل ، کمتر از سختی باشد، سختی کربناتی آب معادل قلیائیت بوده و سختی دائم ، اختلاف بین سختی کل و قلیائیت است.

واحدهای بکار رفته در سختی آب

در صورتی که مقادیر کاتیونهای مختلف برحسب میلی گرم بر لیتر (ppm) در دست باشد، معمولا جهت سهولت ، به کمک فاکتورهایی که از تقسیم وزن مولکولی کربنات کلسیم به وزن اتمی هر یک از عناصر بدست آمده ، کلیه این مقادیر برحسب کربنات کلسیم محاسبه و بیان می‌گردد. سختی آب ، معمولا بر حسب ppm یعنی mg/lit بیان می‌شود. علاوه بر این ، واحدهای آلمانی ، انگلیسی ، فرانسوی ، آمریکایی را نیز در بیان آن بکار می‌برند.

آزمایش تعیین سختی آب

مواد و وسایل مورد نیاز

ارلن ۵۰ و ۲۵۰ میلی لیتری، سدیم کربنات، بورت، کلریدریک اسید ۰٫۲ نرمال، قیف شیشه ای، شناساگر متیل اورانژ، کاغذ صافی، آب مقطر، پیپت

شرح آزمایش :

الف) اندازه گیری سختی دائم

۲H₂O(l)+Na₂CO₃(aq) → ۲NaOH(s) + H₂O(g) + CO₂(g)

NaOH(g) + H₂O(l)→ CaCO₃(s)+ MgCO₃(s) + Na₂CO₃(aq)

Na₂CO₃(aq) +HCl (aq)→NaCl + HCO₃

ابتدا ۱۰۰ میلی لیتر آب شیر را داخل یک ارلن ریخته و توسط پیپت ۲۰ میلی لیتر محلول سدیم کربنات ۰٫۱ نرمال به آن اضافه می کنیم، سپس محلول را حرارت می دهیم تا خشک شود. آنگاه ۲۰ میلی لیتر آب مقطر به آن می افزاییم و به هم میزنیم. مواد نامحلول موجود در محلول کربنات کلسیم و منیزیم می باشد و کربنات سدیم اضافی در محلول حل شده است.

حال محلول را صاف کرده و به محلول زیر صافی ۲ قطره شناساگر متیل اورانژ (برای تشخیص نقطه پایانی) اضافه می کنیم که در نتیجه آن محلول به رنگ نارنجی کم رنگ تغییر می کند سپس به وسیله بورت با اسید کلریدریک ۰٫۲ نرمال تیتر می کنیم تا زمانی که رنگ محلول به رنگ صورتی تغییر یابد آنگاه حجم مصرفی را یادداشت میکنیم (که در آزمایش ما برابر با ۲۱٫۵ است) .

N_a×V_a= N_b×V_b

21.5 N_b

N_b=0.215

حال با پیپت ۲۰ میلی لیتر از همان محلول سدیم کربنات را در ارلن مایر ۵۰ میلی لیتری می ریزیم و ۳ قطره شناساگر متیل اورانژ اضافه می کنیم و به وسیله بورت با اسید کلریدریک ۰٫۲ نرمال تیتر می کنیم تا صورتی رنگ شود آنگاه حجم مصرفی را یادداشت می کنیم (که در آزمایش ما برابر با ۲۳٫۵ است).

۲۳٫۵× ۰٫۲ = ۲۰ ×N_b

N_b =۰٫۲۳۵

اختلاف حجم مصرفی بین V₁ و  V₂ به خاطر تفاوت در میزان کربنات کلسیم و منیزیم می باشد که در مرحله اول از محلول خارج کردیم و با این کار سختی موقت آب را از بین بردیم.

ب) اندازه گیری سختی موقت

۱۰۰ میلی لیتر آب شیر را داخل ارلن مایر ۲۵۰ میلی لیتری ریخته و ۳ قطره متیل اورانژ به آن می افزاییم سپس با کلریدریک اسید ۰٫۲ نرمال تیتر می کنیم تا زمانیکه رنگ محلول به رنگ صورتی تغییر یابد. حجم اسید مصرف شده ۱٫۵ میلی لیتر می باشد .

۱٫۵ × ۰٫۲ = ۱۰۰ × N_b

N_b =۰٫۰۰۳

محاسبه سختی موقت ، دائم و کل

سختی دائم: ۲۵۶=(۴۰ + ۲۴ )(۲۳٫۵- ۲۱٫۵) ×۱۰ ×۰٫۲

سختی موقت: ۱۹۲=۴۰ + ۲۴ )) ۱٫۵ ×۱۰ × ۰٫۲

سختی کل: ۱۹۲ + ۲۵۶ = ۴۴۸

در نتیجه آب مورد آزمایش ما از نوع خیلی سخت می باشد.

منبع: www.chemistmag.com