Durezza dell acqua. 1 Durezza totale dell acqua. una pipetta a una tacca da 100 ml; una buretta di Schellbach; una beuta.

1 Durezza totale dell’acqua

M

:

• una pipetta a una tacca da 100 ml;

• una buretta di Schellbach;

• una beuta.

r

:

• soluzione titolata di EDTA sale disodico 0,0100 M;

• indicatore nero eriocromo T (NET) miscela all’1% con NaCl puro per analisi;

• tampone ammonico a pH = 10.

P

:

• non vi sono pericoli nell’esecuzione dell’esperienza se non la manipolazione della vetreria, che se si rompe diventa tagliente;

• non vi sono sostanze pericolose nell’esecuzione dell’esperienza.

Principio

La durezza totale rappresenta le quantità di calcio e magnesio presenti nell’acqua na- turale (acque potabili, di fiume, di lago, di mare, industriali ecc.).

Si misura in gradi francesi (°F) che equivalgono ai grammi di calcio e di magnesio espressi come carbonato di calcio (CaCO3) presenti in 100 litri di acqua.

Esiste una scala in gradi tedeschi (°T), meno usata, che equivale ai grammi di calcio e di magnesio espressi come ossido di calcio (CaO) presenti in 100 litri di acqua.

La titolazione si basa sulla reazione tra ioni calcio (Ca⁺⁺) e magnesio (Mg⁺⁺) e il sale disodico dell’acido etilendiammino tetracetico (EDTA):

Ca

+ EDTA → [Ca(EDTA)]++

Si forma il complesso calcio EDTA e magnesio EDTA, e questi due ioni vengono «se- questrati» dal complessante (EDTA).

Impiegando a pH = 10 un indicatore sensibile alla presenza di ioni calcio (Ca⁺⁺) e ma- gnesio (Mg⁺⁺) si può determinare il volume equivalente delle moli di EDTA.

Il nero eriocromo T in soluzione acquosa a pH = 10, in presenza di ioni calcio (Ca⁺⁺) e magnesio (Mg⁺⁺) ha una colorazione rosa, mentre quando tutti gli ioni vengono «se- questrati» dall’EDTA manifesta una colorazione blu.

Intervallo di durezza (°F) Descrizione dell’acqua

= 4 Molto dolce

> 4 ≤ 8 Dolce

> 8 ≤ 12 Mediamente dura

> 12 ≤ 18 Discretamente dura

> 18 ≤ 30 Dura

> 30 Molto dura

Scala di durezza Descrizione

Gradi francesi (°F) g di CaCO3 in 100 litri

Gradi tedeschi (°T) g di CaO in 100 litri

Gradi inglesi (°I) g di CaCO3 in 70 litri

Gradi U.S.A. (°USA) g di CaCO3 su 1000 litri

M

Si prelevano con la pipetta tarata a una tacca 100 millilitri di acqua potabile, di fonte o di acquedotto, si introducono poi in una beuta da 250 ml, si aggiungo- no 10 millilitri di tampone ammonico a pH = 10 e una punta di spatola di mi- scela all’1% di indicatore nero eriocromo-T (NET) con cloruro sodico (NaCl).

Si ottiene così una soluzione di colore rosa (figura 1).

Il tampone ammonico a pH = 10 si prepara mescolando 70 grammi di cloruro ammonico (NH4Cl) a 570 millilitri di soluzione concentrata di idrossido di ammonio (NH4OH) al 32%, portando il volume complessivo in un matraccio a 1 litro.

Nel frattempo si condiziona una buretta da 50 ml (0,1 ml di sensibilità) e si riempie poi con una soluzione titolata 0,01 M di sale disodico di EDTA (si può usare anche una NORMEX).

Si prepara la buretta nel seguente modo:

1) si condiziona la buretta sciacquandola tre volte con piccole quantità (5-10 ml alla volta) di soluzione standard 0,0100 M di EDTA sale disodico diidrato;

2) si riempie la buretta col reattivo (EDTA);

3) si fa scendere il livello della soluzione all’interno della buretta fino a quando la linea spezzata della riga blu stampata sul retro della buretta Schellbach non è alli- neata allo zero della scala stampata frontalmente sulla medesima buretta.

Fare attenzione che all’interno della buretta non vi siano bolle d’aria, perché queste produrrebbero un errore nella misura del volume.

Attenzione: per evitare l’errore di parallasse allineare gli occhi alla linea spezzata del- la buretta Schellbach, regolando l’altezza della stessa per mezzo della pinza ragno di supporto.

Alla soluzione ammoniacale di acqua si aggiunge con la buretta la soluzione titolata 0,0100 M di EDTA sale disodico.

Il volume viene aggiunto con un flusso iniziale massimo di due gocce al secondo per evitare che aderiscano alle pareti della buretta falsando la misura del volume.

Nell’aggiunta dell’EDTA si noterà che le gocce, al contatto con l’acqua, producono una colorazione azzurra che scompare quando si sciolgono nel liquido.

Quando le gocce dell’EDTA sale disodico si decolorano con più difficoltà si procede lentamente goccia a goccia.

Quando le moli di EDTA sale disodico equivalgono alle moli di ioni calcio (Ca⁺⁺) e magnesio (Mg++) si ha il viraggio dell’indicatore nero eriocromo T dal rosa al blu (figura 2).

A questo punto si legge sulla buretta il volume equivalente (VeqEDTA) che deve essere espresso in litri.

Tabella 2 Le scale di durezza e la loro descrizione

Figura 1

Titolazione prima del punto di viraggio

Figura 2

Titolazione al punto di viraggio

c

Il principio dell’equivalenza afferma che:

Moli

= Moli

Le moli di acido sono date dalla relazione:

Moli

= Mg

/ MM

Dove MgCaCO3 è la massa (g) dei due cationi espressa come carbonato di calcio (°F) e MMCaCO3 è la massa molecolare del carbonato di calcio (100,09 g/mol).

Le moli di EDTA sale disodico sono date dalla relazione:

Moli

= M} • (V

/ 1.000 ml/l)

Dove MEDTA è la molarità della soluzione di EDTA sale disodico e VeqEDTA è il volume equivalente in millilitri.

Si ha quindi:

M

/ MM

= M

• V

I grammi di carbonato di calcio in 100 millilitri acqua sono dati dalla seguente rela- zione:

M

= (MM

• M

) • V

Sostituendo i valori si ottiene:

M

= 100,09 • 0,01M • V

Che diventa:

M

= V

Quindi trasformando il volume equivalente (VeqEDTA) da litri in millilitri di soluzione 0,01M di EDTA sale disodico, si ottengono i milligrammi di ioni calcio (Ca⁺⁺) e magnesio (Mg⁺⁺) espressi come carbonato di calcio (CaCO3) in 100 millilitri di acqua analizzata.

Moltiplicando di nuovo tutto per 1.000 si ottengono i gradi fran- cesi (°F), ovvero la durezza espressa in grammi di carbonato di calcio (CaCO3) in 100 litri di acqua.

Attenzione: risulta chiaro che i millilitri di soluzione di EDTA sale disodico 0,01 M rilevati con la buretta corrispondono direttamen- te alla durezza totale in gradi francesi (°F).

Figura 3

Indicatori metallocromici (NET e calcon)

Scala di durezza Descrizione

Gradi francesi (°F) g di CaCO3 in 100 litri

Gradi tedeschi (°T) g di CaO in 100 litri

Gradi inglesi (°I) g di CaCO3 in 70 litri

Gradi U.S.A. (°USA) g di CaCO3 su 1000 litri

M

Si prelevano con la pipetta tarata a una tacca 100 millilitri di acqua potabile, di fonte o di acquedotto, si introducono poi in una beuta da 250 ml, si aggiungo- no 10 millilitri di tampone ammonico a pH = 10 e una punta di spatola di mi- scela all’1% di indicatore nero eriocromo-T (NET) con cloruro sodico (NaCl).

Si ottiene così una soluzione di colore rosa (figura 1).

Il tampone ammonico a pH = 10 si prepara mescolando 70 grammi di cloruro ammonico (NH4Cl) a 570 millilitri di soluzione concentrata di idrossido di ammonio (NH4OH) al 32%, portando il volume complessivo in un matraccio a 1 litro.

Nel frattempo si condiziona una buretta da 50 ml (0,1 ml di sensibilità) e si riempie poi con una soluzione titolata 0,01 M di sale disodico di EDTA (si può usare anche una NORMEX).

Si prepara la buretta nel seguente modo:

1) si condiziona la buretta sciacquandola tre volte con piccole quantità (5-10 ml alla volta) di soluzione standard 0,0100 M di EDTA sale disodico diidrato;

2) si riempie la buretta col reattivo (EDTA);

3) si fa scendere il livello della soluzione all’interno della buretta fino a quando la linea spezzata della riga blu stampata sul retro della buretta Schellbach non è alli- neata allo zero della scala stampata frontalmente sulla medesima buretta.

Fare attenzione che all’interno della buretta non vi siano bolle d’aria, perché queste produrrebbero un errore nella misura del volume.

Attenzione: per evitare l’errore di parallasse allineare gli occhi alla linea spezzata del- la buretta Schellbach, regolando l’altezza della stessa per mezzo della pinza ragno di supporto.

Alla soluzione ammoniacale di acqua si aggiunge con la buretta la soluzione titolata 0,0100 M di EDTA sale disodico.

Il volume viene aggiunto con un flusso iniziale massimo di due gocce al secondo per evitare che aderiscano alle pareti della buretta falsando la misura del volume.

Nell’aggiunta dell’EDTA si noterà che le gocce, al contatto con l’acqua, producono una colorazione azzurra che scompare quando si sciolgono nel liquido.

Quando le gocce dell’EDTA sale disodico si decolorano con più difficoltà si procede lentamente goccia a goccia.

Quando le moli di EDTA sale disodico equivalgono alle moli di ioni calcio (Ca⁺⁺) e magnesio (Mg++) si ha il viraggio dell’indicatore nero eriocromo T dal rosa al blu (figura 2).

A questo punto si legge sulla buretta il volume equivalente (VeqEDTA) che deve essere espresso in litri.

Tabella 2 Le scale di durezza e la loro descrizione

Figura 1

Titolazione prima del punto di viraggio

Figura 2

Titolazione al punto di viraggio

c

Il principio dell’equivalenza afferma che:

Moli

= Moli

Le moli di acido sono date dalla relazione:

Moli

= Mg

/ MM

Dove MgCaCO3 è la massa (g) dei due cationi espressa come carbonato di calcio (°F) e MMCaCO3 è la massa molecolare del carbonato di calcio (100,09 g/mol).

Le moli di EDTA sale disodico sono date dalla relazione:

Moli

= M} • (V

/ 1.000 ml/l)

Dove MEDTA è la molarità della soluzione di EDTA sale disodico e VeqEDTA è il volume equivalente in millilitri.

Si ha quindi:

M

/ MM

= M

• V

I grammi di carbonato di calcio in 100 millilitri acqua sono dati dalla seguente rela- zione:

M

= (MM

• M

) • V

Sostituendo i valori si ottiene:

M

= 100,09 • 0,01M • V

Che diventa:

M

= V

Quindi trasformando il volume equivalente (VeqEDTA) da litri in millilitri di soluzione 0,01M di EDTA sale disodico, si ottengono i milligrammi di ioni calcio (Ca⁺⁺) e magnesio (Mg⁺⁺) espressi come carbonato di calcio (CaCO3) in 100 millilitri di acqua analizzata.

Moltiplicando di nuovo tutto per 1.000 si ottengono i gradi fran- cesi (°F), ovvero la durezza espressa in grammi di carbonato di calcio (CaCO3) in 100 litri di acqua.

Attenzione: risulta chiaro che i millilitri di soluzione di EDTA sale disodico 0,01 M rilevati con la buretta corrispondono direttamen- te alla durezza totale in gradi francesi (°F).

Figura 3

Indicatori metallocromici (NET e calcon)

2 Durezza permanente e temporanea dell’acqua

M

:

• una pipetta a due tacche da 100 ml;

• una buretta;

• una pinza;

• una beuta;

• una piastra riscaldante.

r

:

• soluzione titolata di EDTA sale bisodico 0,0100 M;

• indicatore nero eriocromo T (NET) miscela all’1% con NaCl puro per analisi.

P

:

• manipolare la vetreria calda con le apposite pinze.

Principio

I sali che determinano la durezza in un’acqua sono i cloruri (CaCl2 e MgCl2), i solfati (CaSO4 e MgSO4) e i bicarbonati di calcio e magnesio [Ca(HCO3)2 e Mg(HCO3)2].

Solfati e cloruri rappresentano la durezza permanente poiché permangono nell’acqua anche dopo prolungata ebollizione. I bicarbonati si trasformano in carbonati insolu- bili formando quel residuo dannoso per le condutture, le caldaie ecc. detto «calcare»:

Ca(HCO

)

→ CaCO

+ CO

+ H

O Mg(HCO

)

→ MgCO

+ CO

+ H

O

I bicarbonati di calcio e magnesio in un’acqua di fonte vengono detti durezza tem- poranea.

Metodica

Si prelevano con una pipetta a due tacche 100 ml dell’acqua di cui abbiamo già deter- minato la durezza totale.

L’acqua così prelevata si porta all’ebollizione su una piastra riscaldante e si fa bollire per 20 minuti, aggiungendo di tanto in tanto piccole aliquote di acqua distillata per mantenere costante il volume (figura 4).

Si filtra poi per eliminare il residuo e si lava il precipitato calcareo con 10 ml di acqua distillata fredda riunendo l’acqua di lavaggio con il liquido già filtrato. Si fa raffred- dare e si esegue la titolazione con la stessa metodica descritta nell’Esperienza 79 per determinare la durezza totale.

Dalla differenza della durezza totale, determinata in precedenza, meno la durezza permanente, calcoliamo la durezza temporanea:

D

= D

– D

Ebollizione dell’acqua

Figura 5 Decantazione

Figura 6 Filtrazione

Figura 7 Residuo calcareo

3 Determinazione del calcio e del magnesio in un’acqua

M

:

• una pipetta;

• una buretta;

• una beuta.

r

:

• soluzione titolata di EDTA sale disodico 0,01 M;

• indicatore acido calconcarbonico (calcon) miscela all’1% con NaCl puro per anali- si;

• soluzione di idrossido di sodio (NaOH) circa 6 M.

P

:

• la soluzione 6 M di idrossido di sodio è corrosiva.

I sali di magnesio, quando sono portati in soluzione acquosa a pH fortemente basici, formano l’idrossido di magnesio [Mg(OH)2] insolubile:

Mg

+ 2OH

→ Mg(OH)

Lo ione calcio però rimane in soluzione e si può determinare con una soluzione tito- lata 0,01 M di EDTA sale disodico usando come indicatore l’acido calconcarbonico (miscela all’1%).

2 Durezza permanente e temporanea dell’acqua

M

:

• una pipetta a due tacche da 100 ml;

• una buretta;

• una pinza;

• una beuta;

• una piastra riscaldante.

r

:

• soluzione titolata di EDTA sale bisodico 0,0100 M;

• indicatore nero eriocromo T (NET) miscela all’1% con NaCl puro per analisi.

P

:

• manipolare la vetreria calda con le apposite pinze.

Principio

I sali che determinano la durezza in un’acqua sono i cloruri (CaCl2 e MgCl2), i solfati (CaSO4 e MgSO4) e i bicarbonati di calcio e magnesio [Ca(HCO3)2 e Mg(HCO3)2].

Solfati e cloruri rappresentano la durezza permanente poiché permangono nell’acqua anche dopo prolungata ebollizione. I bicarbonati si trasformano in carbonati insolu- bili formando quel residuo dannoso per le condutture, le caldaie ecc. detto «calcare»:

Ca(HCO

)

→ CaCO

+ CO

+ H

O Mg(HCO

)

→ MgCO

+ CO

+ H

O

I bicarbonati di calcio e magnesio in un’acqua di fonte vengono detti durezza tem- poranea.

Metodica

Si prelevano con una pipetta a due tacche 100 ml dell’acqua di cui abbiamo già deter- minato la durezza totale.

L’acqua così prelevata si porta all’ebollizione su una piastra riscaldante e si fa bollire per 20 minuti, aggiungendo di tanto in tanto piccole aliquote di acqua distillata per mantenere costante il volume (figura 4).

Si filtra poi per eliminare il residuo e si lava il precipitato calcareo con 10 ml di acqua distillata fredda riunendo l’acqua di lavaggio con il liquido già filtrato. Si fa raffred- dare e si esegue la titolazione con la stessa metodica descritta nell’Esperienza 79 per determinare la durezza totale.

Dalla differenza della durezza totale, determinata in precedenza, meno la durezza permanente, calcoliamo la durezza temporanea:

D

= D

– D

Ebollizione dell’acqua

Figura 5 Decantazione

Figura 6 Filtrazione

Figura 7 Residuo calcareo

3 Determinazione del calcio e del magnesio in un’acqua

M

:

• una pipetta;

• una buretta;

• una beuta.

r

:

• soluzione titolata di EDTA sale disodico 0,01 M;

• indicatore acido calconcarbonico (calcon) miscela all’1% con NaCl puro per anali- si;

• soluzione di idrossido di sodio (NaOH) circa 6 M.

P

:

• la soluzione 6 M di idrossido di sodio è corrosiva.

I sali di magnesio, quando sono portati in soluzione acquosa a pH fortemente basici, formano l’idrossido di magnesio [Mg(OH)2] insolubile:

Mg

+ 2OH

→ Mg(OH)

Lo ione calcio però rimane in soluzione e si può determinare con una soluzione tito- lata 0,01 M di EDTA sale disodico usando come indicatore l’acido calconcarbonico (miscela all’1%).

L’acido calconcarbonico a pH fortemente basico in presenza di ioni calcio (Ca⁺⁺), in soluzione acquosa, ha una colorazione rosa, mentre quando tutti gli ioni vengono

«sequestrati» dall’EDTA manifesta una colorazione blu.

Metodica

Si prelevano 100 ml di acqua da analizzare, della quale abbiamo determinato: durez- za totale, durezza permanente e durezza temporanea.

Si pongono in beuta e si aggiungono 5 ml di soluzione 6 M di idrossido di sodio: si noterà la formazione di un precipitato insolubile bianco cristallino [Mg(OH)2].

Successivamente si filtra e si lava il precipitato con 10 ml di soluzione 6 M di idrossido di sodio, riunendo il liquido di lavaggio a quello filtrato.

Si aggiunge una punta di spatola di indicatore (miscela all’1% di acido calconcarbo- nico) e si ottiene una colorazione rosa (figura 8).

Nel frattempo si condiziona una buretta da 50 ml (0,1 ml di sensibilità) e si riempie poi con una soluzione titolata 0,01 M di sale disodico di EDTA.

Si prepara la buretta nel seguente modo:

1) si condiziona la buretta sciacquandola tre volte con piccole quantità (5- 10 ml alla volta) di soluzione standard 0,1000 M di EDTA sale disodico diidrato;

2) si riempie la buretta col reattivo (EDTA);

3) si fa scendere il livello della soluzione all’interno della buretta fino a quando la linea spezzata della riga blu stampata sul retro della buretta Schellbach non è allineata allo zero della scala stampata frontalmente sulla medesima buretta.

Fare attenzione che all’interno della buretta non vi siano bolle d’aria, perché queste produrrebbero un errore nella misura del volume.

Attenzione: per evitare l’errore di parallasse allineare gli occhi alla linea spezzata della buretta Schellbach, regolando l’altezza della stessa per mezzo della pinza ragno di supporto.

Alla soluzione alcalina di calcio si aggiunge con la buretta la soluzione titolata 0,01 M di EDTA sale disodico.

Il volume viene aggiunto con un flusso iniziale massimo di due gocce al secondo per evitare che aderiscano alle pareti della buretta falsando la misura del volume.

Nell’aggiunta dell’EDTA si noterà che le gocce, al contatto con l’acqua, producono una colorazione azzurra che scompare quando si sciolgono nel liquido.

Quando le gocce dell’EDTA sale disodico si decolorano con più difficoltà si procede goccia a goccia.

Quando le moli di EDTA sale disodico equivalgono alle moli di ioni calcio (Ca⁺⁺) si ha il viraggio dell’indicatore acido calconcarbonico dal rosa al blu (figura 10).

Si registra il volume equivalente (VeqEDTA) in litri.

Figura 8

Alla soluzione fortemente basica si aggiun- ge l’indicatore acido calconcarbonico (cal- con)

L’acido calconcarbonico a pH fortemente basico in presenza di ioni calcio (Ca⁺⁺), in soluzione acquosa, ha una colorazione rosa, mentre quando tutti gli ioni vengono

«sequestrati» dall’EDTA manifesta una colorazione blu.

Metodica

Si prelevano 100 ml di acqua da analizzare, della quale abbiamo determinato: durez- za totale, durezza permanente e durezza temporanea.

Si pongono in beuta e si aggiungono 5 ml di soluzione 6 M di idrossido di sodio: si noterà la formazione di un precipitato insolubile bianco cristallino [Mg(OH)2].

Successivamente si filtra e si lava il precipitato con 10 ml di soluzione 6 M di idrossido di sodio, riunendo il liquido di lavaggio a quello filtrato.

Si aggiunge una punta di spatola di indicatore (miscela all’1% di acido calconcarbo- nico) e si ottiene una colorazione rosa (figura 8).

Nel frattempo si condiziona una buretta da 50 ml (0,1 ml di sensibilità) e si riempie poi con una soluzione titolata 0,01 M di sale disodico di EDTA.

Si prepara la buretta nel seguente modo:

1) si condiziona la buretta sciacquandola tre volte con piccole quantità (5- 10 ml alla volta) di soluzione standard 0,1000 M di EDTA sale disodico diidrato;

2) si riempie la buretta col reattivo (EDTA);

3) si fa scendere il livello della soluzione all’interno della buretta fino a quando la linea spezzata della riga blu stampata sul retro della buretta Schellbach non è allineata allo zero della scala stampata frontalmente sulla medesima buretta.

Fare attenzione che all’interno della buretta non vi siano bolle d’aria, perché queste produrrebbero un errore nella misura del volume.

Attenzione: per evitare l’errore di parallasse allineare gli occhi alla linea spezzata della buretta Schellbach, regolando l’altezza della stessa per mezzo della pinza ragno di supporto.

Alla soluzione alcalina di calcio si aggiunge con la buretta la soluzione titolata 0,01 M di EDTA sale disodico.

Il volume viene aggiunto con un flusso iniziale massimo di due gocce al secondo per evitare che aderiscano alle pareti della buretta falsando la misura del volume.

Nell’aggiunta dell’EDTA si noterà che le gocce, al contatto con l’acqua, producono una colorazione azzurra che scompare quando si sciolgono nel liquido.

Quando le gocce dell’EDTA sale disodico si decolorano con più difficoltà si procede goccia a goccia.

Quando le moli di EDTA sale disodico equivalgono alle moli di ioni calcio (Ca⁺⁺) si ha il viraggio dell’indicatore acido calconcarbonico dal rosa al blu (figura 10).

Si registra il volume equivalente (VeqEDTA) in litri.

Figura 8

Alla soluzione fortemente basica si aggiun- ge l’indicatore acido calconcarbonico (cal- con)

Figura 9

La soluzione prima del punto di viraggio

Figura 10

La soluzione al punto di viraggio

Calcoli

Le moli di ione calcio (Ca⁺⁺) in 100 ml di acqua, espresse come carbonato di calcio (CaCO3), sono date dalla seguente relazione:

MoliCaCO

= M

• V

La massa in grammi in 100 ml di acqua:

MgCaCO

= Moli

• 100,09 g/mole

Le moli di ione magnesio (Mg⁺⁺) espresse come carbonato di magnesio (MgCO3), in 100 ml di acqua, sono date dalla seguente relazione:

Moli

= Moli

– Moli

Dove MoliEDTAdur.tot sono le moli di EDTA determinate nell’analisi della durezza totale e MoliCaCO3 sono le moli di carbonato di calcio determinate in questa esperienza.

La massa in grammi del carbonato di magnesio in 100 ml di acqua:

Mg

= Moli

• 84,314 g/mole

Dove 84,314 è la massa molecolare di MgCO3.