Загальну жорсткість води визначають хімічною взаємодією катіонів Са²⁺ та Mg²⁺, що аналізуються з органічним реагентом – трилоном Б. Цей реагент являє собою натрієву сіль етилендіамінотетраоцтової кислоти:

Скорочено молекулу трилону Б можна записати як Na₂H₂Tp. Трилон Б легко утворює достатньо хімічно стійкі внутрішньокомплексні сполуки з багатьма катіонами, зокрема з Са²⁺ та Mg²⁺, які і зумовлюють жорсткість води. Такі сполуки утворюються, з одного боку, внаслідок заміщення металом атомів водню карбоксильних груп трилону Б, а з іншого – в результаті утворення донорно-акцепторних зв’язків між іонами металів та атомами азоту, наприклад:

Комплекси такої будови характеризуються досить високою хімічною стійкістю.

При титруванні води розчином трилону Б з метою визначення загальної жорсткості іони Са²⁺ та Mg²⁺ зв’язуються у комплекс, і в точці еквівалентності вони практично відсутні у розчині. Ці реакції можна записати таким чином:

Me²⁺ + Na₂H₂Tp = Na₂MeTp + 2H⁺, (4.6)

де Ме²⁺ – це Са²⁺ або Mg²⁺.

Для того щоб реакція (4.6) відбулася якомога повніше, необхідно хімічно зв’язати іони Н⁺. З цією метою при титруванні до води, що аналізується, додають суміш NH₄Cl та NH₄OH як буфер. Стійкість комплексів трилону Б залежить від рН середовища, тому необхідно підтримувати водневий показник розчину на стабільному рівні, зокрема рН = 10, чому і сприяє буферний розчин.

Як індикатор у цьому експерименті застосовують органічний барвник – кислотний хромовий чорний спеціальний (еріохром чорний Т):

Ця хімічна сполука має синій колір. З іонами металів вона утворює комплекси червоного кольору, які менш стійкі, ніж комплекси цих же металів з трилоном Б.

Коли до води, що аналізується і містить іони Са²⁺ та Mg²⁺, додають
еріохром чорний Т, розчин стає червоним, тобто згадані іони утворюють комплекс з еріохромом. По мірі титрування іони Са²⁺ та Mg²⁺ хімічно зв’язуються в більш міцні безбарвні комплекси з трилоном Б. При цьому червона сполука руйнується, а індикатор звільняється, і його вільна форма дає синє забарвлення. У точці еквівалентності усі іони Са²⁺ та Mg²⁺ „зв’язані” трилоном Б, тому зміна забарвлення розчину з червоного на синій свідчить про закінчення титрування.

Аналіз проби води на її загальну жорсткість слід проводити таким чином:

1. У колбу для титрування вноситься 100 мл води, яку треба проаналізувати.

2. У цю ж колбу додають 5 мл аміачного буферного розчину та 5–6 крапель індикатора – розчину еріохрому чорного Т. Розчин набуває червоного забарвлення.

3. Вміст колби титрують 0,05 н розчином трилону Б до переходу червоного забарвлення в синє. Об’єм трилону Б, який витратився на титрування, записати в таблицю 4.3.

Таблиця 4.3 – Дані для визначення загальної жорсткості води

4. Титрування провести не менш ніж три рази. Для розрахунку загальної жорсткості води користуватися середнім арифметичним значенням об’ємів розчину трилону Б усіх проведених титрувань.

5. Розрахунок загальної жорсткості води виконують за формулою

, (4.7)

де Ж_заг – загальна жорсткість води, мг-екв/л; N_т – нормальність (концентрація) робочого розчину трилону Б, г-екв/л; V_т – об’єм розчину трилону Б, який витратився на титрування (середньоарифметичний), мл; – об’єм проби води для аналізу, мл.

Використовуючи значення тимчасової та загальної жорсткості води,
можна визначити її постійну жорсткість за формулою:

Ж_пост = Ж_заг – Ж_тимч (4.8)

За отриманими результатами встановлюють, до якої категорії жорсткості слід віднести пробу води, яка була запропонована для аналізу.

Експеримент 3. Визначення концентрації іонів кальцію в пробах
води

Пробу води, яка містить не більше 15 мг кальцію, помістити в конічну
колбу для титрування та розбавити дистильованою водою до об’єму 100 мл. Додати 2 мл 1 н розчину гідроксиду натрію та 0,1–0,2 г суміші мурексиду з хлоридом натрію (індикатор). Розчин титрувати 0,05 М розчином трилону Б до появи фіолетового забарвлення.

Розрахунок провести за формулами:

; (4.9)

, (4.10)

де Х – вміст іонів кальцію, мг/л; Y – кальцієва жорсткість води, мг-екв/л; V₁ – об’єм розчину трилону Б, який витратили на титрування, мл; К – поправковий коефіцієнт для 0,05 М розчину трилону Б; V – об’єм проби води, що аналізується, мл; 20,04 – еквівалент іонів кальцію.