Durezza dell'acqua

Che cosa significa "acqua dura"? Come è possibile misurare la durezza di un'acqua, e la sua capacità di formare calcare? In questa esperienza misureremo la durezza totale, permanente e temporanea di un'acqua attraverso una titolazione complessometrica con EDTA, seguendo una metodica adattata da quella ufficiale ISPRA.

Durata:

2 ore (più la preparazione delle soluzioni se non sono già pronte)

Scopo:

Determinare la durezza totale, permanente e temporanea di un'acqua.

Teoria:

La durezza era inizialmente intesa come la capacità di un'acqua di precipitare i saponi. Questo è dovuto principalmente alla presenza di ioni calcio e magnesio: la durezza sarà quindi la concentrazione di questi ioni nell'acqua, espressa come i mg/L di CaCO₃ necessari per fornire la stessa concentrazione di cationi bivalenti.
Nell'acqua sono spesso presenti ioni bicarbonato: facendo bollire l'acqua, questi in parte si decompongono in anidride carbonica e acqua, e in parte precipitano come carbonati di calcio e magnesio:

Ca²⁺ + 2HCO₃^- ⇋ CaCO_{3 (s)} + H₂O + CO₂↑

Lo spostamento a destra di questo equilibrio, dovuto all'alta temperatura, e la conseguente precipitazione di carbonati, sottraggono ioni calcio e magnesio dalla soluzione: la durezza dell'acqua quindi si abbassa. La durezza iniziale, prima della bollitura, si dice durezza totale, la durezza residua dopo la bollitura è la durezza permanente. La differenza tra durezza totale e durezza permanente è la durezza temporanea. La durezza temporanea è particolarmente importante, perché indica la capacità dell'acqua di depositare calcare (carbonato di calcio).

Per determinare la durezza è possibile effettuare una titolazione complessometrica con EDTA (acido etilendiamminotetraacetico, o meglio il suo sale disodico). Questa sostanza è un chelante: avendo doppietti elettronici non condivisi in grado di complessare un catione da sei direzioni diverse, può "avvolgersi" intorno ai cationi bivalenti formando un complesso nel rapporto stechiometrico di 1:1.

Per poter apprezzare il punto di equivalenza (cioè il momento in cui è stato aggiunto l'EDTA esattamente sufficiente a chelare tutti gli ioni calcio e magnesio presenti), è necessario un indicatore: si usa il NET (nero eriocromo T), una sostanza che in soluzione ha un colore blu, ma in presenza di ioni magnesio forma un complesso di colore rosa. A pH 10 il complesso Mg²⁺ - EDTA è più stabile del complesso Mg²⁺ - NET: quindi, finché non c'è ancora EDTA sufficiente a complessare tutti gli ioni calcio e magnesio, e in soluzione ci sono ancora ioni liberi, il NET formerà un complesso con gli ioni Mg²⁺, e la soluzione apparirà rosa. Quando invece l'EDTA avrà complessato tutti gli ioni calcio e magnesio, non rimarranno più ioni Mg²⁺ per formare il complesso con il NET, e la soluzione diventerà azzurra. Visto che per formare un complesso nettamente rosa con il NET è necessario lo ione magnesio, almeno una piccola quantità di questo deve essere presente in soluzione, per questo lo si aggiunge al tampone, insieme alla quantità di EDTA necessaria a complessarlo, in modo da non falsare l'analisi.

Tutto questo avviene a pH 10: perciò è necessario aggiungere all'acqua un tampone ammoniacale, che mantenga il pH al valore desiderato.

Materiale:

• Acqua da analizzare
• Soluzione tampone, preparata sciogliendo 1,179 g di sale disodico diidrato di EDTA e 0,780 g di solfato eptaidrato di magnesio in 50 mL di acqua, in seguito aggiungere 16,9 g di cloruro d'ammonio e 143 mL di idrossido di ammonio concentrato, infine diluire a 250 mL con acqua.
• Soluzione di EDTA 0,01 M
• Nero eriocromo T 1% in NaCl
• Acqua distillata

Strumenti:

• Becher
• Cilindro graduato (o meglio pipetta tarata da 25 mL)
• Pipetta tarata da 1 mL
• Buretta con sostegno
• Imbuto
• Spatola
• Piastra riscaldante

Procedimento:

Riempimento della buretta

1. Avvinare la buretta, versandovi tramite imbuto circa 10 mL di EDTA e facendolo scorrere su tutte le superfici interne, prima di eliminarlo.
2. Riempire la buretta tramite imbuto con EDTA fin sopra la linea dello zero.
3. Far scendere l'EDTA in modo da riempire tutta la parte al di sotto del rubinetto.
4. Se il livello di EDTA è sceso al di sotto dello zero, rabboccarlo.
5. Togliere l'imbuto e far scendere l'EDTA fino ad azzerare la buretta.

Durezza totale

1. Misurare con il cilindro graduato o con la pipetta tarata 25 mL di acqua da analizzare e versarli in un becher.
2. Diluire con acqua distillata fino a 50 mL circa.
3. Aggiungere 1 mL di soluzione tampone.
4. Aggiungere una punta di spatola di indicatore.
5. Titolare con EDTA fino al punto di viraggio.

Durezza permanente

1. Ripetere i punti 1 e 2 come per la durezza totale.
2. Portare a ebollizione, poi lasciare raffreddare.
3. Ripetere i punti da 3 a 5 come per la durezza totale.

Per la durezza temporanea, fare la differenza tra durezza totale e durezza permanente.

Bibliografia

• APAT. Metodi analitici per le acque. 2004. Volume primo, pp. 137-140.