Hoe bepaal je de hardheid van water?

Antwoord

Beste Pieter,

Je vraag zal ik in twee gedeelten behandelen: een eerste gedeelte handelt over de theorie van de hardheidsbepaling door middel van het schuimgetal en het tweede gedeelte bevat een werkwijze van een praktische hardheidsbepaling.

Theorie

 De hardheid van water wordt bepaald door de hoeveelheid Ca²⁺ die in het water aanwezig is. De hardheid kan je bepalen door middel van het schuimgetal. Dit is het aantal ml zeepoplossing dat je nodig hebt om een oplossing blijvend te doen schuimen. Een zeepoplossing bevat stearaationen (C₁₄H₃₅COO^-), die samen met Ca²⁺ een neerslag vormen (Ca(C₁₇H₃₅COO)₂) volgens volgende reactie:

 Ca²⁺ + 2 C₁₇H₃₅COO^- -> Ca(C₁₇H₃₅COO)₂

 Van zodra iets meer zeepoplossing is toegevoegd dan nodig om alle Ca²⁺ neer te slaan, kunnen de stearaationen de zeep laten schuimen.

 Eerst moet je vaststellen hoeveel zeepoplossing nodig is om water met een bepaalde hardheid te laten schuimen en daarna kan je de hardheid van het te onderzoeken water bepalen.

 
Praktisch

 
Het is niet zo eenvoudig de hardheid van water bij je thuis zelf te bepalen. Er is redelijk veel tijd voor nodig en ook heb je wat specifieke producten nodig die mogelijks niet zo goedkoop zijn (hoogstwaarschijnlijk duurder dan de kit). Het succes van de proef is ook sterk afhankelijk van het glaswerk dat je kan gebruiken. Waar mogelijk heb ik een alternatief gesuggereerd. Indien je de proef wenst uit te voeren, zorg er dan steeds voor dat een volwassene je assisteert!

Benodigdheden

Gedemineraliseerd water (zoals gebruikt wordt voor het strijkijzer)

CaCl₂, CaCl₂·2H₂O OF CaCl₂·6H₂O (te verkrijgen bij de apotheker)

Bruine zeep (vloeibaar)

Maatcilinder 100 ml (of ander recipiënt om volumes mee af te meten)

5 Erlenmeyers of bokalen (recipiënt van glas en af te sluiten!)

Weegschaal die kleine massa’s (minimum 0,5 g) kan afwegen

Buret (of injectiespuit à Pas op voor de naald!)

Schaaltje/potje om in af te wegen

 
1)  Bereiden van standaardoplossingen

De standaardoplossing van 200 mg Ca²⁺ per liter wordt bereid door 0,55 g CaCl₂, 0,73 g CaCl₂·2H₂O OF 1,1 g CaCl₂·6H₂O in 1 l gedemineraliseerd water op te lossen.

De standaard zeepoplossing wordt bereid door 50 g bruine zeep in 1 l gedemineraliseerd water op te lossen.

2)  Bereiden van oplossingen met verschillende concentraties aan Ca²⁺

Doe 50 ml van de Ca²⁺ standaardoplossing in een maatcilinder

Doe 25 ml uit de maatcilinder in erlenmeyer 1 (of bokaal 1) en sluit deze af (200 mg/l)

Voeg 25 ml gedemineraliseerd water toe aan de oplossing in de maatcilinder en schud goed.

Doe 25 ml uit de maatcilinder in erlenmeyer 2 (of bokaal 2) en sluit deze af (100 mg/l)

Voeg 25 ml gedemineraliseerd water toe aan de oplossing in de maatcilinder en schud goed.

Doe 25 ml uit de maatcilinder in erlenmeyer 3 (of bokaal 3) en sluit deze af (50 mg/l)

Voeg 25 ml gedemineraliseerd water toe aan de oplossing in de maatcilinder en schud goed.

Doe 25 ml uit de maatcilinder in erlenmeyer 4 (of bokaal 4) en sluit deze af (25 mg/l)

Na goed spoelen van de maatcilinder breng je 25 ml gedemineraliseerd water in erlenmeyer 5 (of bokaal 5)

3)  Meten van het schuimgetal van alle oplossingen

Vul een buret of injectiespuit met standaard zeepoplossing.

Neem erlenmeyer 5 (of bokaal 5) met gedestilleerd water. Voeg uit de buret 0,5 ml zeepoplossing toe. Doe de stop op de erlenmeyer en schud 5 seconden heftig. Laat de erlenmeyer even staan en kijk of er een duidelijke schuimkraag op het water te zien is. Als geen schuimkraag te zien is, voeg terug 0,5 ml groene zeepoplossing toe totdat de schuimkraag zichtbaar is. Noteer hoeveel keer je 0,5 ml moet toevoegen! Het aantal ml zeepoplossing die je hebt gebruikt is het schuimgetal van deze oplossing. Noteer het schuimgetal.

Doe hetzelfde voor erlenmeyer 1 tem 4 (of bokaal 1 tem 4). Zo bekom je de schuimgetallen van alle oplossingen.

4)  Opstellen van de ijklijn

Zet de resultaten in een grafiek. Horizontaal zet je de concentratie Ca2+ in mg/l (je hebt dus 5 punten; 0, 25, 50, 100 en 200 mg/l). Verticaal plaats je de schuimgetallen.

Trek een rechte lijn door deze punten: de ijklijn. Je zal zien dat de lijn niet door het nulpunt gaat.

5)  Bepalen schuimgetal te onderzoeken oplossing en aflezen concentratie uit de ijklijn

 Je kunt nu het schuimgetal van de te onderzoeken oplossing bepalen (25 mL in erlenmeyer/bokaal). In de grafiek kun je dan de concentratie Ca²⁺ aflezen.

Als je de Ca²⁺ concentratie wil omzetten tot Duitse hardheidsgraden (^oDH), dan komt 1 °DH overeen met 7,17 mg Ca2+ per liter.

Als je verdere vragen hebt, zal ik mijn best doen ze zo goed mogelijk te beantwoorden.

Vriendelijke groet,

Frederik