Laborbericht. Wasserhärte Leitfähigkeit. Anna Senn Bianca Theus

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1 Laborbericht Wasserhärte Leitfähigkeit Anna Senn Bianca Theus

2 Inhaltsverzeichnis 1. Ziel Theorie Leitfähigkeit Wasserhärte Entstehung von Wasserhärte Bestimmung der Wasserhärte Material Vorgehen Messwerte/Resultate Leitfähigkeit/Wasserhärte der verschiedenen Proben Diagramm 1 (ohne die zwei letzten Messpunkte) Diagramm 2 (mit den beiden letzten Messpunkten) Ionenbilanz Kreisdiagramm (Ionenbilanz) Interpretation Wasserhärte Ionenbilanz Quellen... 8 i

3 Wasserhärte, Leitfähigkeit 1. Ziel Ziel war es, mit Hilfe einer Titration die Härte verschiedener Wässer zu ermitteln sowie die Ionenbilanz eines Wassers mit bekannter Mineralisierung zu überprüfen. 2. Theorie 2.1 Leitfähigkeit Die Leitfähigkeit von Wasser wird in µs/cm (micro-siemens) angegeben. Ein Siemens entspricht 1 Ohm -1. Es handelt sich also um eine Widerstandsmessung. Reines Wasser ist ein schlechter Leiter für elektrischen Strom. Seine Leitfähigkeit wird erhöht, wenn Salze in ihm gelöst werden. Sie besitzen dementsprechend die Fähigkeit, elektrischen Strom zu leiten. Die Höhe der Leitfähigkeit ist abhängig von der Art und Menge der gelösten Salze. Die Leitfähigkeit einer Lösung ist die Summe aller Einzelleitfähigkeiten aller vorhandenen Anionen und Kationen. Diese Salze können einen natürlichen Ursprung haben (z.b. Verwitterung von Gesteinen) oder aber menschlicher Herkunft sein (z.b. Streusalz, Industrieabwässer). Hauptbestandteil in Fliessgewässern bilden folgende Salze: Na +, K +, Mg 2+, Ca 2+ und NH4 + sowie Cl -, SO 2-4, HCO - 3, H 2 PO 4- und NO - 3. Sie leisten hauptsächlich ihren Beitrag zur Leitfähigkeit des Wassers. Die elektrische Leitfähigkeit von ist abhängig von der Temperatur des Wassers, von der Konzentration und dem Dissoziationsgrad der einzelnen Elektrolyte, von deren elektrochemischen Wertigkeiten und von der Wanderungsgeschwindigkeit der einzelnen Ionen in Feldrichtung. Bei konstanter Temperatur ist die Leitfähigkeit von Wasser eine Funktion seiner Konzentration an Ionen. Durch vergleichende Messungen lässt sich also z.b. bei Proben gleicher Herkunft feststellen, ob sich der Gehalt an gelösten Salzen über einen bestimmten Zeitraum hin ändert. Da man bei einer einfachen Leitfähigkeitsmessung wie wir sie gemacht haben natürlich nicht die Zusammensetzung eines Wassers im Detail kennt und jedes Ion seine eigene spezifische Leitfähigkeit aufweist, lässt sich der exakte Salzgehalt daraus natürlich nicht ableiten. 1

4 2.2 Wasserhärte Die Härte des Wassers ( Wasserhärte ) hängt von dem Gehalt an Calcium- und Magnesiumverbindungen ab. Je höher der Gehalt ist, desto härter ist das Wasser. Die Wasserhärte wird in französischen Härtegraden (ºf) oder deutschen Härtegraden ( d) gemessen. Die Angabe in deutschen Härtegraden bedeutet: 100l Wasser mit 1 d enthalten ebenso viele Ca + - Ionen wie 1g Calciumoxid. Gesamthärte (mmol/l) Deutsche Härtegrade ( d) Härtebereich bis weich mittel hart über 3.8 über 21 4 sehr hart 2.3 Entstehung von Wasserhärte Kohlendioxidhaltiges Niederschlagswasser löst in Gesteinsschichten Mineralien heraus. Die unterschiedliche Wasserhärte hängt von der Gesteinsschicht und Verweildauer des Wassers in dieser Schicht ab. Die Gesamthärte kann unterteilt werden in: Calcium-, Magnesium- und Sulfat- Ionen die nach dem Kochen gelöst im Wasser zurückbleiben bleibende Härte Den ausgefällten Teil vorübergehende Härte (Carbonhärte) Beide zusammen machen die Gesamthärte aus. Die Gesamthärte ist ein Mass für den Gehalt an Calcium Ionen und Magnesium Ionen im Wasser. Beim Kochen geschieht folgendes: Ca HCO 3 - CaCO 3 + H 2 O + CO 2 (endotherm) Calciumcarbonat fällt aus. Calcium Ionen reagieren dabei mit Hydrogencarbonat- Ionen im Wasser. Calciumcarbonat setzt sich als Kesselstein unter anderem in Wasserboilern, Kaffeemaschinen und Heizkesseln ab. 2

5 2.4 Bestimmung der Wasserhärte Die Wasserhärte kann man durch Komplexbildungstitration mit dem Dinatriumsalz der Ethylendiamintetraessigsäure (EDTA, Titriplex III) bestimmen. In die Wasserprobe wird Ammoniak sowie eine Puffertablette gegeben, das Wasser färbt sich rot. Anschliessend wird die Probe mit der Triplex III-Lösung von rot über grau auf grün titriert. 3. Material Bürette, Stativ Messzylinder, Bechergläser, Pipette Magnetrührwerk, Magnetrührer ph- bzw. Leitfähigkeitsmessgerät Indikator Puffertabletten, EDTA (Triplex III), Ammoniak Verschiedene Wasserproben, destilliertes Wasser 4. Vorgehen 1. Bürette in das Stativ klemmen, Magnetrührer platzieren 2. Bürette mit EDTA auffüllen, Luftblasen entfernen, auf Anfangsmarke auffüllen 3. Messzylinder sowie Becherglas mit dem zu titrierenden Wasser spülen, 100 ml Wasserprobe abmessen 4. Leitfähigkeit messen (falls Leitfähigkeit grösser als 400, Probe in geeignetem Verhältnis mit dest. Wasser verdünnen, gut durchmischen, Leitfähigkeit erneut messen) 5. eine Indikator Puffertablette und anschliessend 2ml Ammoniak hinzufügen (Lsg. färbt sich rot 6. das Becherglas mit der Probe auf den Magnetrührer stellen, ein weisses Blatt dazwischen legen, 7. Magnetrührer einschalten und mit der Titration von rot über grau auf grün beginnen. 8. sobald sich die Probe grau färbt den Titrationsverbrauch ablesen. Aus dem Titrationsverbrauch lässt sich der deutsche Härtegrad bestimmen (den d kann man direkt vom Titrationsverbrauch übernehmen; Beispiel: Titrationsverbrauch: 6.1 ml dt. Härtegrad: 6.1) 3

6 5. Messwerte/Resultate 5.1 Leitfähigkeit/Wasserhärte der verschiedenen Proben Guggerbach: 243 µs/cm Leitungswasser Monstein: 227 µs/cm Leitungswasser Caslano (Ti): 236 µs/cm Leitungswasser Valcros (F): 493 µs/cm Leitungswasser Gerling (A): 376 µs/cm Bach Gerling (A): 395 µs/cm Pool-Wasser (F): 3080 µs/cm Valserwasser Classic: 2870 µs/cm??! Leitfähigkeit (µs/cm) Titrationsverbrauch (ml) Härte ( d) Erdalkaliionen (mmol/l) Mit Hilfe dieser Daten lässt sich ein Diagramm erstellen in dem man die deutsche Härte als Funktion der Leitfähigkeit darstellt. Für dieses Diagramm macht man sich zunutze dass sich Härte und Leitfähigkeit linear verhalten (sollten ). 4

7 5.2 Diagramm 1 (ohne die zwei letzten Messpunkte) Wasserhärte dt.härte ( d) dt.härte ( d) Linear (dt.härte ( d)) Leitfähigkeit (micro-s/cm) 5.3 Diagramm 2 (mit den beiden letzten Messpunkten) Wasserhärte dt.härte ( d) Leitfähigkeit (micro-s/cm) dt.härte ( d) Linear (dt.härte ( d)) 5

8 5.4 Ionenbilanz Um eine Ionenbilanz erstellen zu können braucht man ein Wasser mit bekannter Mineralisierung. Für unsere Bilanz verwendeten wir die Daten von Valser Wasser Classic die auf der Etikette zu finden waren. Diese Daten sind nicht ganz vollständig, reichen jedoch für unsere Berechung. Kationen Ladung mg/l Atommasse (g/mol) C (mmol/l) C (mval/l) in % Ca % Mg % Na % % Anionen 2- SO % - HCO % - NO % Cl % % Total 1' % Die Konzentration in mval/l der Kationen und Anionen sollte je 50% betragen. Wie man der obigen Tabelle entnehmen kann ist das nicht ganz der Fall, die Differenz ist jedoch nicht gross. 6

9 5.5 Kreisdiagramm (Ionenbilanz) 11.78% 0.00% 0.13% 38.39% 40.52% Ca2+ Mg2+ Na+ So4 2- HCO3 - NO3 - Cl % 8.28% 6. Interpretation 6.1 Wasserhärte Die Abweichungen der Messpunkte von der Trendlinie könnten durch verschiedene Fehlerquellen verursacht worden sein: Bei der Titration von rot über grau auf grün haben wir nicht immer ein weisses Blatt zwischen das Becherglas und das (graue) Magnetrührwerk gelegt. Da alle Laborgruppen dasselbe Leitfähigkeitmessgerät benutzt haben kann es passiert sein dass noch ein wenig Wasser von der vorhergehenden Gruppe im Messgerät war und das Gerät nicht mit dest.-wasser gespült wurde. Die sehr grosse Abweichung der Leitfähigkeit des Valserwassers lässt sich (mit Hilfe unserer Kenntnisse) nicht erklären 7

10 Zusätzlich zu unseren Titrationen mit Süsswasser versuchten wir die Härte von Meerwasser zu ermitteln. Dazu verwendeten wir Wasser aus dem Mittelmeer. Damit sich das Salz im Wasser senken konnte liessen wir die Probe eine Woche lang stehen. Um zu titrieren entnahmen wir das Wasser mit einer Pipette damit das Wasser nicht erneut durchmischt wurde. Als wir dann die Härte bestimmen wollten stellte sich heraus dass im Wasser zu viele störende Stoffe waren, sodass wir zu keinem Ergebnis kommen konnten. 6.2 Ionenbilanz Die Ionenbilanz stimmt nicht ganz. Wie aber auf Seite 7 zu sehen ist, ist dort zusätzlich zu den Kationen und Anionen die wir für die Ionenbilanz berücksichtigt haben eine Reihe weiterer Ionen aufgelistet. Die Differenz könnte also durch diese nicht mit einberechneten Ionen verursacht worden sein. Ansonsten können wir keine weiteren Gründe für diese Differenz erkennen 7. Quellen Unterlagen aus dem Unterricht Internet Chemiebuch Schroedel I 8