[scheikunde] hardheid water

[spikeminoda]

Hallo,
Wat is de formule voor het berekenen van de hardheid van water? AI zegt "°dH = (Ca mg/L × 2,5 + Mg mg/L × 4,1) ÷ 10", maar ik betwijfel of dit juist is. Waarom de 2,5 en 4,1?
Alvast bedankt

[R_Bena]

In plaats van het gekissebis van de laatste dagen hier op het forum zou het beter zijn als de energie van bollebozen naar het beantwoorden van oprechte vragen van bezoekers zou gaan.

[Rotatie]

De factoren 2,5 en 4,1 zijn conversiefactoren om Ca en Mg in mg/L om te zetten naar CaO-equivalenten per liter. Ze zijn dus wél juist, maar afgerond. De officiële (nauwkeurige) formule gebruikt 2,497 en 4,118.

[spikeminoda]

Dankjewel voor de snelle reactie

[Margriet]

...... Waarom de 2,5 en 4,1? ..........

Deze getallen zijn de verhouding van de molmassa's van calciumcarbonaat en die van resp. calcium en magnesium ( 100,1/40,1=2,50 en 100,1/24,3 =4,12) en hiermee kun je het aantal graden Franse hardheid berekenen.

Een graad Franse hardheid komt overeen met 10 mg calciumcarbonaar per liter.

Je kunt hier echter niet rechtstreeks het aantal graden Duitse hardheid berekenen omdat een graad Duitse hardheid overeenkomt met 10 mg calciumoxide per liter.

Maar wat was precies de opdracht? Waar ga je vanuit en wat moet je berekenen? En bekend met molberekeningen?

[HansH]

misschien voor mijn begrip: de hardheid druk je blijkbaar uit in concentratie calcium carbonaat. blijkbaar kun je dan een verrekening maken als je calcium of magnesium ale metaal ionen hebt. ik neem aan dat het begrip hardheid iets zegt over wat die hardheid dan doet en blijbaar kun je dat effect dan schalen naar dezelfde 'effect waarde' via die conversie getallen.
zie ik dat goed op die manier?

[daniel73]

misschien voor mijn begrip: de hardheid druk je blijkbaar uit in concentratie calcium carbonaat. blijkbaar kun je dan een verrekening maken als je calcium of magnesium ale metaal ionen hebt. ik neem aan dat het begrip hardheid iets zegt over wat die hardheid dan doet en blijbaar kun je dat effect dan schalen naar dezelfde 'effect waarde' via die conversie getallen.
zie ik dat goed op die manier?

Ja.
Ja.
Ja, soort-van.
Ja.

Punt is: 'hardheid' is niets anders dan een concentratie van bepaalde positief geladen metaalionen in water die bij verdamping van dat water achterblijven en 'kalkaanslag' veroorzaken. De hoofdveroorzaker is Ca²⁺ uiteraard (calcium -> kalk), maar ook Mg²⁺ en in exceptionele gevallen dingen als Fe²⁺ of Cu²⁺ doen mee.

Het gaat dan altijd om hoeveel 'kalkaanslag' maximaal mag worden verwacht: dat is wat 'hardheid' zegt. Alleen zijn in der loop der tijden allerlei definities ontwikkeld die die hoeveelheid op verschillende manieren omschrijven. Gelukkig kun je het wel eenvoudig uitrekenen als je eenmaal weet wat de formules van de zouten in kalkaanslag zijn. Dat is ten diepste de origine van die conversiefactoren in de beginbijdrage: gelijke massa's magnesium- en calciumcarbonaat en/of -sulfaat bevatten niet dezelfde hoeveelheid magnesium- en calciumionen omdat magnesiumionen lichter zijn.

Als iedereen verstandig was geweest en gewoon de standaard eenheid van concentratie mol/L of mmol/L had gebruikt, zaten we niet met deze ongein. Maar hé, mensen.

[HansH]

mooi antwoord. het is dus eigenlijk gewoon een berekening om het geheel in gewicht van de kalkaanslag uit te drukken.

[HansH]

Ik doe zelf aan bierbrouwen op hobbynivo, zie bv het hobbybrouwforum : https://www.hobbybrouwen.nl/forum/index.php

en daar speelt pH en kalk ook een belangrijke rol. maar daar gaat het niet om de hoeveelheid kalkneerslag, maar hoeveel zuur of base (meestal calcium carbonaat) je moet toevoegen op de optimale ph te krijgen voor de optimale enzymwerking tijdens het maish proces en evt bijstelling van de ph naar ca 5.2 tijdens het koken van de wort.
ik neem dus eigenlijk aan dat daar die bovenstaande hardheids berekening niet zo zinvol is of denken chemici daar anders over?

[spikeminoda]

...... Waarom de 2,5 en 4,1? ..........

Deze getallen zijn de verhouding van de molmassa's van calciumcarbonaat en die van resp. calcium en magnesium ( 100,1/40,1=2,50 en 100,1/24,3 =4,12) en hiermee kun je het aantal graden Franse hardheid berekenen.

Een graad Franse hardheid komt overeen met 10 mg calciumcarbonaar per liter.

Je kunt hier echter niet rechtstreeks het aantal graden Duitse hardheid berekenen omdat een graad Duitse hardheid overeenkomt met 10 mg calciumoxide per liter.

Maar wat was precies de opdracht? Waar ga je vanuit en wat moet je berekenen? En bekend met molberekeningen?

De opdracht is om de calcium- en magnesiumgehalte te bepalen van een watermonster (gewoon vanuit de kraan) met behulp van experimenten die ik heb uitgevoerd, en hierbij dus de hardheid van het water te bepalen in Duitse hardheid. Ik heb het volgende uitgevoerd in duplo met hetzelfde watermonster:
1. Pipetteren van het watermonster in een 300 mL erlenmeyer
2. Voeg 10 mL buffer pH toe (ik weet niet welke buffer het was, dit ging vanuit school) en 5 mL Mg-EDTA oplossing (3g/L)
3. Voeg Erio-T toe (mijn uiteindelijk toegevoegde hoeveelheden waren 1: 0,0229 gram en 2: -1,7x10^-3 gram (<- dat was heel raar want na het toevoegen van het Erio-T had ik meer grammen dan voor het toevoegen??) de oplossing kleurt roodpaars
4. Titreren met 0,02M Na-EDTA oplossing van roodpaars naar zuiverblauw (ik had 1: 4,9 mL en 2: 4,2 mL)

En daarna de meting opnieuw uitgevoerd maar met milliQ en daarbij ben ik gestopt na stap 3 want het kleurde, zoals verwacht, gelijk al zuiverblauw

Ik heb hierbij als reactievergelijking voor Mg gevonden op het internet:
H2Y2- (aq) + Mg2+ (aq) -> MgY2- (aq) + 2H+ (aq)

En nu staat er dus als opdracht:
"Geef de hardheid op in mmol (Ca + Mg) per liter en in Duitse hardheid graden.", alleen ik vroeg me dus af welke formule ik moet gebruiken voor de Duitse hardheid, want elke keer als ik dat opzoek op het internet komen er alleen maar bedrijven met betaalde hardheid-tests tevoorschijn.

[daniel73]

Ik doe zelf aan bierbrouwen op hobbynivo, zie bv het hobbybrouwforum : https://www.hobbybrouwen.nl/forum/index.php

en daar speelt pH en kalk ook een belangrijke rol. maar daar gaat het niet om de hoeveelheid kalkneerslag, maar hoeveel zuur of base (meestal calcium carbonaat) je moet toevoegen op de optimale ph te krijgen voor de optimale enzymwerking tijdens het maish proces en evt bijstelling van de ph naar ca 5.2 tijdens het koken van de wort.
ik neem dus eigenlijk aan dat daar die bovenstaande hardheids berekening niet zo zinvol is of denken chemici daar anders over?

Nee, niet zinvol. Je maakt dan gebruik van het andere ion in kalk, carbonaat = CO₃^2-, om een zuur-basereactie uit te lokken. Hierbij ontstaat CO₂-gas dat vrij snel uit het mengsel verdwijnt en daardoor de pH blijvend verandert. Maar het probleem hierbij is dat je een extra ion cadeau krijgt, in dit geval het Ca²⁺-ion. Dat blijft achter in het mengsel en verandert daarmee ook de smaak van het geheel. Daarom wordt geen soda = natriumcarbonaat gebruikt, omdat wij natrium-ionen als 'zout' ervaren. Calcium-ionen kunnen we mogelijk proeven, maar hebben bij lange na niet de onmiskenbare intensiteit van natrium-ionen. Magnesium-ionen zijn bitter, lithium-ionen giftig en duur, kalium-ionen ziltig maar met een nare bijsmaak, en en en. Calcium is dan een veilige keus. Om dezelfde reden wordt maïs genixtamaliseerd (zoek dat maar op ) met calciumhydroxide = Ca(OH)₂ en niet met het veel toegankelijker natriumhydroxide = NaOH.

En als je ergens kalkafzetting zou krijgen in een brouwproces is er altijd wel ergens een filter of een schoonmaak ná het brouwen dat de kalk verwijdert.

[daniel73]

"Geef de hardheid op in mmol (Ca + Mg) per liter en in Duitse hardheid graden.", alleen ik vroeg me dus af welke formule ik moet gebruiken voor de Duitse hardheid, want elke keer als ik dat opzoek op het internet komen er alleen maar bedrijven met betaalde hardheid-tests tevoorschijn.

Je hebt die conversie helemaal niet nodig . Er wordt immers gevraagd naar de concentratie van ionen in mM; en omdat calcium en magnesium beide tweewaardig zijn bereken je niet zozeer een calcium- of magnesium-concentratie maar een 'concentratie van willekeurige tweewaardige ionen'. De reactie tussen het EDTA-ion en zo'n tweewaardig ion is hetzelfde dus maakt het voor de reactievergelijking niet uit.

En vervolgens gebruik je een bekende conversiefactor (zie Wikipedia) om concentratie in mM naar ºdH om te zetten.

Nu heb ik wel voldoende voorgezegd, denk ik. Er zit nog één addertje onder het gras uiteraard, maar die mag je zelf proberen te vinden. Wel een leuk addertje, trouwens.

[spikeminoda]

"Geef de hardheid op in mmol (Ca + Mg) per liter en in Duitse hardheid graden.", alleen ik vroeg me dus af welke formule ik moet gebruiken voor de Duitse hardheid, want elke keer als ik dat opzoek op het internet komen er alleen maar bedrijven met betaalde hardheid-tests tevoorschijn.

Je hebt die conversie helemaal niet nodig . Er wordt immers gevraagd naar de concentratie van ionen in mM; en omdat calcium en magnesium beide tweewaardig zijn bereken je niet zozeer een calcium- of magnesium-concentratie maar een 'concentratie van willekeurige tweewaardige ionen'. De reactie tussen het EDTA-ion en zo'n tweewaardig ion is hetzelfde dus maakt het voor de reactievergelijking niet uit.

Dankjewel voor de hulp, Daniel! Ik heb het berekend:
EDTA 0,02 M
hoeveelheid watermonster: 50 mL
gemiddelde hoeveelheid edta toegevoegd: 4,55 mL = 0,00455 L
n (Mg en Ca) = c x V = 0,02 x 0,00455 = 9,1 x10^-2 mmol per 50 mL
9,1 x10^-2 mmol/50 mL x 20 = 1,82 mmol/L
Conversiefactor: 5,6
Dus 1,82 mmol/L x 5,6 = 10,192 dH