引言：
要计算水的硬度，EDTA（乙二胺四乙酸）是一种常用的螯合剂，通过其与水中的钙和镁离子形成稳定的络合物来实现。这种方法不仅简便有效，而且在水质分析和处理中具有广泛应用。
什么是水硬度？
硬水是指矿物质含量高的水(相对于“软水”)。当水通过石灰石、白垩或石膏的沉积物渗透时，就形成了硬水，这些沉积物主要由钙和碳酸镁、碳酸氢盐和硫酸盐组成。天然水总是含有各种溶解离子，包括 Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Cl-、HCO3- 和其他一些离子。如果 Ca 和 Mg 离子的浓度相对较大，则称水为硬水。
饮用硬水可能有一定的健康益处。在工业环境中，它可能会造成严重的问题，因为要监测水的硬度，以避免锅炉、冷却塔和其他处理水的设备发生昂贵的故障。在家庭环境中，硬水通常表现为肥皂在水中搅动时没有泡沫形成，以及水壶和热水器中形成水垢无论在什么地方，水的硬度是一个关注，水软化常用来减少硬水的不利影响。
1. EDTA 在水中有什么作用？
（1）近年来水的软化方法除采用阳离子交换树脂外，就是应用掩蔽剂使有害金属离子形成稳定的水溶性螯合物。在一般水的软化中，应用最广的是价廉并可大量生产的各种磷酸钠，其中尤以六偏磷酸盐对钙离子的掩蔽能力大于其它磷酸盐，因此用得最多。但由于这类无机盐对热的稳定性差，在蒸汽机车和热电站等重要工业部门的高压高温设备或锅炉中，已为EDTA所代替。EDTA的优点是不仅在热水中不会分解。而且生成的螯合物远比聚合磷酸盐稳定，可使金属离子的浓度降得很低。如在锅炉或蒸发器中使用未经处理的硬水，则内层常有钙或铁化合物的锅垢产生，此时可用EDTA的碱金属盐和少量(由锅垢成分决定)对铁有强螯合能力的葡萄糖酸，柠檬酸，三乙醇胺等混合物作去垢剂，一般用3～10%溶液在203°C下加热搅拌2小时，沉积层则变为多孔疏松，再用水冲洗即被除去。采用上述方法除垢，对锅炉无腐蚀作用。该方法亦可用于大宾馆和大酒店夏季降温时循环水的处理，即加入适量EDTA及氨缓冲液调节pH值在10左右，此循环水可长期使用，而不会结垢。其它也有用EDTA，润湿剂，铬酸钾，锌粉和多磷酸盐混合物作除垢剂。
洗衣应用中水硬度的降低和锅炉中污垢的溶解都依赖于EDTA和相关络合剂结合Ca2+、Mg2+以及其他金属离子。一旦与EDTA结合，这些金属络合物就不太可能形成沉淀或干扰肥皂和洗涤剂的作用。
（2）出于类似的原因，清洗液通常含有EDTA。类似地，EDTA在水泥工业中用于测定水泥和熟料中的游离石灰和游离镁。
（3）用EDTA可以实现Fe3+离子在接近中性的pH或以下的溶解。这种特性在包括水培在内的农业中是有用的。然而，由于配体形成的pH依赖性，EDTA无助于提高中性土壤中铁的溶解度另外，在接近中性的pH值及以上时，铁(III)会形成不溶性的盐，对敏感植物来说，这些盐的生物利用度较低。
2. 使用 EDTA 的水硬度评估方法
硬水可能导致许多问题。因此，有一种简单的方法来确定硬度非常重要。这种方法基于用络合剂（称为乙二胺四乙酸 (EDTA)）溶液滴定水样。该试剂的常见形式是二钠盐 Na2H2EDTA。它是无色的。可以称量并溶解在水中以形成稳定的溶液。在高 pH 值（> 10）下，剩余的质子离开 EDTA 形成 EDTA4- 阴离子。该离子很容易与 Mg2+（和 Ca2+）反应形成无色复合物：Mg2+ + EDTA4-→MgEDTA2-。
（1）实验原理
所有反应物也都是无色的。因此，为了检测该反应的终点，我们需要一种指示剂。在乙二胺四乙酸二钠测定中，当测定样品中存在铬黑T指示剂时，饮用水中的钙、镁等会与铬黑T形成紫红色络合物。从物理性质来看，相比于乙二胺四乙酸钙及乙二胺四乙酸镁等化合物，铬黑T与钙、镁离子所形成的络合物稳定性差，这就为测定指示剂的发生创造了条件。为此，在pH=10时，乙二胺四乙酸二钠溶剂会与水中的钙、镁二价离子形成络合物。随着溶剂的滴入，至终点状态时，会出现天蓝色。
赵艳等人报道了用乙二胺四乙酸二钠测定饮用水中硬度。在整个测定实验中，主要涉 5 种试剂，如表 1 所示：
（2）测定步骤
通常，50 毫升自来水样本是合理的。向样本中添加 5 毫升缓冲液和 3-5 滴指示剂。用 50 毫升滴定管中的 EDTA 滴定，并记录颜色何时从红色变为蓝色。重复滴定两次，以准确测量总 Mg2+ 和 Ca2+ 浓度。
（3）用 EDTA 计算水硬度的步骤
在等当点，滴定前 Mg 的摩尔数恰好等于添加的 EDTA 的摩尔数。
NMg = NEDTA
溶液 NX 中任何化合物的摩尔数可以写为
NX = CX VX，其中 CX 为摩尔浓度，VX 为体积。因此，
CMgVMg = CEDTA VEDTA，
且 CMg = CEDTA VEDTA/ VMg-
（4）影响测量精度的因素
在实验中发现，测定实验易受到缓冲溶液、滴定速度、水样温度、pH值、试剂配制等的影响，导致测定结果不准确。为此，在测定中，需要严格测定操作规范，保持良好的测定环境，并强化对影响因子的控制，做好相关注意事项，提高测定结果的准确性。
3. 水硬度分析的应用和优点
通过了解水中的矿物质含量，您可以确保对饮用水进行适当的处理，以获得安全的饮用水。在工业环境中，了解水硬度对于各个行业的化学过程至关重要，因为它会影响产品一致性和效率等因素。对于家庭和企业来说，水硬度分析可以帮助确定是否需要软水器。这可以节省从肥皂和清洁产品到家电维修和保养等所有方面的费用。
参考：
[1]赵艳. 乙二胺四乙酸二钠测定饮用水中硬度影响因素及注意事项[J]. 现代食品,2019(19):138-141. DOI:10.16736/j.cnki.cn41-1434/ts.2019.19.046.
[2]周林宗,张宗贵. 乙二胺四乙酸的应用简介[J]. 楚雄师专学报,2001,16(3):71-73. DOI:10.3969/j.issn.1671-7406.2001.03.019.
[3]https://staff.buffalostate.edu/nazareay/che112/ex4.htm
[4]https://www.quora.com/The-titration-of-a-50-ml-water-sample-for-total-hardness-requires-24-25-ml-of-0-01-molar-EDTA-What-is-the-hardness-of-water-as-PPM-of-calcium-carbonate
[5]https://en.wikipedia.org/wiki/
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