Жорсткість води
- 15-11-2023, 06:03
- 191
11 клас , Хімія 11 клас Попель, Крикля (рівень стандарту)
§ 28. Жорсткість води
Матеріал параграфа допоможе вам:
- отримати інформацію про жорсткість води;
- дізнатися про способи усунення жорсткості води.
Жорсткість води. На виробництві, у побуті майже завжди використовують прісну воду. У ній містяться невеликі кількості різних йонів, серед яких — катіони Са2+ і Mg2+(мал. 80). Наявність цих йонів зумовлює так звану жорсткість води — властивість, яка спричиняє певні проблеми під час її використання. У «м’якій» воді концентрація катіонів Кальцію і Магнію дуже мала.
Мал. 80. Вміст йонів у популярній мінеральній воді
Цікаво знати
В 1 л дніпровської води міститься в середньому 64 мг йонів Кальцію і 12 мг йонів Магнію.
Мило1 у жорсткій воді утворює мало піни, що не сприяє відокремленню часточок бруду від поверхні тканини. Складники мила (аніони карбонових кислот — пальмітинової, стеаринової) взаємодіють із йонами Са2+ і Mg2+ з утворенням нерозчинних сполук Кальцію і Магнію:
1 Милами називають солі вищих карбонових кислот і лужних елементів.
Під час прання такі сполуки осідають на тканині й погіршують її якість.
Вода зі значною жорсткістю негативно діє на виробниче устаткування, побутову техніку, в яких здійснюють її нагрівання або кип’ятіння. Тому в багатьох випадках намагаються пом’якшити воду, тобто позбутися якомога більшої кількості йонів Кальцію і Магнію в ній.
Розрізняють тимчасову і постійну жорсткість природної води.
Тимчасова, або карбонатна, жорсткість. Цей вид жорсткості зумовлений наявністю в природній воді катіонів Са2+, Mg2+ і аніонів НСО3, тобто вмістом розчинених гідрогенкарбонатів Са(НСО3)2 і Mg(HCO3)2. При кип’ятінні такої води відбуваються реакції
Цікаво знати
У побуті накип зазвичай видаляють за допомогою оцту.
Середні карбонати, осаджуючись, утворюють так званий накип у системах водяного опалення, парових котлах. Це погіршує теплообмін, зменшує пропускну спроможність тепломагістралей, іноді спричиняє аварії. Накип з’являється в чайниках, прасках, пральних машинах, на поверхні нагрівних пристроїв (мал. 81), водопровідних кранів.
Мал. 81. Нагрівний елемент із накипом
Гідрогенкарбонати Кальцію і Магнію постійно утворюються під час взаємодії карбонатних мінералів (СаСО3, MgCO3 із розчиненим у природній воді вуглекислим газом:
За певної зміни зовнішніх умов (наприклад, при підвищенні температури) відбуваються зворотні реакції. Середні солі, виділяючись із води, нерідко утворюють у вапнякових печерах карбонатні «бурульки» — сталактити — і баштоподібні нарости — сталагміти (мал. 82).
Мал. 82. Сталактити (вгорі) і сталагміти (внизу)
Найпростіший спосіб усунення тимчасової жорсткості природної води — її кип’ятіння. При цьому відбуваються реакції згідно з наведеними вище хімічними рівняннями. Після відокремлення осаду карбонатів відстоюванням або фільтруванням вода містить значно менше йонів Са2+ і Mg2+ (за рахунок розчинених сульфатів та інших солей цих елементів).
Природну воду можна «звільнити» від гідрогенкарбонатів Кальцію і Магнію, додавши до неї невелику кількість гашеного вапна
Са(НСО3)2 + Са(ОН)2 = 2СаСО3↓ + 2Н2О;
Mg(HCO3)2+ Са(ОН)2 = MgCO3↓ + СаСО3↓ + 2Н2О
чи кальцинованої соди:
М(НСО3)2 + Na2CO3 = МСО3↓ + 2NaHCO3
(М — Са, Mg).
Постійна, або некарбонатна, жорсткість природної води зумовлена наявністю у ній катіонів Са2+ і Mg2+, які належать іншим розчиненим солям Кальцію і Магнію (наприклад, сульфатам).
Усунути постійну жорсткість води кип’ятінням не можна. Цього досягають додаванням до неї кальцинованої соди або натрій ортофосфату. Внаслідок реакцій обміну йони Са2+ і Mg2+ осаджуються повністю:
CaSO4 + Na2CO3 = СаСО3↓ + Na2SO4;
3MgSO4+ 2Na3PO4 = Mg3(PO4)2↓ + 3Na2SO4.
Сода й ортофосфат усувають не лише постійну, а й тимчасову жорсткість води:
3Mg(HCO3)2 + 2Na3PO4= Mg3(PO4)2↓ + 6NaHCO3.
Незначна кількість йонів Натрію, яка потрапляє при цьому у воду, не впливає на її технологічні якості.
• Складіть йонно-молекулярне рівняння останньої реакції.
За сумарною концентрацією йонів Кальцію і Магнію визначають загальну жорсткість води.
Цікаво знати
Оптимальний вміст у питній воді йонів Са2+ 25—75 мг/л, а йонів Mg2+ 10—50 мг/л.
На деяких виробництвах для усунення жорсткості води використовують особливі речовини — йонообмінні смоли. Іноді у воду, яку застосовують для технічних потреб, додають реагенти, що «зв’язують» йони Са2+ і Mg2+ у розчинні, стійкі до підвищення температури сполуки і цим запобігають утворенню накипу. Такі реагенти використовують при експлуатації пральних і посудомийних машин.
Видалити всі розчинені солі з води можна, застосувавши перегонку й отримавши дистильовану воду.
ВИСНОВКИ
Жорсткість природної води зумовлена наявністю у ній йонів Кальцію і Магнію. Гідроген-карбонати цих елементів визначають тимчасову жорсткість води, а інші розчинені солі Кальцію і Магнію — її постійну жорсткість.
Тимчасову жорсткість води усувають кип’ятінням, додаванням гашеного вапна, кальцинованої соди, а загальну — додаванням кальцинованої соди, натрій ортофосфату, деяких інших речовин, а також за допомогою йонообмінних смол.
- 226. Жорсткою чи м’якою є дощова вода, тала вода? Відповідь обґрунтуйте.
- 227. Чому мило не милиться у воді зі значною жорсткістю?
- 228. Як позбавити природну воду розчинених солей Магнію та Кальцію?
- 229. Чи можна усунути постійну жорсткість води кип’ятінням? Чому?
- 230. Чи можна повністю усунути жорсткість води додаванням гашеного вапна? Відповідь аргументуйте.
- 231. За результатами хімічного аналізу вміст деяких йонів у природному джерелі такий: Са2+ — 100 мг/л; Mg2+ — 24 мг/л; НСО-3 — 488 мг/л. Обчисліть масу осаду, який виділиться при кип’ятінні 0,5 л води цього джерела.
Коментарі (0)