Хімія

Тема: Твердість води та способи її усунення

 Теоретична частина.

У природі чистої води не буває: вона завжди містить домішки яких-небудь речовин. Зокрема, взаємодіючи із солями, що містяться в земній корі, вона набуває певної твердості.

Твердість води — сукупність властивостей, зумовлених вмістом у воді катіонів кальцію Са2+ і катіонів магнію Мg2+. Якщо концентрація цих катіонів велика, то воду називають твердою, якщо мала — м’якою. Саме вони надають специфічних властивостей природним водам. Під час прання білизни у твердій воді погіршується якість тканин і підви щуються витрати мила, необхідного на зв’язування катіонів Са2+ і Мg2+:

17Н35СОO + Са2+ = (С17Н35СОО)2 Са↓;

17Н35СОО + Мg2+ = (С17Н35СОО)2 Мg↓,

і піна утворюється лише після повного осадження цих катіонів.

Тверда вода непридатна для використання у парових котлах: розчинені у ній солі під час кип’ятіння утворюють на стінках котлів шар накипу, який погано проводить теплоту. Це призводить до перевитрат палива, передчасного зносу котлів, а іноді, внаслідок перегрівання котлів, і до аварії. Твердість води шкідлива для металевих конструкцій, трубопроводів, кожухів охолоджуваних машин.

Катіони кальцію Са2+ зумовлюють кальцієву твердість, а катіони Мg2+ — магнієву твердість води. Загальна твердість складається з кальцієвої і магнієвої, тобто із сумарної концентрації у воді катіонів Са2+ і Мg2+.

Відносно процесів зм’якшення води розрізняють твердість карбонатну і некарбонатну. Карбонатною називається твеpдість, зумовлена наявністю тієї частини катіонів Са2+ і Mg2+, яка еквівалентна гідрокарбонатним іонам НСО3, що містяться у воді. Іншими словами, карбонатна твердість спричинена наявністю гідрокарбонатів кальцію і магнію. Під час кип’ятіння гідрокарбонати руйнуються, а малорозчинні карбонати, що утворюються, випадають в осад, і загальна твердість води зменшується на значення карбонатної твердості. Тому карбонатну твердість називають також тимчасовою твердістю. Під час кип’ятіння катіони Са2+ осідають у вигляді карбонату кальцію:

Са2+ + 2НСO3 = СаСО3 ↓ + Н2О + СO2,

а катіони магнію Mg — у вигляді основного карбонату або у вигляді гідроксиду магнію (при pH > 10,3):

2Мg2+ + 2НСО3 + 2OН = (МgОН)2 СО3 ↓ + Н2О + СО2

(гідроксид-іони ОН утворюються за рахунок взаємодії іонів НСО3 з водою: НСО3 + Н2О ⇆ Н2СО3 + ОН ).

Та частина твердості, що зберігається після кип’ятіння води, називається некарбонатною. Вона визначається вмістом у воді кальцієвих і магнієвих солей сильних кислот, переважно сульфатів і хлоридів. Під час кип’ятіння ці солі не видаляються, а тому некарбонатну твердість називають також постійною твердістю.

Твердість води господарсько-питних водопроводів не повинна перевищувати 7 мекв/л (ГОСТ 2874—82).

Дуже часто тверду воду перед використанням зм’якшують. Звичайно цього досягають обробкою води різними хімічними речовинами. Так, карбонатну твердість можна усунути додаванням гашеного вапна:

Са2+ + 2НСО3 + Са2+ + 2OН = 2СаСО3↓+ 2Н2О;

Мg2+ + 2НСО3 + 2Са2+ + 4OН = Мg(ОН)2↓ + 2СаСО3 і + 2Н2O.

При одночасному додаванні вапна і соди можна позбутися карбонатної і некарбонатної твердості (вапняно-содовий спосіб). Карбонатна твердість при цьому усувається вапном (див. вище), а некарбонатна — содою:

Са2+ + С02-3 = СаСО3↓; Мg2+ + СO2-3 = МgСО3

і далі

МgСО3 + Са2+ + 2OН = Мg(ОН)2 ↓ + СаСО3

Завдання для самоконтролю

 1. Між якими речовинами, що зазначені нижче, можуть відбуватися хімічні реакції за звичайних умов:
а) Магній і натрій гідроксид;
б) кальцій оксид і сульфатна кислота;
в) магній оксид і сульфур(IV) оксид?

 2.Скласти рівняння реакцій, в результаті яких відбуваються такі перетворення:
Ca0 → Ca2+
Ba0 → Ba2+
Mg2+ → Mg(OH)2
CaCO3 → Сa2+
MgCO3 → Mg2+
Ba2+ → BaCO3.

Викладач : Геревич О.В.