ГМ-19 хімія 26.11.2020
Виконану роботу надіслати на електронну пошту
26.11.2020
Комбіноване заняття (2 год.)
Тема 9.13. Жорсткість води.
Опрацювати: Хімія 11 клас (за посиланням «Підручники»), §28, с.171-175.
Виконати (письмово):
1. Жорсткою чи м’якою є дощова вода, тала вода? Відповідь обґрунтуйте.
2. Чому мило не милиться у воді зі значною жорсткістю?
3. Як позбавити природну воду розчинених солей Магнію та Кальцію?
4. Чи можна усунути постійну жорсткість води кип’ятінням? Чому?
5. Чи можна повністю усунути жорсткість води додаванням гашеного вапна? Відповідь аргументуйте.
Жорсткість води. На виробництві, у побуті майже завжди використовують прісну воду. У ній містяться невеликі кількості різних йонів, серед яких — катіони Ca2+ і Mg2+. 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.
Цікаво знати: в 1 л дніпровської води міститься в середньому 64 мг йонів Кальцію і 12 мг йонів Магнію.
Мило (милами називають солі вищих карбонових кислот і лужних елементів) 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:
Са2+ + 2С17Н35СОО– → (С17Н35СОО)2Са↓.
кальцій стеарат
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 Ca2+, Mg2+ і аніонів HCO3–, тобто вмістом розчинених гідрогенкарбонатів Ca(HCO3)2 і Mg(HCO3)2. При кип’ятінні такої води відбуваються реакції
Ca(HCO3)2 = CaCO3↓ + CO2↑ + H2O;
Mg(HCO3)2 = MgCO3↓ + CO2↑ + H2O.
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, водопровідних кранів.
Цікаво знати: у побуті накип зазвичай видаляють за допомогою оцту або розчину лимонної кислоти.
Гідрогенкарбонати Кальцію і Магнію постійно утворюються під час взаємодії карбонатних мінералів (CaCO3, MgCO3) із розчиненим у природній воді вуглекислим газом:
MеCO3 + CO2 + H2O ↔ Mе2+ + 2HCO3–.
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.
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 Ca2+ 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
Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 = 2CaCO3↓ + 2H2O;
Mg(HCO3)2 + Ca(OH)2 = MgCO3↓ + CaCO3↓ + 2H2O
чи кальцинованої соди:
Ме(HCO3)2 + Na2CO3 = МеCO3↓ + 2NaHCO3
(Ме — Са, Mg).
Постійна, або некарбонатна, жорсткість природної води зумовлена наявністю у ній катіонів Ca2+ 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 Сa2+ і Mg2+ осаджуються повністю:
CaSO4 + Na2CO3 = CaCO3↓ + 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.
За сумарною концентрацією йонів Кальцію і Магнію визначають загальну жорсткість води.
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 Ca2+ 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.
Цікаво знати: оптимальний вміст у питній воді йонів Са2+ 25—75 мг/л, а йонів Mg2+ 10—50 мг/л.
Класифікація води за жорсткістю
· дуже м'яка — до 1,5 ммоль/дм³;
· м'яка — 1,5-3,0 ммоль/дм³;
· помірно жорстка — 3,0-6,0 ммоль/дм3;
· жорстка — 6,0-9,0 ммоль/дм3;
· дуже жорстка — понад 9,0 ммоль/дм3.
ВИСНОВКИ
Жорсткість природної води зумовлена наявністю у ній йонів Кальцію і Магнію. Гідрогенкарбонати 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.
Комментарии
Отправить комментарий