ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
Адсорбционные процессы, включающие в себя как процессы чисто включающий в себя физические, так и процессы, ведущие к образованию новых химических веществ весьма разнообразны. К ним относятся и процессы ионообменной хроматографии, протекающие между ионитом и растворами электролита. Благодаря своей универсальность и гибкости эти процессы нашли широкое применение в аналитической химии, пищевой и гидрометаллургической промышленности, в теплоэнергетике, водоподготовке и во многих других областях науки и техники, и в настоящее время вытесняют из производственной практики другие методы сорбции [1-3]. Несмотря на большой ассортимент промышленных ионитов, большинство из них, особенно, поликонденсационного типа отличаются такими низкими показателями, как низкая скорость сорбции, малая устойчивость к термическим, химическим воздействиям и др. Это ограничивает возможности и сферы их применения [4,5]. Нами получен новый монофункциональный сульфокатионит на основе взаимодействия стирола с доступным и дешевым отходом сельскохозяйственной и хлопкоочистительной промышленности.
После сульфирования стирольно-фурфурольного полимера, полученный катионит переводили в Н-форму и определяли его основные физико-химические и сорбционные свойства. Для установления функциональности и степени их диссоциации была снята кривая потенциометрического титрования (рис.1), которую снимали методом отдельных навесок катионита в Н-форме, путем контактирования раствора хлористого натрия и едкого натрия (Сисх=0.1N раствор) по методике [8].
Рис.1. Кривая потенциометрического титрования. По достижении равновесия через 48 часов определяли рН раствора на рН-метре «рН-340». Из рис.1 видно, что кривая потенциометрического титрования характеризует катионит как монофункциональный диссоциирующий в нейтральной, слабо- и сильнощелочной средах. Кажущаяся константа диссоциации (рКн) ионогенных групп катионита, найденная из кривой титрования по методике [8] равна рКн=1.8–2.2. Значение рКн кажущейся константы диссоциации также свидетельствует, что полученный катионит относится к группе сильнокислотных ионитов. Присутствие SO3H-групп в структуре полученного катионита подтверждают ИК-спектры поглощения сульфированного полимера. Так SO3H-группы в спектре сульфированного полимера характеризуются полосой поглощения в области 1200 см-1, что согласуется с литературными данными [9] Исследование сорбционной способности сульфокатионита к ионам кальция, магния, меди, никеля проводили из 0.1N растворов СаСl2, MgCl2, CuSO4 и NiSO4. Поглощение кальция и магния определяли трилонометрически, меди йодометрически, никеля фотоколориметри-чески [10,11]. Согласно литературным данным, полимеры и ионообменники, полученные на основе производных фурана отличаются повышенной термо-химостойкостью и механической прочностью [5,6]. Основные свойства полученного сульфокатионита представлены в таблице 1. Как известно во многих регионах нашей республики используемая в быту и на производстве вода имеет высокую жесткость, которая иногда доходит до 12 мг-экв/л вместо получаемого в соответствии с ГОСТ 2874-82 «Питьевая вода» – 2.5–7 мг-экв/л.
Таблица 1 Основные физико-химические показатели полученного сульфокатионита № Показатели Значения 1. Насыпной вес, г/мл 0.68 2. Удельный объем набухшего катионита в Н-форме, мл/г 3.5 3. Статическая обменная емкость, в мг-экв/г, по: 0.1N. раствору NaOH 5,2 0.1N. раствору NaCl 4.5 0.1N. раствору СaCl2 Н-форма 4.2 Nа-форма 4.8 0.1N. раствору MgCl2 Н-форма 3.0 Nа-форма 3.8 0.1 N. раствору СuSO4 Н-форма 2.6 Nа-форма 3.0 0.1 N. раствору NiSO4 Н-форма 2.15 Nа-форма 2.34 4. Механическая прочность 99%
Из данных таблицы 1 видно, что испытуемый катионит обладает достаточно высокими показателями величины обменной емкости по ионам кальция и магния. В качестве объекта исследования нами была использована артезианская вода Шурчинского района Сурхандарьинской области, которая имеет жесткость 12.2 мг-экв/л. Катионитов испытывали в Н- и Na-формах. 1 гр. катионита заливали 200 мл исследуемой воды. Через 24 часа воду отделяли от катионита и определяли ее жесткость трилонометрическим методом в присутствии индикатора хромоген черный. При этом жесткость воды в Н-форме составила 4.5 мг-экв/л, а в Na-форме 2.2 мг-экв/л. Кроме этого нами были проведены исследования по умягчению водопроводной воды имеющий жесткость 2.5 мг-экв/л. После контакта в течение 6 часов водопроводной воды с катионитом жесткость ее соответствовала при использовании катионита в: Н-форме – 0.8 мг-экв/л; Na-форме – 0.4 мг-экв/л. Результаты полученных исследований свидетельствует о перспективности работы с испытуемым сульфокатионитом. INTRODUCTION
RIGIDITY of WATER
Scum and adjournment of salts on home appliances (for example, in teapots), film on tea etc. - all this parameters of rigid water. Use of such water for the economic purposes causes a number of inconveniences. For example, the charge of a soap is increased at washing, slowly boil soft meat and vegetables, service life of home appliances decreases. Interrelation of rigidity of water and education of stones in kidneys now is known. The rigidity of drinking water under the working standards should be not higher 7 mg-ecv/g, and only in the special cases it is supposed up to 10 mg-ecv/g. For the industrial purposes use of rigid water is inadmissible. The general rigidity of water is a set of properties caused by the contents in it ions of magnesium and calcium. Hard water must be soften before use. The first way – reagent method i.e., addition slaked to exhaust and soda Na2CO3 (a limy way), addition of polyphosphates. The second way - application of cationits, i.e., synthetic ion-exchange pitches (filtering). Ion-exchange pitches These are substances capable to an ionic exchange at contact to solutions of electrolits. Ionic-exchange clearing allows to take and utilize a wide spectrum of polluting substances: heavy metals, chrom, nitrates and nitrites, cyanic connections, radioactive substances, and also умягчает and unironing water. Thus the high degree of clearing (up to a level of maximum concentration limit) is reached. Except for that ionits are used for unsalting waters during water-preparation. Inorganic and organic ionits can be natural (for example: zeolites, cellulose, peat, wood) and synthetic (silica gel and the most important ion-exchange pitches). Depending on a degree dissociation of ion-exchange pitches can be strong and weak. Depending on a sort of ions which are connected to active groups of ionits, distinguish the following its form: for cationits - the hydrogen form (H-form) and the salt form, when active groups are connected to ions of metals (for example, Na-form, Nh5-form), for anionits OH-form, Cl-form, etc. Ability of ionits to a full exchange is characterized by exchange capacity which is equal to number of its active groups participating in an exchange. For the quantitative characteristic of ion-exchange properties of ionits usually define their dynamic and sometimes full (general) exchange capacity (static). Main requirements to ionits, used for water treating: high exchange capacity, high speed of an ionic exchange, sufficient stability in relation to acids, alkalis, oxidizers and reducers, insolubility in water, organic solvents and solutions of electrolits and limited swelling capacity. In water-preparation in a conditions of life are frequently used high-acid cationits domestic and import manufacturers mainly for softening and iron removal of waters. An example: the structure of cationits can be expressed formula Na2R, where Na+ - rather mobile cation. If to pass hard water through layers of cationits ions of sodium exchange on ions of calcium and magnesium: Ca 2 + + Na2R = 2Na + + CaR Mg 2 + + Na2R = 2Na + + MgR
Thus ions Ca2+ and Mg2+ pass from a solution to cationit, and ions Na+-from cationit in a solution, and rigidity is eliminated. After pauperization of cationit ions of Na+ cationits usually recycle. Them maintain in solution NaCl where there is a return replacement - ions Na+ pass in cationit, and ions Ca2+ and Mg2+ - in a solution: CaR + 2Na+ = Na2R + Ca 2+ MgR + 2Na + = Na2R + Mg 2+ After that regenerated cationit can be used for mitigation of new portions of hard water. The degree of regeneration is influenced with type of ionits, structure of the sated layer, the nature, concentration and a solution of recycling substance, temperature, time of contact and the charge of reagents. Restoration of exchange capacity at regeneration usually makes 60 - 100 %.
Kinds of rigidity General rigidity. It is defined by total concentration of ions of calcium and magnesium. Represents the sum of carbonate (time) and uncarbonate (constant) rigidity. Carbonate rigidity. It is caused by presence in water of hydrocarbonates and carbonates (at рН> 8.3) calcium and magnesium. The given type of rigidity almost completely is eliminated at boiling waters and consequently refers to as time rigidity. At heating water hydrocarbonates break up with formation of a coal acid and settling out of a carbonate of calcium and oxyhydroxide of magnesium. Uncarbonate rigidity. It is caused by presence calcium and magnesian salts of strong acids (the chamois, nitric, hydrochloric) and at boiling it is not eliminated (constant rigidity). Origin of rigidity Ions of calcium (Ca2+) and magnesium (Mg2+), and also others alkali-ground metals causing rigidity, are present at all mineralizeed waters. Their source are natural deposits of limestones, plaster and dolomite. Ions of calcium and magnesium act in water as a result of interaction dissolved dioxide of carbon with minerals and at other processes of dissolution and chemical aeration of rocks. As a source of these ions, the microbiological processes proceeding in soil on the area of a reservoir can serve in ground adjournment, and also sewage of the various enterprises also. Rigidity of water changes over a wide range and there is a set of types of classifications of water on a degree of its rigidity. Usually in little mineralizeed waters prevails (up to 70%-80 %) the rigidity caused by ions of calcium (though in separate rare cases magnesian rigidity can reach(achieve) 50-60 %). With increase in a degree of a mineralization of water the contents of ions of calcium (Са2+) quickly falls and seldom exceeds 1 g/l. The contents of ions of magnesium (Mg2+) in high mineralizeed waters can reach several grammes, and in salty lakes - tens grammes on one litre of water.As a whole, rigidity of superficial waters, as a rule, is less than rigidity of waters underground. Rigidity of superficial waters is subject to appreciable seasonal fluctuations, reaching usually the greatest value at the end of winter and the least during a high water when it is plentifully diluted soft rain and thawed snow. Sea and ocean water have very high rigidity (tens and hundreds in mg - ecv/l) Influence of rigidity From the point of view of application of water for drinking needs, its acceptability on a degree of rigidity can vary essentially depending on local conditions. The threshold of taste for an ion of calcium lays (in recalculation on a mg - equivalent) in a range of 2-6 mg - ecv/l, depending on corresponding of anionits, and a threshold of taste for magnesium and than that is lower. In some cases water is comprehensible to consumers with rigidity above 10 mg-ecv/l. High rigidity worsens organoleptic properties of water, giving to it bitterish taste and having negative an effect on bodies of digestion. The world Organization of Public health services (CART) does not offer any recommended size of rigidity under indications of influence on health. In materials the CART is spoken that though a number of researches and has revealed statistically inverse relationship between rigidity of potable water and the cardiovascular diseases, the available data are not sufficient for a conclusion about causal character of this communication. Similarly, unequivocally it is not proved, that soft water renders a negative effect on balance of mineral substances of an organism of the person At the same time, depending on рН and alkalinity, water with rigidity of 4 mg-ecv/l can above cause in distributive system adjournment of slags and scums (a carbonate of calcium), is especial at heating. For this reason norms of Boiler inspection enter very rigid requirements to size of rigidity of the water used for a meal of boilers (0.05-0.1 mg-ecv/l). Besides at interaction of salts of rigidity with washing substances (the soap, detergent powders, shampoos) occurs formation of "soap slags" as foam. It results not only in the significant overexpenditure of washing-up liquids. Such foam after drying remains as a strike on the sanitary technician, linen, a human skin, on hair (unpleasant feeling of "rigid" hair well-known to much). The main negative influence of these slags on the person is that they destroy a natural fatty film with which the normal skin is always covered and hammer its time. An attribute of such negative influence is characteristic "scratch" of cleanly washed up skin or hair. It appears, that the irritation causing in some people feeling "soapiness" after using soft water is an attribute of that the protective fatty film on a skin is whole and safe. It also slides. At the same time, it is necessary to mention and other side of a medal. Soft water with rigidity less than 2 mg-ecv/l has low buffer capacity (alcalinity) and can, depending on a level рН and of some other factors, render the increasedcorrosive attack to water pipes. Therefore, in a number of applications (it is especial in the heating engineer) sometimes it is necessary to carry out special processing of water with the purpose of achievement of an optimum ratio between rigidity of water and its corrosion activity.
EXPERIMENTAL PART
The adsorption processes including both processes cleanly including physical, and the processes conducting to formation of new chemical substances are rather various. Processes concern to them ion-exchange chromatographies proceeding between ionits and solutions of electrolit also. Due to the universality and these processes have found of flexibility wide application in analytical chemistry, food and an iron and steel industry, in power system, water-preparation and in many other areas of a science and technics(technical equipment), and now supersede from an industrial practice other methods sorption [1-3]. Despite of the big assortment industrial ionits, the majority of them, especially, condensation type differ such low parameters, as low speed sorption, small stability to thermal, chemical influences, etc. It limits opportunities and spheres of their application [4,5]. By us it is received new monofunctional sulphocationite on the basis of interaction of styrene with an accessible and cheap waste of agricultural and cotton scraping industries.
Sorption abilities of sulphocationite to ions of calcium, magnesium, copper, nickel carried out research from 0.1N solutions of СаСl2, MgCl2, CuSO4 and NiSO4. Sorption of calcium and magnesium determined by trilonometric, copper by iodometric, nickel by photocolorimetric methods [10,11]. According to the literary data, polymers and ion-exchangers, received on the basis of derivatives of furan differ from raised thermal and chemical stability and mechanical durability [5,6]. The basic properties of received sulphocationite are submitted in table 1.
Table 1 The main physical and chemical parameters of received sulphocationite № Parameters Values 1. Bulk weight, g/ml 0.68 2. Specific volume of bulk cationit in Н-form, ml/g 3.5 3. Static exchange capacity, in mg - ecv/g, on: 0.1N. solution of NaOH 5,2 0.1N. solution of NaCl 4.5 0.1N. solution of СaCl2 Н-form 4.2 Nа-form 4.8 0.1N. solution of MgCl2 Н-form 3.0 Nа-form 3.8 0.1 N. solution of СuSO4 Н-form 2.6 Nа-form 3.0 0.1 N. solution of NiSO4 Н-form 2.15 Nа-form 2.34 4. Mechanical durability 99 %
As is known in many regions of our republic used in a life and on manufacture water has high rigidity which sometimes reaches up to 12 mg-ecv/l instead of 2874-82 "Potable water" received according to GOST – 2.5-7 mg-ecv/l. From the data of table 1 it is visible, that the examinee cationit possesses high enough parameters of size of exchange capacity on ions of calcium and magnesium. As object of research we had been used artesian water of area Shurchi in Surkhan-Darya area which has rigidity of 12.2 mg-ecv/l. Cationits tested in Н-and Na-forms. 1 gr. of cationit filled in 200 ml of researched water. In 24 hours water separated from cationit and determined its rigidity trilonometric method at the presence of the indicator chromogen black. Thus rigidity of water in the Н-form has made 4.5 mg - ecv/l, and in the Na-form of 2.2 mg - ecv/l. Except for it we had been carried out researches on softening water of 2.5 mg-ecv/l having rigidity. After contact within 6 hours of water with cationit rigidity of it corresponded at use cationit in: the Н-form – 0.8 mg-ecv/l; the Na-form – 0.4 mg-ecv/l. Results of the received researches testifies to perspectivity of work with the examinee with sulphocationite. VOCABULARY Adjournment Artesian waterCationitAnionitSorptionSulphocationiteRigidityIndicator chromogen black ThrilonometricBulk weight Condensation Hydrocarbonate Slag Scum Ionits Alkalinity Softening Calcium Magnesium. Sewage Corrosion activity Static exchange capacity Swelling capacity Iodometric, Photocolorimetric Chemical stability Thermal stability Reagent method Potable water Cotton scraping industries Polycondensation Correspond Сopper Desorption Potentiometric titration Flexibility Specific volume ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– ОтложенияАртезианская водаКатионитАнионитСорбцияСульфокатионитЖесткостьИндикатор хромоген черныйТрилонометрическийНасыпной весКонденсацияГидрокарбонат ШлакНакипьИонитЩелочностьУмягчениеКальцийМагнийСточные водыДеятельность коррозииСтатическая обменная емкостьВлажностьИодометрическийФотокалориметрическийХимическая устойчивостьТермическая устойчивостьРеагентный методПитьевая водаХлопчатоочистительная пром.ПоликонденсацияПереписываютсяМедьДесорбцияПотенциометрич. титрование ГибкостьУдельный объем
ЛИТЕРАТУРА
1. Полянский Н.Г. Сб. Синтез и свойства ионообменных материалов», М.: «Наука»,1968г. 2. Либинсон Г.С. Физико-химические свойства карбоксильных катионитов, М.: «Наука», 1969. 3. Гельферих Ф. «Иониты»,М.: Изд. ИЛ., 1962 г. 4. Таджиходжаев З.А. Разработка ионообменных и композиционных материалов многофункционального назначения на основе вторичных продуктов производств и технологии их получения».: Автореф. дисс. доктора технических наук. «, Ташкент.: 2002. 5. Муталов Ш.А., Турсунов Т., Назирова Р.А. Исследование сорбции ионов цветных металлов слабоосновными анионитами поликонденсационного типа./Ж. Композиционные материалы. № 2, С.7-8. Ташкент:. 2003. 6. Таджиходжаев З.А., Джалилов А.Т. Синтез и исследование свойств катионообменных смол на основе вторичных продуктов химических предприятий.// Ж. Прикл. химии. 1998. т. 72. № 9. С. 1578-1580. 7. Гриссбах Р. «Теория и практика ионного обмена», М.: Изд. ИЛ. 1963., с. 303 – 310. 8. Л.Беллами «Инфракрасные спектры сложных молекул», М.: ИЛ, 1963г. 9. Алексеев В.Н. «Количественный анализ», М.: Химия, 1972г. 10. Пешкова В.М., Громова М.И. Практическое руководство по спектрофотометрии и калориметрии. М.: Изд.«Московского Университета», 1965 г. 11.
15
www.ronl.ru
Реферат на тему:
Жёсткость воды — совокупность химических и физических свойств воды, связанных с содержанием в ней растворённых солей щёлочноземельных металлов, главным образом, кальция и магния. Вода с большим содержанием таких солей называется жёсткой, с малым содержанием — мягкой. Различают временную жёсткость (карбонатную), образованную гидрокарбонатами и постоянную жёсткость (некарбонатную), вызванную присутствием других солей. Временная жёсткость обусловлена присутствием в воде гидрокарбонатов кальция и магния (Са(НСО3)2; Mg(НСО3)2). Постоянная жесткость воды обусловлена присутствием в воде сульфатов, хлоридов Са и Mg (CaSO4,CaCl2,MgSO4,MgCl2).
Жёсткая вода при умывании сушит кожу, в ней плохо образуется пена при использовании мыла. Использование жёсткой воды вызывает появление осадка (накипи) на стенках котлов, в трубах и т. п. В то же время, использование слишком мягкой воды может приводить к коррозии труб, так как, в этом случае отсутствует кислотно-щелочная буферность, которую обеспечивает гидрокарбонатная (временная) жёсткость. Потребление жёсткой или мягкой воды обычно не является опасным для здоровья, хотя есть данные о том, что высокая жёсткость способствует образованию мочевых камней, а низкая — незначительно увеличивает риск сердечно-сосудистых заболеваний.
Жёсткость природных вод может варьироваться в довольно широких пределах и в течение года непостоянна. Увеличивается жёсткость из-за испарения воды, уменьшается в сезон дождей, а также в период таяния снега и льда.
Для численного выражения жёсткости воды указывают концентрацию в ней катионов кальция и магния. Рекомендованная единица СИ для измерения концентрации — моль на кубический метр (моль/м³), однако, на практике для измерения жёсткости чаще используется миллимоль на литр (ммоль/л).
В России для измерения жёсткости чаще используется нормальная концентрация ионов кальция и магния, выраженная в миллиграмм-эквивалентах на литр (мг-экв/л). Один мг-экв/л соответствует содержанию в литре воды 20,04 миллиграмм Ca2+ или 12,16 миллиграмм Mg2+ (атомная масса делённая на валентность).
Иногда указывают концентрацию, отнесённую к единице массы, а не объёма, особенно, если температура воды может изменяться или если вода может содержать пар, что приводит к существенным изменениям плотности.
В разных странах использовались (иногда используются до сих пор) различные внесистемные единицы — градусы жёсткости.
| Немецкий | °dH (degrees of hardness),°dGH (German (Deutsche) Hardness),°dKH (для карбонатной жёсткости) | 1 часть оксида кальция (СаО) или 0.719 частей оксида магния (MgO) на 100 000 частей воды | 0,3566 | 0,1783 |
| Английский | °e | 1 гран CaCO3 на 1 английский галлон воды | 0,2848 | 0.1424 |
| Французский | °TH | 1 часть CaCO3 на 100000 частей воды | 0,1998 | 0,0999 |
| Американский | ppm | 1 часть CaCO3 на 1 000 000 частей воды | 0,0200 | 0,0100 |
В СССР до 1952 года использовали градусы жёсткости, совпадавшие с немецкими. С 1 января 2005 года в России введен ГОСТ Р 52029-2003 Вода[1]. По новому ГОСТу жесткость выражается в градусах жесткости (°Ж), что соответствует концентрации щелочноземельного элемента, численно равной 1/2 его моля, выраженной в мг/дм3 (г/м3).
По величине общей жёсткости различают воду мягкую (до 2 мг-экв/л), средней жёсткости (2-10 мг-экв/л) и жёсткую (более 10 мг-экв/л).
Жёсткость воды поверхностных источников существенно колеблется в течение года; она максимальна в конце зимы, минимальна — в период паводка (например, жёсткость волжской воды в марте — 4,3 мг-экв/л, в мае — 0,5 мг-экв/л[2]). В подземных водах жёсткость обычно выше (до 80-100 мг-экв/л) и меньше изменяется в течение года.
Обратный осмос. Метод основан на прохождении воды через полупроницаемые мембраны (как правило, полиамидные). Вместе с солями жёсткости удаляется и большинство других солей. Эффективность очистки может достигать 99,9 %. Этот метод нашёл наибольшее применение в бытовых системах подготовки питьевой воды. В качестве недостатка данного метода следует отметить необходимость предварительной подготовки воды, подаваемой на обратноосмотическую мембрану.
Электродиализ. Основан на удалении из воды солей под действием электрического поля. Удаление ионов растворенных веществ происходит за счёт специальных мембран. Так же как и при использовании технологии обратного осмоса, происходит удаление и других солей, помимо ионов жёсткости.
Термический способ. Основан на нагреве воды, устраняет только временную (карбонатную) жёсткость. Находит применение в быту. В промышленности применяется, например, на ТЭЦ.
Реагентное умягчение. Метод основан на добавлении в воду соды или гашеной извести. При этом соли кальция и магния переходят в нерастворимые соединения и, как следствие, выпадают в осадок. Этот метод оправдан при относительно больших расходах воды, поскольку связан с решением ряда специфических проблем: фильтрации осадка, точной дозировки реагента.
Катионирование. Метод основан на использовании ионообменной гранулированной загрузки (чаще всего ионообменные смолы). Такая загрузка при контакте с водой поглощает катионы солей жёсткости (кальций и магний, железо и марганец). Взамен, в зависимости от ионной формы, отдавая ионы натрия или водорода. Эти методы соответственно называются Na-катионирование и Н-катионирование. При правильно подобранной ионообменной загрузке жёсткость воды снижается при одноступенчатом натрий-катионировании до 0,05-0,1 мг-экв/л, при двухступенчатом — до 0,01 мг-экв/л.
Лучшим реагентом для устранения общей жесткости воды является ортофосфат натрия Na3PO4:
3Ca(HCO3)2 + 2Na3PO4 → Ca3(PO4)2↓+ 6NaHCO3 3MgSO4 + 2Na3PO4 → Mg3(PO4)2↓ + 3Na2SO4Ортофосфаты кальция и магния очень плохо растворимы в воде, поэтому достигается лучшее умягчение воды. В промышленности с помощью ионообменных фильтров заменяют ионы кальция и магния на ионы натрия и калия, получая мягкую воду. Определенное умягчение воды происходит и в бытовых фильтрах для питьевой воды. Отфильтрованная вода дает меньше накипи. Полностью очистить воду можно методом перегонки(дистилляцией)
wreferat.baza-referat.ru
Реферат по химии
Тема:“Жесткость воды”
Исполнитель работы:Грабин Павел.
План
1. Введение 3
2. Определение жесткости воды. 3
3. Методы устранения жесткости 4
4. Список литературы 6
Введение
В пещерах спелеологи встречаются с красивейшими известковыми образованьями – свешивающимися со сводов сталактитами и растущими вверх сталагмитами. С точки зрения химии, возникновение этих удивительных творений природы – это жесткость подземных вод. Понятие жесткости воды мы встречаем не только в спелеологии и в геологии, а, вообще, повсеместно – в химии, техники и даже в быту. И поэтому это понятие очень важно для определения качества воды.
Определение жесткости воды
Жёсткость воды- свойство воды (не мылиться, давать накипь в паровых котлах), связанное с содержанием растворимых в ней соединений кальция и магния, это параметр, показывающий содержание катионов кальция, магния в воде.
Жесткость - это особые свойства воды, во многом определяющие её потребительские качества и потому имеющие важное хозяйственное значение. Жесткая вода образует накипь на стенках нагревательных котлов, батареях и пр., чем существенно ухудшает их теплотехнические характеристики. Такой тонкий слой на греющей поверхности вовсе не безобиден, так как продолжительность нагревания через слой накипи, обладающей малой теплопроводностью, постепенно возрастает, дно прогорает все быстрее и быстрее – ведь металл охлаждается с каждым разом все медленнее и медленнее, долго находится в прогретом состоянии. В конце концов, может случиться так, что дно сосуда не выдержит и даст течь. Этот факт очень опасен в промышленности, где существуют паровые котлы
Жесткая вода мало пригодна для стирки. Накипь на нагревателях стиральных машин выводит их из строя, она ухудшает еще и моющие свойства мыла. Катионы Ca2+и Mg2+реагируют с жирными кислотами мыла, образуя малорастворимые соли, которые создают пленки и осадки, в итоге снижая качество стирки и повышая расход моющего средства, т.е. жесткая вода плохо мылится
Существует два типа жесткости: временная и постоянная. Обусловлено это различие типом анионов, которые присутствуют в растворе в качестве противовеса кальцию и магнию.
Временная жесткостьсвязана с присутствием в воде наряду с катионами Ca2+, Mg2+и Fe2+гидрокарбонатных, или бикарбонатных анионов (HCO3-).
Постоянная жесткость (или некарбонатная)возникает, если в растворе присутствуют сульфатные, хлоридные, нитратные и другие анионы, соли кальция и магния которых хорошо растворимы и так просто не удаляются. Общая жесткость определяется как суммарное содержание всех солей кальция и магния в растворе.
В разных странах существуют свои нормы жесткости для воды. У нас в стране вода классифицируется по жесткости таким образом:
- Мягкая вода с жесткостью менее 3,0 мг-экв/л,
- Средней жесткости – 3,0-6,0 мг-экв/л
- Жесткая – более 6,0 мг-экв/мл.
Методы устранения жесткости.
Чтобы избавиться от временной жесткости необходимо просто вскипятить воду. При кипячении воды, гидрокарбонатные анионы вступают в реакцию с катионами и образуют с ними очень мало растворимые карбонатные соли, которые выпадают в осадок.
Ca2+ 2HCO3-= CaCO3↓ + h3O + CO2↑
С ионами железа реакция протекает сложнее из-за того, что FeCO3неустойчивое в воде вещество. В присутствии кислорода конечным продуктом цепочки реакций оказывается Fe(OH)3, представляющий собой темно-рыжий осадок. Поэтому, чем больше в воде железа, тем сильнее окраска у накипи, которая осаждается на стенках и дне сосуда при кипячении.
С постоянной жесткостью бороться труднее. Один из вариантов: вымораживание льда. Необходимо просто постепенно замораживать воду. Когда останется примерно 10 % жидкости от первоначального количества, необходимо слить не замершую воду, а лед превратить обратно в воду. Все соли, которые образую жесткость, остаются в не замершей воде.
Еде один способ – перегонка, то есть, испарение воды с последующие ее конденсацией. Так как соли относятся к нелетучим соединениям, они остаются, а вода испаряется.
Но такие методы, как замораживание и перегонка пригодны только для смягчения небольшого количества воды. Промышленность же имеет дело с тоннами. Поэтому используют другие методы. Наиболее широко используется катионообменный способ, основанный на применении специальных реагентов – катионитов, которые загружаются в фильтры и при пропускании через них воды, заменяют катионы кальция и магния на катион натрия.
С последствием жесткости воды - накипью, с точки зрения химии можно бороться очень просто. Нужно на соль слабой кислоты воздействовать кислотой более сильной. Последняя и занимает место угольной, которая, будучи неустойчивой, разлагается на воду и углекислый газ. В состав накипи могут входить и силикаты, и сульфаты, и фосфаты. Но если разрушить карбонатный “скелет”, то и эти соединения не удержатся на поверхности.
В качестве средства для удаления накипи применяются также адипиновая кислота и малеиновый ангидрид, которые добавляются в воду. Эти вещества слабее сульфаминовой кислоты, поэтому для снятия накипи необходимо так же кипячение.
Список литературы:
1. Шпаусус З. Путешествие в мир химии – М.: Просвещение, 1967. – 431с.
2. Харлампович Г.Д. и др. Многоликая химия. – М.: Просвещение, 1992.-159 с.
3. Хомченко Г.П. Учебник химии –М.: Новая волна, 1996. – 304с.
superbotanik.net
