2.2. Жесткость природных вод и ее устранение
Природная вода, содержащая большое количество растворенных солей кальция, магния и железа, называется жесткой. Различают общую, временную (карбонатную) и постоянную (некарбонатную) жесткость.
Общей жесткостью называется суммарная концентрация ионов Са 2+ , Mg 2+ и Fe 2+ в воде, выраженная в моль экв/л. Общая жесткость воды равна сумме постоянной и временной жесткости.
Постоянной жесткостью называется часть общей жесткости, остающаяся после кипячения воды при атмосферном давлении в течение определенного времени. Постоянную жесткость воды называют также некарбонатной жесткостью, так как она обусловлена наличием сульфатов, хлоридов кальция, магния и железа.
Временной жесткостью называется часть общей жесткости, удаляющаяся кипячением воды при атмосферном давлении в течение определенного времени. Она равна разности между общей и постоянной жесткостью. Временную жесткость называют также карбонатной жесткостью, т.к. она обусловлена наличием гидрокарбонатов кальция и магния.
По величине жесткости воду делят на 6 классов.
Процесс, приводящий к снижению жесткости воды, называется ее умягчением.
Существующие способы умягчения можно разделить на 3 группы:
— термическое умягчение воды;
— реагентные методы умягчения воды;
— умягчение воды методом обмена ионов.
Для устранения временной жесткости воды применяют
— термическое умягчение (кипячение):
— реагентное умягчение гашеной известью:
Для устранения общей жесткости методом осаждения используют
— фосфат натрия (тринатрийфосфат):
В последнее время для очистки воды стали широко применять иониты (ионообменные смолы):
Обменная емкость катионита (ε) определяется из соотношения:
,
где V – объем воды, пропущенной через катионит, л,
Обменная емкость выражается в моль экв/г.
Общая жесткость воды может быть рассчитана по формуле:
,
где: m1, m2, m3 – массы содержащихся в воде катионов кальция, магния или соответствующих им солей, мг;
Мэкв1, Мэкв2, Мэкв3 – молярные массы эквивалентов металлов или соответствующих им солей, г/моль экв;
Определение временной жесткости водопроводной воды
2.3. Объекты и средства исследования
1) Стандартный раствор НСl (0,1 н.)
3) Бюретка на 50 или 100 мл
5) Колба коническая емкостью 250 мл
6) Колба мерная емкостью 100 мл
2.4. Подготовка к работе
Тщательно помойте посуду (при необходимости с помощью ерша) и проверьте наличие необходимых реактивов.
2.5. Программа работы
Временную жесткость воды определяют титрованием анализируемой воды раствором соляной кислоты с установленной нормальностью.
Титрование – один из методов химического анализа. В основе процесса титрования соляной кислотой водопроводной воды с солями жесткости лежат реакции:
Вещества реагируют в эквивалентных количествах. Точка эквивалентности определяется с помощью индикатора метилоранжа. Метилоранж в щелочном растворе окрашивается в желтый цвет, в кислом – в розовый, в нейтральном – золотисто-оранжевый.
1. Наполните бюретку стандартным раствором соляной кислоты (0,1 н.) и приведите ее в рабочее положение (удалите пузырек воздуха из оттянутого капилляра, установите нижний край мениска на нуль).
2. Налейте в мерную колбу 100 мл водопроводной воды.
3. Отмеренный объем воды (100 мл) перелейте в коническую колбу для титрования и добавьте 2-3 капли индикатора метилоранжа.
4. Установите колбу с отмеренным количеством воды под бюретку и приливайте по каплям стандартный раствор соляной кислоты до появления золотисто-оранжевого окрашивания. При титровании жидкость необходимо все время взбалтывать.
5. Заметьте и запишите количество миллилитров соляной кислоты, налитой из бюретки. Титрование повторяют 2 — 3 раза.
6. Зная средний объем титрованного раствора соляной кислоты, рассчитайте жесткость воды. Результаты запишите в таблицу 2.1.
Объем воды , мл
Источник
1. Жёсткость воды, причины и способы устранения
Природная вода, содержащая большое количество растворённых солей кальция и магния, называется жёсткой водой . Это название возникло из-за того, что выстиранные в такой воде ткани становились грубыми из-за впитавшихся в них веществ.
Жёсткая вода характеризуется особыми свойствами, затрудняющими её использование в быту и в промышленных процессах. Жёсткая вода создаёт много проблем, главная из которых — образование осадка на стенках водопроводных труб, котлов, в стиральных машинах. В ней плохо пенится мыло. От жёсткой воды после высыхания на поверхностях предметов остаётся налёт. Этот налёт хорошо заметен на стенках душевых кабин, ванн, на кранах и других предметах.
Особенно вреден известковый осадок для стиральных машин, водопроводных труб, промышленных котлов. Он ускоряет коррозию, быстро выводит машины из строя, требует постоянных расходов на ремонт и восстановление разрушенных деталей.
Жёсткая вода сушит кожу. Употребление такой воды для питья и приготовления пищи плохо сказывается на здоровье и способствует развитию заболеваний суставов, органов выделения, сердечно-сосудистой системы.
Временная жёсткость обусловлена повышенным содержанием в воде гидрокарбонатов магния и кальция Mg ( HCO 3 ) 2 , Ca ( HCO 3 ) 2 . При кипячении эти соли разлагаются и вода смягчается:
Для устранения карбонатной жёсткости в промышленных масштабах используют гашёную известь Ca ( OH ) 2 . При её добавлении ионы кальция и магния переходят в нерастворимые вещества — карбонат кальция и гидроксид магния:
Постоянная жёсткость связана с наличием в воде хлоридов и сульфатов: MgCl 2 , CaCl 2 , MgSO 4 , CaSO 4 . Кипячение в этом случае не помогает. Смягчить воду можно, добавляя вещества, связывающие ионы кальция и магния в осадки. Для этих целей используют соду Na 2 CO 3 или фосфат натрия Na 3 PO 4 :
В промышленности и в бытовых фильтрах для смягчения воды используют ионообменные смолы (иониты). Это полимеры, при пропускании через которые жёсткой воды происходит поглощение ионов кальция и магния, а также выделение ионов натрия или калия.
Источник
ЖЕСТКОСТЬ ПРИРОДНЫХ ВОД И ЕЕ УСТРАНЕНИЕ
Мерой содержания в природных водах солей является жесткость воды. Природная вода, содержащая большое количество растворённых солей кальция, магния и железа, называется жёсткой. Различают общую, временную (карбонатную) и постоянную (некарбонатную) жёсткости.
Общей жёсткостью называется суммарная концентрация ионов Ca 2+ , Mg 2+ и Fe 2+ в воде, выраженная в ммоль экв/л. Общая жёсткость воды равна сумме постоянной и временной жёсткости.
Постоянной жёсткостью называется часть общей жёсткости, остающаяся после кипячения воды при атмосферном давлении в течение определённого времени. Постоянную жёсткость воды называют также некарбонатной жёсткостью, т.к. она обусловлена наличием сульфатов, хлоридов, силикатов кальция, магния и железа.
Временной жёсткостью называется часть общей жёсткости, удаляющаяся кипячением воды при атмосферном давлении в течение определённого времени. Она равна разности между общей и постоянной жёсткостью. Временную жёсткость также называют карбонатной жёсткостью, т.к. она обусловлена наличием гидрокарбонатов кальция и магния.
По величине жёсткости воду делят на 6 классов.
| Классы | Жёсткость воды (ммоль экв/л) |
| 1 (очень мягкая) 2 (мягкая) 3 (средней жёсткости) 4 (довольно жёсткая) 5 (жёсткая) 6 (очень жёсткая) | 0 – 1,5 1,5 – 3,0 3,0 – 4,5 4,5 – 6,0 6,0 – 10,0 свыше 10,0 |
Жёсткая водаоказывает вредное действие на технологические процессы и вызывает неприятные явления при использовании её в быту.
Обработка воды, приводящая к снижению жесткости воды, называется умягчением воды.
Существующие способы умягчения можно разделить на 3 группы:
q реагентные (химические) методы умягчения воды. Химическая обработка воды основана на переводе растворимых солей кальция и магния в труднорастворимыее соли; В качестве реагентов–осадителей применяют известь, соду, едкий натр, фосфаты натрия и др. Чаще применяется сода в смеси с известью или едким натром;
q умягчение воды методом ионного обмена (пропускание воды через ионообменные смолы);
q термическое умягчение воды (кипячение).
Для устранения временной жёсткости воды применяют:
– термическое умягчение (кипячение):
– реагентное умягчение гашёной известью:
Известь нейтрализует углекислоту, которая является одной из причин коррозии металлов, осаждает железо и способствует коагуляции коллоидов, например, кремниевой кислоты.
Для устранения общей жёсткости методом осаждения используют:
– фосфат натрия (тринатрийфосфат):
В последнее время для очистки воды стали широко применять иониты (ионообменные смолы). Метод ионного обмена – катионирование основан на фильтровании через слой катионита, при котором происходит замещение ионов Ca 2 и Mg 2+ , содержащихся в воде, на катионы Na + , K + или NH + 4, содержащиеся в твёрдой фазе катионита. В качестве катионитов в основном применяют иониты КУ-I и КУ-2.
В некоторых случаях требуется удалить из воды не только катионы Ca 2+ и Mg 2+ , но и другие катионы и анионы. В таких случаях воду пропускают последовательно через катионит, содержащий в обменной форме водородные ионы (Н + -катионит) и анионит, содержащий гидроксильные ионы (ОН – –анионит). В итоге вода освобождается как от катионов, так и от анионов солей. Такая обработка воды называется обессоливанием:
Обменная ёмкость катионита определяется из соотношения:
где: V- объём воды, пропущенный через катионит, л;
Общая жёсткость воды может быть рассчитана по формуле:
где: m1, m2, m3 – массы содержащихся в воде катионов кальция, магния (или соответствующих им солей), мг;
Мэкв.1 , Мэкв.2 , Мэкв.3 – молярные массы эквивалентов металлов (или соответствующих им солей), г/моль экв;
Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:
Источник