Студопедия КАТЕГОРИИ: АвтоАвтоматизацияАрхитектураАстрономияАудитБиологияБухгалтерияВоенное делоГенетикаГеографияГеологияГосударствоДомЖурналистика и СМИИзобретательствоИностранные языкиИнформатикаИскусствоИсторияКомпьютерыКулинарияКультураЛексикологияЛитератураЛогикаМаркетингМатематикаМашиностроениеМедицинаМенеджментМеталлы и СваркаМеханикаМузыкаНаселениеОбразованиеОхрана безопасности жизниОхрана ТрудаПедагогикаПолитикаПравоПриборостроениеПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРадиоРегилияСвязьСоциологияСпортСтандартизацияСтроительствоТехнологииТорговляТуризмФизикаФизиологияФилософияФинансыХимияХозяйствоЦеннообразованиеЧерчениеЭкологияЭконометрикаЭкономикаЭлектроникаЮриспунденкция |
Компоненты и виды жёсткости
Природная пресная вода, которая широко используется в технологических процессах, в качестве питьевой воды и для хозяйственно-бытовых нужд, находится в непрерывном взаимодействии с окружающей средой. Она реагирует с компонентами атмосферы, почвы, растений, с минералами и различными породами, растворяя различные органические и неорганические соединения. Состав природных вод является результатом этих взаимодействий. В наибольшем количестве в природной воде содержатся: — катионы: ионы металлов натрия Na+, калия K+, кальция Ca2+ и магния Mg2+; — анионы: карбонат-ионы CO32–, гидрокарбонат-ионы HCO3–, сульфат-ионы SO42–, хлорид-ионы Cl–; — растворенные газы атмосферного воздуха — углекислый газ CO2 и кислород O2. Практически все соли натрия и калия хорошо растворимы в воде, в т.ч. и те, которые натрий и калий образуют в сочетании с вышеперечисленными анионами. Изменение температуры воды, её солевого состава, величины pH, концентрации CO2 в атмосфере не приводят к каким-либо химическим процессам, связанным с присутствием ионов натрия и калия. Напротив, многие соли кальция и магния ограниченно растворимы, и в результате изменения температуры, pH, давления CO2, внесения реагентов растворенные до того ионы кальция и магния могут образовывать осадок. Поэтому наличие ионов Ca2+ и Mg2+ является одной из важнейших характеристик природной воды. Присутствие указанных ионов в воде принято обозначать термином жёсткость воды. Соответственно, вода, которая не содержит соли кальция и магния или содержит в очень незначительных количествах, характеризуется как мягкая вода. Ионы Ca2+ и Mg2+ появляются в природных водах в результате взаимодействия их с известняками (CaCO3), доломитами (CaCO3∙MgCO3), гипсом CaSO4. В отличие от случая взаимодействия воды с гипсом, переход кальция и магния в раствор из карбонатных пород (известняков и доломитов) является результатом не простого растворения солей, а химического процесса при участии углекислого газа, которым насыщена вода водоемов (CO2 из атмосферы) и почва (CO2 появляется в ходе разложения органических компонентов). При этом малорастворимые карбонаты переходят в растворимые гидрокарбонаты по реакциям: CaCO3 + CO2 + H2O = Ca(HCO3)2 ; MgCO3 + CO2 + H2O = Mg(HCO3)2 . Суммарное содержание ионов кальция и магния определяет общую жёсткость воды. Поскольку каждый из этих ионов входит в состав разных солей, то в суммарной величине общей жёсткости различают различные виды жёсткости. Деление можно провести по трем критериям: 1. По катиону — кальциевая жёсткость, связанная с присутствием солей Ca; — магниевая жёсткость, связанная с присутствием солей Mg. 2. По анионам, образующим соли, придающие воде жёсткость: — карбонатная жёсткость; обусловлена содержанием в воде карбонатов и гидрокарбонатов кальция и магния CaCO3, MgCO3, Ca(HCO3)2, Mg(HCO3)2; — некарбонатная жёсткость; обусловлена содержанием в воде сульфатов и хлоридов кальция и магния CaSO4, MgSO4, CaCl, MgCl, т.е. растворимых солей сильных кислот. 3. По способу устранения жёсткости — временная жёсткость — часть общей жёсткости, удаляемая кипячением воды при атмосферном давлении в течение 1 часа. Эта жёсткость может быть названа также гидрокарбонатной, поскольку обусловлена присутствием гидрокарбонатов кальция карбонаты кальция и магния согласно уравнениям реакций: Ca(HCO3)2 = CaCO3↓ + CO2↑ + H2O ; Mg(HCO3)2 = MgCO3↓ + CO2↑ + H2O*. При этом бо́льшая часть кальция и магния, содержавшаяся в гидрокарбонатах, уходит из раствора в виде осадков, но небольшая часть кальция и магния остается в растворе, так как осажденные карбонаты обладают некоторой растворимостью в воде (CaCO3 — 13 мг/л; MgCO3 — 110 мг/л), хотя и намного меньшей, чем гидрокарбонаты, из которых они образовались. Та часть карбонатной жёсткости, которая остается после кипячения воды и удаления тем самым гидрокарбонатной жёсткости, называется остаточной карбонатной жёсткостью. — постоянная жёсткость — часть общей жёсткости, остающаяся после кипячения воды; эта жёсткость обусловлена присутствием карбонатов, сульфатов и хлоридов кальция и магния. Таким образом, постоянная жёсткость равна разности между общей и временной. С другой стороны, постоянная жёсткость равна сумме некарбонатной жёсткости и остаточной карбонатной. Действие жёсткости Соли, обусловливающие жёсткость воды, не являются вредными для здоровья. Жёсткость не ухудшает вкус питьевой воды, жесткая вода вкуснее мягкой. Однако жёсткость воды — нежелательное явление в ряде случаев: 1) При использовании жёсткой воды в отопительных системах, других системах приготовления и подачи горячей воды вследствие разложения гидрокарбонатов образуется накипь на внутренней поверхности кипятильного сосуда — от парового котла до чайника. Слой плотного осадка ухудшает условия передачи тепла через стенку котла, поскольку теплопроводность накипи в десятки раз меньше теплопроводности стали. Это приводит к перерасходу топлива. Кроме того, металл под накипью перегревается и размягчается, образуются вздутия и трещины, что может привести к разрыву котлов. Также внутреннее пространство труб, по которым подается горячая вода, постепенно забивается выпадающими в осадок солями. 2) Присутствие в воде солей MgSO4 и MgCl2 приводит к коррозии, поскольку гидроксид магния — весьма слабое основание и гидролиз солей сильных кислот магния приводит к образованию кислой среды. Например, в ходе гидролиза образуются слабое основание и сильная кислота: MgCl2+ H2O = Mg(OH)2 + 2HCl. Затем ионы водорода взаимодействуют с железом: Fe + 2HCl = FeCl2 + H2↑, а в присутствии кислорода процесс окисления железа идет далее до образования трехвалентных ионов: 4FeCl2 + 4HCl + O2 = 4FeCl3 + 2H2O. Последующая обменная реакция с накопившимся гидроксидом магния приводит к образованию ржавчины: 2FeCl3 + 3Mg(OH)2 = 2Fe(OH)3 + 3MgCl2. 3) При использовании в качестве моющего средства обычного мыла, которое представляет собой натриевые соли органических карбоновых кислот (так называемых жирных кислот — пальмитиновой СН3(СН2)14СООН и стеариновой СН3(СН2)16СООН) в жёсткой воде происходит выпадение осадка нерастворимых кальциевых солей этих кислот: 2СН3(СН2)14СООNa + Ca2+ = (СН3(СН2)14СОО)2Ca↓ + 2Na+. Это приводит, во-первых, к непроизводительному расходу мыла, поскольку сначала оно частично расходуется на связывание солей жёсткости, а только затем может проявить свои моющие свойства (в мягкой воде, наоборот, возникает ощущение, что мыло с трудом смывается с рук). Во-вторых, если использовать мыло в жёсткой воде для стирки, волокна тканей адсорбируют кальциевые и магниевые мыла, что делает ткани хрупкими и ломкими, ведет к потере прочности и преждевременному износу. 4) В жёсткой воде овощи и мясо плохо развариваются, так 5) Чай в жёсткой воде плохо заваривается, поскольку наличие солей ухудшает условия экстракции (так называется переход веществ в воду из контактирующего с ней твердого вещества или несмешивающейся жидкости). |
||
Последнее изменение этой страницы: 2018-04-12; просмотров: 340. stydopedya.ru не претендует на авторское право материалов, которые вылажены, но предоставляет бесплатный доступ к ним. В случае нарушения авторского права или персональных данных напишите сюда... |