Твердість води

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до: навігація, пошук

Твердість води (рос. жесткость воды; англ. hardness of water, water hardness, hard of water, stiffness of water; нім. . Härte f, Härte f des Wassers, Wasserhärte f) - сукупність властивостей, зумовлених вмістом у воді катіонів кальцію та магнію.

Загальний опис[ред.ред. код]

Твердість води визначають за кількістю солей кальцію і магнію в ній. Якщо вода містить значні кількості таких солей, то таку воду називають твердою, а коли цих солей зовсім немає, або вони містяться в незначних кількостях, то — м'якою.

Відрізняють тимчасову, або карбонатну, твердість води і сталу. Тимчасова твердість обумовлюється наявністю кислих карбонатів (гідрокарбонатів) кальцію і магнію: Ca(HCO3)2 і Mg(HCO3)2, а стала — наявністю сульфатів і хлоридів кальцію і магнію: CaSO4, MgSO4, CaCl2 і MgCl2. Загальна твердість води являє собою суму тимчасової і сталої твердості.

Тверда вода непридатна майже для всіх галузей виробництва. Так, наприклад, тверду воду не можна використовувати для прання білизни, миття шерсті і фарбування тканин, бо в ній мило втрачає свою мийну здатність. Це пояснюється тим, що розчинний у воді стеарат натрію С17Н35COONa, який становить головну складову частину мила, переходить у нерозчинний стеарат кальцію (або магнію), утворюючи так зване кальцієве (або магнієве) мило:

  • 17Н35COONa + CaSO4 = Са(С17Н35СОО)2 ↓ + Na2SO4

При цьому мильна піна утворюється тільки після повного осадження іонів кальцію і магнію, на що непродуктивно витрачається багато мила. Крім того, утворюваний осад кальцієвого і магнієвого мила міцно осідає на волокнах тканин і забрудює їх, а при фарбуванні утворює плями.

Тверда вода непридатна і для цілого ряду інших виробництв: паперового, шкіряного, крохмального, спиртового тощо. Вона непридатна і для паросилового господарства, бо при кип'ятінні води утворюється накип, який погано проводить тепло, внаслідок чого збільшується витрата палива. Накип викликає інтенсивне руйнування стінок котлів, що може призвести до аварії.

Для приготування їжі тверду воду теж не вживають, бо в ній погано розварюються м'ясо і овочі. Для пиття вона теж непридатна.

Методи визначення твердості води[ред.ред. код]

Твердість води найчастіше визначають титруванням розчином двонатрієвої солі етилендіамінтетраоцтової кислоти (комплексон ІІІ, трилон Б) у лужному середовищі в присутності індикатора хромоген чорний спеціальний або еріохром чорний. Користуючись іншим спеціальним індикатороммурексидом, визначають кальцієву Т.в.; магнієву Т.в. розраховують за різницею між результатами цих двох визначень. Якщо вміст кальцію та магнію у воді було визначено іншими способами, загальну Т.в. можна вирахувати за формулою: Т=Са2++Мg2+, де Т - загальна Т.в., ммоль/дм3; Са2+ та Мg2+ – концентрація кальцію та магнію, ммоль/дм3. Вода з Т. менше 4 ммоль/дм3 характеризується як м’яка, від 4 до 8 ммоль/дм3 – середньої твердості, від 8 до 12 ммоль/дм3 – тверда, більше 12 ммоль/дм3 – дуже тверда; за О.А.Алекіним: дуже м’яка – до 1,5 ммоль/дм3, м’яка – 1,5-3,0 ммоль/дм3, помірно тверда – 3,0-6,0 ммоль/дм3, тверда – 6,0-9,0 ммоль/дм3, дуже тверда – більше 9,0 ммоль/дм3.

Одиниці вимірювання[ред.ред. код]

Для чисельного вираження твердості води вказують концентрацію в ній катіонів кальцію та магнію. Рекомендована одиниця СІ для вимірювання концентрації — моль на кубічний метр (моль/м³), але, на практиці, для вимірювання твердості частіше використовується мілімоль на літр (ммоль/л).

У різних країнах використовуються різні позасистемні одиниці — градуси твердості.

Градус Позначення Визначення Величина
мг-екв/л ммоль/л
Німецький °dH (degrees of hardness),
°dGH (German (Deutsche) Hardness),
°dKH (для карбонатної твердості)
1 частина оксиду кальцію (СаО) або 0,719 частин оксиду магнію (MgO) на 100 000 частин води 0,3566 0,1783
Англійський °e 1 гран CaCO3 на 1 англійський галон води 0,2848 0,1424
Французький °TH 1 частина CaCO3 на 100.000 частин води 0,1998 0,0999
Американський ppm 1 частина CaCO3 на 1.000.000 частин води 0,0200 0,0100

Способи усунення твердості води[ред.ред. код]

Докладніше: Пом'якшення води

Для усунення жорсткості води, тобто її пом’якшення, з води потрібно видалити йони Са2+ і Mg2+ у вигляді нерозчинних солей.

  • Тимчасову твердість води усувають кип’ятінням:
    • Ca(HCO3)2 = СаСО3↓ + Н2О + СО2
    • Mg(HCO3)2 = MgCO3↓ + Н2О + СО2

Під час нагрівання йони Са2+ і Mg2+ виводяться з розчину у вигляді нерозчинних карбонатів. Саме легкість усунення тимчасової твердості води під час нагрівання зумовлює назву — «тимчасова».

  • Постійну твердість води, зумовлену сульфатами та хлоридами Кальцію і Магнію, неможливо усунути кип’ятінням, оскільки ці солі не розкладаються. Назва «постійна твердість» походить саме від того, що її не можна усунути простим нагріванням води. Її усувають введенням у воду деяких реагентів — натрій карбонату (кальцинована сода), кальцій гідроксиду (вапняна вода), натрій ортофосфату. Одночасно усувається як тимчасова, так і постійна, тобто загальна твердість води. Наприклад:
    • Ca(HCO3)2 + Са(ОН)2 = 2СаСО3↓ + 2Н2О
    • MgSO4 + Na2СО3 = MgCO3↓ + Na2SO4
    • Ca(HCO3)2 + Na2СО3 = СаСО3↓ + 2NaHCO3
    • 3CaSO4 + 2Na3РО4 = Са3(РО4)2↓ + 3Na2SO4
  • Сучасний спосіб пом’якшення води заснований на використанні іонообмінних смол  — катіонітів. Катіоніти — це тверді речовини, нерозчинні у воді, до складу яких входять рухливі катіони Na+ у вигляді солей органічних кислот, зафіксованих на поверхні носія. Спрощено їх позначають так: Na2R. Катіони Na+ можуть обмінюватися на катіони навколишнього середовища, наприклад Са2+ і Mg2+. Під час пропускання твердої води крізь колонку з катіонітом йони Са2+ і Mg2+ затримуються в ньому, а катіони Na+ з катіоніту переходять у воду:
    • Na2R + Са2+ = CaR + 2Na+

Катіоніт періодично регенерують, промиваючи його концентрованим розчином натрій хлориду.

Твердість природної води[ред.ред. код]

  • Твердість природної води коливається в широких межах; вона неоднакова в різних природних водах, в одному і тому ж водному об’єкті величина її змінюється за порами року. В поверхневих водах Т. досягає найбільших величин у кінці зими, найменших – у період повені. В поверхневих водах звичайно переважає карбонатна Т. (70-80% загальної). Магнієва Т.в. рідко перевищує 30% загальної, однак у деяких районах (Донбас, Кривий Ріг) досягає 60% загальної. Т. підземних вод, особливо в артезіанських колодязях, менше змінюється протягом року.
  • Твердість морської води: Чорне море – кальцієва 12,0 ммоль/дм3, магнієва 53,5 ммоль/дм3, загальна 65,5 ммоль/дм3; Каспійське море – кальцієва 36,4 ммоль/дм3, магнієва 30 ммоль/дм3, загальна 66,4 ммоль/дм3; океан – кальцієва 22,5 ммоль/дм3, магнієва 108 ммоль/дм3, загальна 130,5 ммоль/дм3.

Джерела[ред.ред. код]

  • Деркач Ф. А. «Хімія» Л. 1968
  • Хімія: Підручник для 10 кл. загальноосвіт. навч. закл. (профільн. рівень) / Авт. Буринська Н. М., Депутат В. М., Сударева Г. Ф., Чайченко Н. Н.; Кер. авт. кол. Буринська Н. М., доктор пед. наук, проф., гол. наук. співроб. лаб. хім. і біолог. освіти Ін-ту педагогіки НАПН України. – К.: Педагогічна думка, 2010. – 290-292 с., іл., табл. ISBN 978-966-644-160-0
  • Мала гірнича енциклопедія. В 3-х т. / За ред. В. С. Білецького. — Донецьк: Донбас, 2004. — ISBN 966-7804-14-3.

Примітки[ред.ред. код]


Реторта Це незавершена стаття з хімії.
Ви можете допомогти проекту, виправивши або дописавши її.