4.4. Визначення стабільності води

Стабільність води визначають при виборі джерела водопостачання і під час контролю властивостей води на діючих установках. Вода називаться стабільною, якщо при контакті з бетонними та металевими поверхнями вона не змінює свій хімічний склад, тобто не розчиняє або не виділя карбонат кальцію.

Карбонати кальцію і магнію переходять у розчинний стан лише у присутності СО₂:

CaCO₃ + CO₂ + H₂O <==> Ca(HCO₃)₂,

MgCO₃ + CO₂ + H₂O <==> Mg(HCO₃)₂.

У природній воді існує динамічна хімічна рівновага між різними формами вуглекислоти, яка виражаться рівнянням

СаСО₃ + СО₂ + Н₂О <==> Сa²⁺ + 2НСО₃^-.

Константа рівноваги цієї системи

[Сa²⁺] · [НСО₃^-]²

K = ----------------------------- . (14)

[СаСО₃] · [СО₂] · [H₂О]

Концентрації[СаСО₃] і [H₂О] - постійні величини, тому їх об'єднують з константою рівноваги К

Рис.1 Номограма для визначення рН

[Сa²⁺] · [НСО₃^-]²

--------------------------- = K · [СаСО₃] · [H₂О] = К_СО2 (15)

[СО₂]

де К_СО2- константа вуглекислотної рівноваги.

З рівняння (15) випливає, що гідрокарбонат-іони можуть знаходитися у воді лише при наявності у ній вільної вуглекислоти. Певній концентрації іонів HСО₃^ˉ відповідає певна концентрація вільної вуглекислоти, яка називаться рівноважною вуглекислотою (СО₂^р).

Для розведених водних розчинів при температурі 25⁰С Ксо₂ = 34.3, якщо концентрації [Сa²⁺] і [НСО₃^-] виражені у ммоль/дм³.

Концентрацію СО₂^р воді (у ммоль/ дм³) знаходять за рівнянням

[Сa²⁺] · [НСО₃^-]²

[СО₂^р] = ───────────── (16)

К_СО2

Іноді вміст вуглекислоти у воді перевищує кількість СО₂, необхідну для розчинення карбонатів, тобто концентрація СО₂^в більша, ніж рівноважна концентрація СО₂^р.

Різниця між вмістом вільної та рівноважної вуглекислоти називаться агресивною вуглекислотою (СО_агр). Її наявність є основною причиною порушення стабільності води.

Для оцінки стабільності води порівнюють вміст у ній СО₂^в з розрахунковою величиною СО₂^р. Вода стабільна при СО₂^в = СО₂^р . Якщо концентрація СО₂^в не дорівнює концентрації СО₂^р, то вода нестабільна. Ця нестабільність може бути двоякою: при СО₂^в < СО₂^р вуглекислотна рівновага зсуваться вправо, що зумовлю утворення осаду карбонату кальцію за реакцією

Са(НСО₃)₂ ----> СаСО₃ + СО₂ + Н₂О,

а при СО₂^в > СО₂^р спостерігається зворотня реакція розчинення карбонату кальцію у воді

СаСО₃ + СО₂ + Н₂О ----> Са(НСО₃)₂.

Для визначення вмісту агресивної вуглекислоти (СО₂^агр) також використовують таблиці Леманна і Реусса (табл.11).

Вміст агресивної вуглекислоти (у мг/л) розраховують за формулою

СО₂^агр = G - Л_заг · 22, (17)

де G - величина, знайдена за табл.11, яка відповіда величині "S", розрахованій за формулою

S = СО₂^в + Л_заг · 22, (18)

де СО₂^в - вміст вільної вуглекислоти у воді, мг/дм³;

Л_заг - загальна лужність води, мг-екв/дм³.

Від'ємне і нульове значення величини СО₂^агр вказує на відсутність агресивної вуглекислоти у воді.