Лабораторная работа № 3,4 Жесткость воды. Определение карбонатной жесткости воды. Определение общей жесткости воды. Теоретические основы

Для оценки качества природной воды обычно используют две характеристики: соленость и жесткость.

Под соленостью понимают общее содержание нелетучих растворимых веществ в воде. Величину солености определяют взвешиванием остатка после испарения 1 литра исследуемой воды. Эта характеристика важна, прежде всего, при определении пригодности воды для питья, а также возможности ее использования в сельском хозяйстве и промышленности.

Жесткость связана с содержанием в воде растворимых солей двухвалентных металлов – кальция, магния, а также иногда железа и марганца. Жесткая вода находит ограниченное применение в промышленности и быту. Так, в жесткой воде плохо заваривается чай и кофе, она непригодна для изготовления некоторых напитков, ее применение абсолютно недопустимо в технологии электронной техники, использование ее в паровых котлах и теплообменниках вызывает отложение накипи на стенках, что приводит к перерасходу топлива и разрушению металла. Коррозию металла усиливает гидролиз магниевых солей и солей железа, который сопровождается подкислением среды:

;

.

Величину жесткости воды определяют по содержанию в ней катионов кальция и магния, а иногда железа (II) и марганца (II) и обычно выражают в миллимолях на литр (ммоль/л). 1 ммоль/л соответствует содержанию в 1 литре воды 40,08 мг ионов или 24,31 мг ионов или 55,85 мг ионов или 54,94 мг ионов .

Рассчитать величину жесткости воды можно по формуле

ммоль/л,

где в числителе С – концентрация ионов металла в мг/л, в знаменателе – молярная масса соответствующего катиона металла.

Различают общую, временную и постоянную жесткость воды.

Общую жесткость воды обуславливают все растворимые соли кальция, магния, железа (II) и марганца (II).

Временная жесткость связана с наличием в воде растворимых гидрокарбонатов - , , , . Поэтому она также называется карбонатной. Временной ее называют потому, что она может быть почти полностью удалена кипячением воды. Именно временная жесткость воды является основной причиной образования накипи.

Постоянная жесткость связана с присутствием всех остальных растворимых солей кальция, магния, железа и марганца. Она не может быть устранена кипячением воды.

Происхождение жесткости воды объясняется, прежде всего, растворением природных минералов кальция и магния. В частности карбонаты (известняки, мел, мрамор, доломит и др.) реагируя с растворенным в воде углекислым газом, образуют сравнительно хорошо растворимые гидрокарбонаты. Этот процесс можно представить следующим уравнением реакции

где Ме – это катион кальция или магния.

На равновесие в системе большое влияние оказывает изменение концентрации углекислого газа в воде. Если она возрастает, то равновесие смещается вправо, что сопровождается дополнительным растворением карбонатов. Если же концентрация углекислого газа уменьшается, то равновесие смещается влево, часть гидрокарбоната переходит в карбонат и выпадает в осадок.

Катионы железа попадают в воду чаще всего в результате коррозии железных труб и присутствуют в ней в виде гидрокарбоната железа (II).

Соли марганца (II) встречаются в подземных водах лишь некоторых районов, в которых сосредоточены металлургические и металлообрабатывающие предприятия (Кузбасс, Средний Урал). Их источником, как правило, являются сточные воды этих предприятий.

Жесткость природных вод колеблется в широких пределах. Вода с жесткостью менее 2 ммоль/л считается мягкой, от 2 до 3 ммоль/л – умеренно жесткой, от 3 до 4 ммоль/л – средней, от 4 до 6 ммоль/л жесткой и более 6 ммоль/л – очень жесткой.