Работа № 3 Определение жесткости воды Теоретическая часть

Жесткость воды – один из показателей, принятых для характеристики состава и качества природных вод.

Жесткость – это природное свойство воды, обусловленное наличием в ней ионов кальция (Са²⁺) и магния (Mg²⁺), содержащихся в виде разных солей.

Суммарное содержание этих солей в воде называется ее общей жесткостью. Общую жесткость воды условно подразделяют на два вида: временную (или карбонатную) и постоянную (или некарбонатную) жесткость воды.

Количественной мерой жесткости воды является сумма концентраций (С) ионов Са ²⁺ и Mg ²⁺ :

Ж = С_Са²⁺ + С_Mg²⁺

Измеряют жесткость числом миллимолей эквивалентов ионов жесткости Са²⁺ и Mg²⁺ в 1 дм³ воды, т.е. в ммоль/дм³ эквивалентов ионов жесткости.

При расчетах, связанных с жесткостью воды, следует учитывать, что эквивалент иона Са²⁺ – Э(Са ²⁺) = ½ Са²⁺,

эквивалент иона Mg²⁺ Э(Mg²⁺) = ½ Mg²⁺;

молярная масса эквивалента иона кальция М_Э(Са²⁺) = ½ М_И (Са²⁺) = 20 г/моль (М_И – молярная масса иона),

молярная масса эквивалента иона магния М_Э ( Mg²⁺) = ½ М_И ( Mg²⁺ ) = 12 г/моль.

Другими словами, масса 1 моль эквивалента Са²⁺ равна 20 г, а Mg²⁺ – 12 г. Тогда, например, 0,2 г – это масса 0,01 моль или 10 ммоль эквивалентов Са²⁺.

Общая жесткость природных вод изменяется в широких пределах. Она различна в разных водоемах, а в одной и той же реке изменяется в течение года. Жесткость морей значительно выше, чем рек и озер, а максимальное значение жесткость достигает в водах океана. Так, вода с жесткостью до 3 ммоль/дм³ называется мягкой, от 4 до 7 – средней и выше 8 – жесткой.

Жесткая вода не пригодна для технических целей и бытового использования. Так, например, стенки паровых котлов постепенно покрываются плотной коркой накипи, которая уже при толщине около 1 мм значительно снижает передачу теплоты стенками котла и, следовательно, ведет к увеличению расхода топлива. Кроме того, она может служить причиной появления трещин, как на кипятильных трубах, так и на стенках самого котла. Вода с жесткостью свыше 10 ммоль/дм³ имеет неприятный вкус. Резкий переход при пользовании от мягкой к жесткой воде (а иногда и наоборот) может вызвать у людей расстройство желудочно-кишечного тракта.

При использовании жесткой воды ухудшается течение почечно-каменной болезни. Жесткие воды способствуют появлению дерматитов. При повышенном поступлении в организм кальция с питьевой водой на фоне йодной недостаточности чаще возникает зобная болезнь. Для питьевых целей используют воду средней жесткости – от 3 до 7 ммоль/дм³, для хозяйственных и промышленных целей – мягкую воду – до 3 ммоль/дм³.

Одним из способов устранения временной жесткости воды является кипячение. При этом растворимые гидрокарбонаты переходят в малорастворимые карбонаты, общая жесткость воды уменьшается.

t⁰

Ca(HCO₃)₂ = CaCO₃↓ + CO₂ + H₂O

t⁰

Mg(HCO₃)₂ = MgCO₃ ↓ + CO₂ + H₂O

Постоянную жесткость можно удалить добавлением в воду гидрокарбоната натрия (питьевой соды – NaHCO₃) или карбоната натрия (технической соды – Na₂CO₃).

При этом ионы кальция и магния связываются с ионами СО₃^2–, образуя малорастворимые соли:

Са ²⁺ + СО₃ ^2– = CaCO₃↓ ,

Са ²⁺ + НСО₃ ^- = CaCO₃↓ + Н⁺

Жесткость воды при этом также уменьшается.