УСТРАНЕНИЕ ВРЕМЕННОЙ И ПОСТОЯННОЙ ЖЁСТКОСТИ ВОДЫ Мосиенко Ева 11Б класс В пещерах спелеологи встречаются с красивейшими известковыми образованиями – свешивающимися со сводов сталактитами и растущими вверх сталагмитами. С точки зрения химии, возникновение этих удивительных творений природы – это жесткость подземных вод. По особенностям происхождения, состава или применения, выделяют несколько видов воды: мягкая и жесткая вода, минеральная вода, дистиллированная вода… Вода́ —химическое вещество в виде прозрачной жидкости, не имеющей цвета, запаха и вкуса. Около 71 % поверхности Земли покрыто водой. Вода Мягкая менее 2 ммоль/л Жесткая Средняя жесткость Высокая жесткость 2 - 10 ммоль/л более 10 ммоль/л Вода, прежде чем попасть в колодец или водопроводную сеть, просачивается сквозь почву и насыщается в ней растворимыми солями. Природные воды содержат сульфаты и бикарбонаты кальция и магния, т.е. катионы Са2+ и Мg2+, анионы SO42-, CL- и НСО3-. Вода, в которой содержание ионов Са2+ и Mg2+ незначительно, называется мягкой, вода с повышенным содержанием их - жесткой. Возникновение жёсткости воды Ионы кальция и магния, а также прочих щелочноземельных металлов, определяющих жесткость, присутствуют во всех минерализованных водах. Их образуют месторождения известняков и гипса. Ионы кальция и магния попадают в воду при процессах растворения и химического выветривания горных пород. Ионы образуются при микробиологических процессах, протекающих в земле, где сбрасывается вода в донных отложениях. Как правило, в маломинерализованных водах преобладает жесткость, обусловленная ионами. При повышении минерализации воды содержание ионов кальция стремительно уменьшается. Количество же ионов магния в высокоминерализованных водах может доходить до нескольких граммов, а в соленых озерах - десятков граммов на один литр воды. Обычно жесткость подземных вод выше жесткости поверхностных вод. Жесткость поверхностных вод колеблется в зависимости от сезона, достигая обычно наибольшего значения в конце зимы и наименьшего в период половодья, когда обильно разбавляется мягкой дождевой и талой водой. Морская и океанская вода имеют очень высокую жесткость. Образование жесткости воды в природе Подземные воды – подземные залежи известняков, гипса, доломитов жесткость воды. Поверхностные воды – сезонные колебания. Морская и океанская вода – высокая жесткость. Пресные природные водоемы – минимум жесткости в период паводка. 4 Жесткая и мягкая вода Жесткость и мягкость воды зависти от уровня содержания в ней солей. В пером случае он высок, во втором – незначителен. Данные термины появились, предположительно, из-за тех свойств, которые оказывала вода на вещи. Если постирать их в жесткой воде, то и сама ткань будет такой же. Если же мягкой, то и одежда становилась таковой. Жесткость воды бывает временная и постоянная. Первая содержит в себе гидрокарбонат магния и кальция, вторая – другие соли. В основном это сульфаты и хлориды этих же компонентов. Выделяются они при кипячении воды. Характеристика воды по степени жесткости Характеристика воды по жесткости Очень мягкая вода Мягкая вода Вода средней жесткости Жесткая вода Очень жесткая вода Жобщ, ммол/л не более 1,5 от 1,5 до 4,0 от 4,0 до 8,0 от 8,0 до 12,0 свыше 12,0 Типы жесткости воды Временная – карбонатная жесткость, обусловлена присутствием в воде (при рН>8.3) бикарбонатов кальция и магния Са(HCO3)2 и Mg(HCO3)2. Постоянная – некарбонатная жесткость, характеризуется присутствием сульфатных, нитратных и хлоридных анионов. CaCl2; CaSO4; MgCl2, MgSO4 почти полностью устраняется при кипячении воды, поэтому называется временной жесткостью. соли кальция и магния при кипячении не устраняются (постоянная жесткость). Общая жесткость определяется как суммарная величина наличия солей магния и кальция в воде, то есть суммой карбонатной и некарбонатной жесткости Умягчение воды Это процесс снижения жесткости воды, т.е. уменьшение концентрации ионов кальция и магния. Жесткая вода негативно сказывается на здоровье человека, на работе сантехнического и котельного оборудования. Поэтому, чтобы не испортить оборудование, требуется умягчение воды. При повышенной жесткости воды в котлах и бойлерах умягчение воды обязательно. Применяются несколько методов умягчения воды, которые выбираются, опираясь на факторы: Глубина умягчения воды Качество исходной воды Экономические соображения Методы умягчения воды РЕАГЕНТНОЕ УМЯГЧЕНИЕ ВОДЫ, при этом способе очистки воды ионы Ca+2 и Mg+2 связываются различными веществами в нерастворимые соединения. ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ НА ВОДУ. Данный метод очистки воды не снижает ее жесткость, а предотвращает выпадение накипи, карбонатных отложений. Данный метод используется, где умягчение воды не является самоцелью. Чтобы избавиться от временной жесткости необходимо просто вскипятить воду. При кипячении воды, гидрокарбонатные анионы вступают в реакцию с катионами и образуют с ними очень мало растворимые карбонатные соли, которые выпадают в осадок. Ca2 + 2HCO3- = CaCO3v + H2O + CO2^ С постоянной жесткостью бороться труднее. Один из вариантов: вымораживание льда. Необходимо просто постепенно замораживать воду. Когда останется примерно 10 % жидкости от первоначального количества, необходимо слить не замершую воду, а лед превратить обратно в воду. Все соли, которые образую жесткость, остаются в не замершей воде. Еще один способ – испарение воды с последующие ее конденсацией. Так как соли относятся к нелетучим соединениям, они остаются, а вода испаряется. Но такие методы, как замораживание и перегонка пригодны только для смягчения небольшого количества воды. С последствием жесткости воды накипью, с точки зрения химии можно бороться очень просто. Нужно на соль слабой кислоты воздействовать кислотой более сильной. Устранение временной или карбонатной жёсткости В воде присутствуют катионы Са2+ и Мg2+, а также анионы НСО3 I. Термоумягчение. (Кипячением воды.) Ca(HCO3)2 = CaCO3↓ + CO2 + H2O. Mg(HCO3)2 = MgCO3↓ + CO2↑+ H2O II. Реагентное умягчение. 1. Добавлением соды. Ca(HCO3)2 + Na2CO3= CaCO3↓ + 2NaHCO3. 2. Добавлением гашеной извести(известкового молока). Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 = 2CaCO3↓ + 2H2O. Устранение постоянной (некарбонатной) жесткости В воде присутствуют катионы Са2+ и Мg2+, а также анионы SO42-, CL1. Реагентное умягчение. (добавлением кальцинированной соды.) I.CaCl2 + Na2CO3= CaCO3↓ + 2NaCl. II. MgSO4 + Na2CO3 = MgCO3↓ + Na2SO4 III. CaSO4 + Na2CO3 = CaCO3↓ + Na2SO4 2. С помощью ионообменных фильтров ионы кальция и магния заменяют на ионы натрия и калия 3. С помощью бытовых фильтров (отфильтрованная вода дает меньше накипи, что важно при использовании электрочайников) Влияние жесткости воды на здоровье человека Повышенная жесткость воды негативно сказывается на здоровье человека при умывании. Соли жесткости взаимодействуют с моющими веществами и образуют нерастворимые шлаки. Эти шлаки высыхают и остаются в виде микроскопической корки на кожном и волосяном покрове человека. Разрушается естественная жировая пленка кожного и волосяного покрова человека, забиваются поры, появляется сухость, шелушение, перхоть. Признак повышенной жесткости воды – скрип чисто вымытой кожи и волос. Чувство повышенной мылкости, признак того, что защитная пленка на коже невредима, и жесткость воды небольшая. Поэтому косметологи советуют умываться дождевой или талой водой. С точки зрения применения воды для питьевых нужд, ее приемлемость по степени жесткости может существенно варьироваться в зависимости от местных условий. Высокая жесткость ухудшает органолептические свойства воды, придавая ей горьковатый вкус и оказывая отрицательное действие на органы пищеварения. Кроме того, при взаимодействии солей жесткости с моющими веществами происходит образование "мыльных шлаков" в виде пены, она после высыхания остается в виде налета на сантехнике, белье, человеческой коже, на волосах. Отрицательное влияние жесткой воды на организм человека 1. 2. 3. 4. Снижение моторики желудка ; Заболевание суставов (артриты и полиартриты); Заболевание сердечно-сосудистой системы; Образование камней в почках, желчном и мочевом пузырях. Отрицательное влияние мягкой воды на организм человека 1. 2. 3. 4. Вымывает кальций из костей; Ломкость костей у взрослого человека; Риск развития рахита у детей; Вымывает минеральные вещества и полезные бактерии. Вред, наносимый жесткой водой технике и предметам быта Кроме плохого вспенивания мыльных средств, из-за контакта жесткой воды с ними образуются разводы и твердый налет на сантехнике и поверхности посуды, так как выпадает солевой осадок. Такой налет тяжело отмывается с посуды, а так же негативно влияет на сантехнику, постепенно разрушая ее поверхности. В процессе нагревания воды в электроприборах соли кристаллизуются и выпадают в виде накипи. Именно накипь является основной причиной быстрой поломки водонагревательных приборов. Жесткая вода оставляет пятна, разводы и грязные налеты на свежевыстиранных вещах, цвет тускнеет, рисунки становятся серыми. От них избавиться очень сложно и это, требует повышенных затрат моющих средств. Ткань, постиранная в жесткой воде, становится грубой и неэластичной, потому что соли забивают в ней все свободное пространство. Уменьшается прочность одежды и белья.
