Вода, перш ніж потрапити в колодязь або водопровідну мережу, просочується крізь ґрунт і насичується в ній розчинними солями.
Природні води містять сульфати і бікарбонати кальцію і магнію, тобто катіони Са 2+ і Мg2 +, аніони SO42- і НСО3-. Вода, в якій вміст іонів Са2 + і Mg2 + незначно, називається м'якою, вода з підвищеним вмістом їх - жорсткою.
При кип'ятінні жорсткої води бікарбонати розкладаються, утворюючи нерозчинні карбонати, наприклад:
Са2 + + 2НСO3- = СаСО3 ↓ + Н2О + СО2 ↑
Карбонати осідають, і жорсткість води зменшується. Жорсткість, що викликається вмістом у воді бікарбонатів кальцію і магнію, називається карбонатної або тимчасовою. Жорсткість, обумовлена присутністю інших солей кальцію і магнію і зберігається після кип'ятіння води, називається некарбонатних або постійною.
Широко відомо, що в жорсткій воді мило погано милиться. Вивчимо це явище на досвіді, взявши в якості штучної жорсткої води, наприклад, розчин гіпсу. Наллємо в бюретку розбавлений розчин мила і будемо доливати його потроху, порція за порцією, до жорсткої воді, сильно струшуючи після кожного пріліваніем стакан з жорсткою водою. Перші порції мила витрачатимуться на освіту пластівчасті осаду, і піни при струшуванні виходити не буде. Тільки після того, як припиниться утворення осаду, з'явиться піна.
Мила - це натрієві (іноді калієві) солі органічних кислот, і їх склад можна умовно виразити формулою NaR або KR, де R - кислотний залишок. Аніони R- утворюють з катіонами кальцію і магнію нерозчинні солі CaR2 і MgR2. На освіту цих нерозчинних солей і витрачається марно мило. Таким чином, за допомогою мильного розчину ми можемо оцінити загальну жорсткість води, загальний вміст в ній іонів кальцію і магнію.
Для господарсько-побутових потреб потрібно вода З незначною жорсткістю. При кип'ятінні жорсткої води утворюється накип. У жорсткій воді погано розварюються м'ясо, овочі, крупа. При пранні тканин жорсткою водою утворюються нерозчинні сполуки осідають на поверхні ниток і поступово руйнують волокна.
При харчуванні парових котлів жорсткою водою утворюється накип. Накип ускладнює нагрівання води, викликає збільшення витрати палива, прискорює зношування стінок казана (рис. 57).
Для зниження жорсткості води застосовують різні методи. Перед направленням у паровий котел воду попередньо нагрівають, ніж усувають тимчасову жорсткість. Для живлення котлів високого тиску в даний час часто застосовують перегнанную (дистильовану) воду. Для зниження жорсткості води використовують хімічні методи, що призводять до перекладу іонів кальцію і магнію до складу нерозчинних солей, зазвичай в карбонати.
Карбонатну жорсткість усувають додаванням вапняного молока:
Са (НСО3) 2 + Са (ОН) 2 = 2СаСO3 ↓ + 2Н2O
Некарбонатная жорсткість усувається добавкою соди:
CaSO4 + Na2CO3 = CaCO3 ↓ + Na2SO4
Природну воду, що містить іони кальцію Са2 + і магнію Mg2 +, можна пом'якшити, звільнити від цих іонів, замінивши їх, наприклад, іонами натрію, за допомогою іонообміну. Для цього воду на станціях водоочищення пропускають через іонообмінних колонку з катионитом, що містить рухомі іони Na +. Іони кальцію і магнію втримаються в катионите, а в воду перейде з катіоніту еквівалентну кількість нешкідливих іонів натрію:
- Яка вода жорсткіша: дощова або річкова? Чому?
- Поясніть, чому в річковій воді містяться бікарбонати кальцію і магнію.
- Як частково пом'якшити воду, не застосовуючи хімічних реактивів?
- Напишіть в іонної формі рівняння реакцій, що застосовуються при усуненні: а) карбонатної жорсткості, б) некарбонатних жорсткості.
- Чому постійну жорсткість, обумовлену вмістом у воді гіпсу, не можна усунути добавкою гідроксиду кальцію?
- Випробуйте різними способами на жорсткість проби води, взяті з різних навколишніх джерел.
- * Чисту воду отримують іноді не шляхом перегонки природної води, а пропускаючи її послідовно через дві колонки, що містять: одна - катіоніт, "заряджений" іонами водню, а інша - анионит, "заряджений" іонами гідроксилу. Поясніть, яким чином при такій обробці вода звільняється від будь-яких катіонів та аніонів і стає хімічно чистої.
Чому?
Як частково пом'якшити воду, не застосовуючи хімічних реактивів?
Чому постійну жорсткість, обумовлену вмістом у воді гіпсу, не можна усунути добавкою гідроксиду кальцію?
