§ 28. Жорсткість води та способи її усунення

Вам відомо, що абсолютно чистих речовин не існує. Дощова, річкова чи морська вода, підземні води завжди містять домішки, серед яких найпоширенішими є солі. Тому природна вода буває і жорсткою, і м’якою.

Жорстка вода створює несприятливі умови для функціонування приладів, робота яких пов’язана з гарячою водою, погіршує прання, приготування їжі тощо.

Якщо у складі питної чи мінеральної води катіони Кальцію і Магнію є корисними у визначених межах споживання, то для води, у якій перуть білизну, яку кип’ятять (під час приготування страв, чаю, кави тощо), використовують у системах опалення приміщень, їх наявність небажана і до певної міри шкідлива.

ПОНЯТТЯ ПРО ЖОРСТКІСТЬ ВОДИ. З наявністю у воді солей Кальцію і Магнію — гідрогенкарбонатів, хлоридів та сульфатів — пов’язане поняття жорсткість води.

Жорсткість води — сукупність властивостей води, зумовлена наявністю катіонів Са 2+ і Mg 2+ . Ці йони входять до складу солей хлоридів, сульфатів, гідрогенкарбонатів.

Вода, 1 л якої містить до 2 ммоль/л йонів Са 2+ і Mg 2+ , вважається м’якою. Вода із вмістом йонів Са 2+ і Mg 2+ понад 10 ммоль/л вважається жорсткою. Прикладом м’якої води є дощова вода, жорсткої — вода морів і океанів.

Хімія — це життя: сторінка природодослідника

Завдання. Вивчіть йонний склад двох різних мінеральних вод.

1. Знайдіть на етикетках досліджуваних мінеральних вод інформацію про вміст катіонів та аніонів і заповніть таблицю 11 у робочому зошиті.

Назва мінеральної води

Наявність йонів

Молекулярні формули солей

Із зазначених у таблиці катіонів та аніонів складіть хімічні формули солей і запишіть їх в останній колонці таблиці.

2. Запишіть по два катіони та аніони, вміст яких найбільший у складі кожної мінеральної води.

3. Знайдіть на етикетках відомості про загальну мінералізацію води (вміст солей в 1 л) та зробіть висновок, м’якою чи жорсткою вона є.

Розрізняють тимчасову, постійну та загальну жорсткість води (мал. 73).

Мал. 73. Види жорсткості води

Зі схеми бачимо, що жорсткість води, зумовлена вмістом у ній кальцій гідрогенкарбонату та магній гідрогенкарбонату, дістала назву тимчасової, або карбонатної.

Враховуючи здатність гідрогенкарбонатів розкладатися під час нагрівання з утворенням нерозчинного у воді кальцій карбонату, тимчасову жорсткість води можна усунути кип’ятінням:

Саме ця реакція відбувається під час кип’ятіння води, що має тимчасову жорсткість. Нерозчинні у воді карбонати, що утворюються з гідрогенкарбонатів, осідають на внутрішній поверхні посудин у вигляді білого осаду, утворюючи накип. Якщо вода містить солі Феруму, то накип набуває коричневого відтінку. Накип погіршує процес теплообміну в парових котлах і чайниках, призводить до перевитрат палива і перегрівання металевих поверхонь. З часом чайники, нагрівальні елементи пральних машин (мал. 74) виходять з ладу, просвіти батарей опалення звужуються й тепловіддача погіршується.

Мал. 74. Нагрівальний елемент, вкритий шаром накипу

Крім кип’ятіння, тимчасову жорсткість води усувають хімічним способом, додаючи до води кальцій гідроксид (гашене вапно), натрій гідроксид або соду.

• Аналогічні реакції для магній гідрогенкарбонату складіть самостійно.

Вивчаючи органічні речовини, ви дізналися про натрій стеариноат C₁₇H₃₅COONa — основну складову твердого мила. Як і всі сполуки Натрію, мило добре розчиняється у воді, а розчин виявляє мийну дію. Однак у жорсткій воді, замість усунення забруднень, мило вступає в реакцію йонного обміну з наявними в ній солями Кальцію чи Магнію, утворюються нерозчинні у воді стеариноати цих металічних елементів:

Це їхні «пластівці» з’являються у мильній воді замість густої піни. До того часу, доки всі катіони Кальцію і Магнію не будуть осаджені, мийна дія мила проявляється слабко. Це збільшує витрати мила та погіршує структуру і якість тканин. Синтетичні мийні засоби (пральні порошки, пасти, рідини) не утворюють з Кальцієм та Магнієм нерозчинних солей, а тому забезпечують ефективне прання й економне витрачання мийних засобів як у м’якій, так і в жорсткій воді.

На відміну від гідрогенкарбонатів Кальцію і Магнію, розчинені у воді хлориди і сульфати не можна видалити з розчину кип’ятінням.

Наявність у воді гідрогенкарбонатів Кальцію і Магнію зумовлює тимчасову, або карбонатну жорсткість води.

Наявність у воді сульфатів і хлоридів Кальцію і Магнію зумовлюють постійну, або некарбонатну жорсткість води.

Постійну (некарбонатну) жорсткість води усувають хімічним способом, використовуючи речовини, які переводять йони Кальцію і Магнію з розчину в нерозчинні сполуки. Це можуть бути натрій карбонат (кальцинована сода) Na₂CO₃, натрій ортофосфат Na₃PO₄. Як і у випадку з тимчасовою жорсткістю, утворюються нерозчинні карбонати й ортофосфати:

Перспективним та ефективним способом усунення жорсткості води є йонітний. Для цього користуються йонообмінними колонками (мал. 75). Вони заповнені твердими нерозчинними у воді йонообмінними матеріалами із загальною назвою катіоніти, що містять рухливі йони, наприклад Натрію. Катіони Натрію обмінюються на катіони Кальцію і Магнію, що містяться у жорсткій воді. Унаслідок такого обміну катіони Кальцію та Магнію залишаються в йонообмінній колонці, а пом’якшена вода витікає з неї. Важливо також те, що йонообмінний матеріал піддається регенерації, тобто відновленню.

Мал. 75. Пом’якшення води в лабораторних умовах із використанням йонообмінної колонки

Постійну жорсткість води усувають хімічним способом за допомогою натрій карбонату (кальцинована сода) Na₂CO₃, натрій ортофосфату Na₃PO₄, аніони яких утворюють з катіонами Кальцію і Магнію нерозчинні сполуки, або воду пропускають через йонообмінні колонки.

Терміном загальна жорсткість характеризують одночасну присутність у воді сполук, що зумовлюють тимчасову і постійну жорсткість. Якість природних вод характеризують переважно цим терміном, оскільки у більшості випадків природна вода містить і карбонати, і хлориди, і сульфати Кальцію та Магнію.

Про дистиляцію як спосіб отримання м’якої води ви вже знаєте.

Хімія — це життя: сторінка природодослідника

Завдання. У домашніх умовах з поверхні побутових приладів усуньте накип (відклад нерозчинних карбонатів). Для його виконання вам знадобиться: чайник, каструля або інший побутовий посуд, на стінках якого від тривалого кип’ятіння води утворився накип нерозчинних карбонатів; лимонна чи етанова кислоти (оцет), спеціальний засіб для видалення накипу, придбаний у магазині, вода.

Спосіб 1. Усуньте накип з поверхні будь-якого побутового приладу хімічним способом. Для цього приготуйте розчин засобу з розрахунку одна упаковка лимонної кислоти на 3 л води, або 50 мл оцту на такий самий об’єм води. Вилийте виготовлений розчин у посудину так, щоб він повністю покривав поверхню з накипом, закрийте кришкою і кип’ятіть близько 5 хв. Після завершення кип’ятіння зачекайте, поки рідина охолоне (реакція може ще продовжуватись). Вилийте розчин з посудини та ретельно ополосніть її.

Результати проведеного досліду запишіть у робочий зошит, поясніть їх.

Спосіб 2. Якщо маєте змогу придбати один із засобів, призначених для усунення накипу, виконайте дослід, скориставшись ним. Під час виконання досліду чітко дотримуйтесь інструкції, що додається до засобу.

Результати проведеного досліду запишіть у робочий зошит, а також зазначте основну речовину у складі засобу, призначену для зняття накипу.

Сторінка ерудита

Наземним рослинам для живлення, людям і тваринам суходолу для пиття потрібна прісна вода — вода з невеликим вмістом розчинених у ній речовин, які питній воді надають смаку. Водопостачання жителів великих міст здійснюють водою річок і підземними водами. Зокрема, дніпровську воду споживають жителі Києва, Дніпра, Запоріжжя та інших великих міст. Вам відомо, що перш ніж вода з’явиться у квартирах, її очищають і знезаражують, а в спеціальних лабораторіях фахівці з відповідною хіміко-біологічною підготовкою здійснюють контроль якості води. Контроль якості води полягає у встановленні жорсткості води, виявленні відповідності її складу державним нормам. Для цього проводять якісний і кількісний аналіз питної води на вміст у ній катіонів металічних елементів і Гідрогену, аніонів кислотних залишків, шкідливих мікроорганізмів, а також різних органічних речовин, забруднення води якими може статись через недбалу господарську діяльність людей.

Знаємо, розуміємо

• 1. Чим зумовлена жорсткість води? На які види її поділяють?
• 2. Яку загрозу побутовим приладам становить жорстка вода?
• 3. Назвіть солі, що зумовлюють тимчасову жорсткість води.
• 4. Назвіть солі, що зумовлюють постійну жорсткість води.

Застосовуємо

• 1. Поясніть хімічну суть різних видів жорсткості води.
• 2. Складіть рівняння реакцій за схемою перетворень: кальцій карбонат → кальцій оксид → кальцій гідроксид → кальцій гідрогенкарбонат → кальцій карбонат → кальцій хлорид → кальцій нітрат.
• 3. Виконайте завдання з рубрики «Хімія — це життя: сторінка природодослідника». Одержані результати оприлюдніть на уроці.
• 4. Чому вдаються до пом’якшення води, яку використовують у побуті?
• 5*. Запропонуйте спосіб опріснення морської води, який можна було б використовувати в екстремальній ситуації перебування людини у відкритому морі без запасу прісної води.

На що впливає жорсткість води?

Всесвітня Організація Охорони здоров’я не пропонує будь-якої рекомендованої величини жорсткості за показниками впливу на здоров’я. У матеріалах ВООЗ йдеться про те, що хоча ряд досліджень і виявив статистично зворотну залежність між жорсткістю питної води і серцево-судинними захворюваннями, наявні дані не достатні для висновку про причинному характері зв’язку з цим. Аналогічним чином, однозначно не доведено, що м’яка вода надає негативний ефект на баланс мінеральних речовин в організмі людини.
Разом з тим, в залежності від рН і лужності, вода з жорсткістю вище 4 мг-екв / л може викликати в розподільній системі відкладення шлаків і накипу (карбонату кальцію), особливо при нагріванні. Саме тому нормами Котлонагляду вводяться дуже жорсткі вимоги до величини жорсткості води, використовуваної для живлення котлів (0.05-0.1 мг-екв / л)
Крім того, при взаємодії солей жорсткості з миючими речовинами (мило, пральні порошки, шампуні) відбувається утворення “мильних шлаків” у вигляді піни. Це призводить не тільки до значних перевитрат миючих засобів. Така піна після висихання залишається у вигляді нальоту на сантехніці, білизна, людській шкірі, на волоссі (неприємне відчуття “жорстких” волосся добре відоме багатьом). Головним негативним впливом цих шлаків на людину є те, що вони руйнують природну жирову плівку, якою завжди покрита нормальна шкіра і забивають її пори. Ознакою такого негативного впливу є характерний “скрип” чисто вимитого шкіри або волосся. Виявляється, що викликає у деяких роздратування почуття “милкості” після користування м’якою водою є ознакою того, що захисна жирова плівка на шкірі ціла і неушкоджена. Саме вона і ковзає. В іншому випадку, доводиться витрачатися на лосьйони, зм’якшуючим і зволожуючі креми та інші хитрощі для відновлення тієї захисту шкіри, якої нас і так забезпечила матінка Природа.
Разом з тим, необхідно згадати і про інший бік медалі. М’яка вода з жорсткістю менше 2 мг-екв / л має низьку буферну ємність (лужність) і може, в залежності від рівня рН і ряду інших факторів, надавати підвищений корозійний вплив на водопровідні труби. Тому, в ряді застосувань (особливо в теплотехніці) іноді доводиться проводити спеціальну обробку води з метою досягнення оптимального співвідношення між жорсткістю води і її корозійної активністю.
Оцінити загальну жорсткість води, при деяких обмеженнях, можна за допомогою звичайного кондуктометра – COM100 . Найбільш точно виміряти загальну, а також карбонатную і некарбонатную жорсткість води можна за допомогою приладу YD300 , Оснащеного іоноселективних електродом.
Джерело: ОМАР

Що таке жорстка вода і як її пом’якшити?

Вода – головне багатство нашої землі. Але, підвищення солей кальцію і магнію призводить до того, що вода може стати жорсткою. Причому, це стосується не тільки водопровідної води, але також води з колонок, свердловин, колодязів. Жорстка вода може мати негативний вплив на здоров’я людини. Але крім того, наліт, що утворюється на побутових приладах при використанні жорсткої води, призводить до скорочення їх продуктивності, і навіть до поломки. Ви давно помічаєте накип на нагрівальному елементі свого електрочайника? Це явний «симптом» жорсткості води. Але, звичайно ж, краще всього здати аналізи води в спеціальних лабораторіях.

Яка жорсткість води допустима?

Якщо ви серйозно підійшли до справи, і вирішили зробити лабораторні аналізи води з свого колодязя, то ви повинні розуміти, що означатимуть всі ці цифри. Отже, якщо значення води до 3 мг-екв / л, то така вода вважається м’якою. Пити воду можна до значення 7 мг-екв / л, хоча за класифікацією така вода вже вважається жорсткої. Якщо значення жорсткості води вище 7 мг-екв / л, таку воду пити або використовувати в побуті шкідливо і для людини, і для будь-яких побутових пристроїв, що мають контакт з цією водою. Щоб вона стала більш м’якою, її необхідно спеціально обробити – пом’якшити.

Як зробити жорстку воду м’якшою?

Способів пом’якшення води існує кілька. І зараз ми трохи розберемо кожен.

• Найпростіший і найпоширеніший спосіб зробити питну воду м’якшою – це кип’ятіння. Цей спосіб відомий всім, але, на жаль, повністю позбутися від солей жорсткості за допомогою кип’ятіння неможливо. Крім того, при кип’ятінні утворюється осад, який необхідно видалити. Таким чином можна пом’якшити воду для пиття чи приготування їжі, але, щоб уберегти бойлер, пральну машину, такий спосіб не підійде.
• Ще один метод пом’якшення води – за допомогою реагентів. В якості реагентів використовуються вапно, сода (харчова або кальцинована), синтетичні реагенти. Для застосування того чи іншого реагенту важливо знати склад води, точно дозувати реагент. Пити таку воду не можна, тільки використання харчової соди в якості реагенту дозволяє використовувати воду для харчових цілей.
• Іонообмінний метод – один з найбільш ефективних для пом’якшення води в великих обсягах. Спеціальні матеріали, через які пропускається вода, завдяки своїм унікальним властивостям обміну іонів жорсткості на іони натрію, дозволяють добитися хорошого результату. Але, такі іонообмінні матеріали вимагають поновлення кількості потрібних іонів, інакше пом’якшувати воду просто буде неможливо. Таким чином, в фільтрах з іонообмінним способом пом’якшення води важливо вчасно міняти картридж, або ж купувати дорогі фільтри з регенеративними властивостями, в яких іонообмінні властивості відновлюються при пропуску спеціального розчину через іонообмінну смолу .
• Мембранне пом’якшення дозволяє отримати найчистішу воду без домішок і солей, так що навіть доводиться спеціально мінералізувати її, тобто робити більш жорсткою. Завдяки мембрані, яка пропускає тільки молекули води, вона не тільки максимально очищається від всіх видів забруднення, а й стає м’якою. Дія фільтрів зворотного осмосу засноване саме на цьому методі очищення води.
• Дія магнітних фільтрів засноване на пом’якшенні води за допомогою магнітного впливу, завдяки якому накип, яка могла відкластися на нагрівальних елементах, видаляється потоком води у відстійники і каналізацію.
• Електромагнітний спосіб пом’якшення води схожий з попереднім, тільки вплив на солі жорсткості відбувається за допомогою електромагнітних хвиль. Так само, як і при магнітному впливі, солі жорсткості втрачають здатність відкладатися на нагрівальних елементах приладів. Обидва ці способи дозволяють запобігти появі накипу і видалити старі нашарування.

Підібрати оптимальні способи пом’якшення води можна в залежності від рівня жорсткості, складу, необхідних вимог до води на виході. Для отримання потрібного ефекту можна скористатися відразу декількома способами пом’якшення води, наприклад, для пиття та приготування їжі використовувати зворотний осмос з мінералізатором , а для обей системи водопостачання будинку підійде іонообмінний або магнітний фільтр. Пом’якшивши жорстку воду, ви не тільки отримуєте більш корисну воду для пиття і приготування їжі, але також продовжуєте життя всіх приладів, які мають контакт з водою.

Підібрати фільтри для пом’якшення води і отримати необхідну консультацію можна у фахівців Аквакут. Якщо ви дбаєте про своє здоров’я, ласкаво просимо до нас!

Share

text_related

“Всім відомо з курсу шкільної біології, що від зачаття до народження плід росте. А зростання – це ні що інше, як поділ клітин. Ну а кожна клітина для повноцінного розвитку і можливості поділу повинна бути наповнена водою! Саме з цієї причини вагітн. “

“Вода в пластикових пляшках – це, безумовно, дуже цікава. Пластикові пляшки різного об’єму стали невід’ємною частиною щоденного життя людини. Але, важливо розуміти, що бездумне використання такого матеріалу як пластик, може завдати непоправної ш�. “

“Про важливість чистої питної води для людини не знає тільки ледачий. Але ще більш важливу роль вода відіграє для дитячого організму. Природно, як у дорослого, так і дитини, недолік води може негативно позначитися на самопочутті в цілому. �. “