ЖЕСТКОСТЬ ВОДЫ

Жесткость воды обуславливается наличием в ней различных соединений кальция и магния. Термин жесткость стали применять в связи с тем, что соли кальция и магния образуют с мылами нерастворимые «жесткие» соединения.

По качественному составу жесткость характеризуется следующим образом. Жесткость, создаваемая катионами кальция – кальциевая жесткость (Ж_Ca), катионами магния – магниевая жесткость (Ж_Mg). Гидрокарбонатные анионы () создают карбонатную или временную жесткость, остальные анионы – постоянную жесткость (Ж_пост). Сумму Ж_Ca и Ж_Mg называют общей жесткостью (Ж_общ).

Снижение жесткости или умягчение воды производят физическими методами (например, термическим), реагентным, катионированием.

Термический метод основан либо на испарении воды с последующей дистилляцией пара (получают дистиллированную воду), либо просто нагреванием, при котором гидрокарбонаты переходят в карбонаты, растворимые гораздо хуже:

t

М(НСО₃)₂ → МСО₃ + Н₂О + СО₂↑

Таким образом можно удалить только Ж_карб. Остаточная жесткость зависит от растворимости образующихся карбонатов.

Реагентные методы основаны на переводе солей кальция и магния в труднорастворимые (осаждение) или прочные комплексные соединения.

В качестве осадителей используют известь Ca(OH)₂, соду Na₂CO₃, соли фосфорной кислоты Na₃PO₄. В результате обработки воды осадителями образуются труднорастворимые соединения Mg(OH)₂, CaCO₃, Ca₃(PO₄)₂, Mg₃(PO₄)₂. Остаточная жесткость после реагентного умягчения определяется произведением растворимости образующихся соединений.

Метод катионирования основан на способности некоторых соединений, практически нерастворимых в воде, вступать в реакции обмена с катионами, находящимися в воде. Такие соединения называют катионитами. Воду с определенной скоростью пропускают через катионит и происходит реакция обмена, например:

2NaR + Ca²⁺ = CaR₂ + 2Na⁺

2HR + Ca²⁺ = CaR₂ + 2H⁺.

В результате катионы кальция из воды удаляются, заменяясь на катионы натрия или водорода. После насыщения катионита катионами кальция и магния, катиониты регенерируют.

В настоящее время жесткость принято выражать в градусах жесткости. За 1⁰ жесткости принимают содержание в воде ионов Ca²⁺ и Mg²⁺, равное0, 5·10^-3 моль в литре воды.

Пример 1. Вычислите жесткость воды, зная, что в 500 л ее содержится 202, 5 г Са(НСО₃)₂.

Решение. В одном литре воды содержится 202, 5: 500 = 0, 405 г Са(НСО₃)₂, что составляет 0, 405: 162 = 2, 5·10^-3 моль Са(НСО₃)₂ или 2, 5·10^-3 моль. Таким образом, Ж = 2, 5·10^-3 / 0, 5·10^-3 = 5⁰

Пример 2. Сколько граммов CaSO₄ содержится в 1 м³ воды, если жесткость, обусловленная присутствием этой соли, равна 4⁰?

Решение. Молярная масса CaSO₄ равна 136 г/моль. В 1 литре воды содержится 4·0, 5·10^-3 = 2·10^-3 моль CaSO₄, что составляет 2·10^-3·136 = 2, 72·10^-1 г. В 1 м³ воды содержится 2, 72·10^-1·10³ = 272 г CaSO₄.

Пример 3. Какую массу соды Na₂CO₃ надо добавить к 500 л воды, чтобы устранить ее жесткость, равную 5⁰?

Решение. Жесткость 1⁰ соответствует 0, 5·10^-3 моль ионов Mе²⁺ (где Ме²⁺ ≡ Са²⁺ или Mg²⁺). По условию задачи содержание Mе²⁺ в 1 литре воды составляет 5·0, 5·10^-3 = 2, 5·10^-3 моль. В 500 л такой воды содержится 500·2, 5·10^-3 = 1, 25 моль Mе²⁺. Устранение жесткости заключается в связывании ионов Mе²⁺ ионами :

Mе²⁺ + → MеСО₃↓

Согласно уравнению, число моль ионов тоже составляет 1, 25 моль, т.е. необходимо 1, 25 моль Na₂CO₃. Таким образом, m (Na₂CO₃) = 1, 25·106 = 132, 5 г (106 г/моль – М (Na₂CO₃)).