صلابة المياه 2 9. قياس صلابة المياه

صلابة الماء هي مقياس تقليدي لقدرة الماء على التفاعل مع الصابون: تتطلب المياه العسرة كمية كبيرة من الصابون لتكوين رغوة. الرواسب على نطاق واسع في أنابيب المياه الساخنة والغلايات وغيرها من الأجهزة المنزلية هي سبب المياه العسيرة. يحدث عسر الماء بسبب أيونات المعادن متعددة التكافؤ الذائبة. في المياه العذبة ، الأيونات الرئيسية التي تسبب تصلب هي الكالسيوم والمغنيسيوم. أيونات السترونتيوم والحديد والباريوم والمنغنيز مهمة أيضا. يتم تحديد صلابة الماء عادة بواسطة تفاعل أيونات المعادن متعددة التكافؤ الموجودة في الماء مع عوامل مخلبية ، مثل EDTA ، ويتم التعبير عنها على أنها تركيز مكافئ لكربونات الكالسيوم. يمكن أيضًا تقدير الصلابة من خلال تحديد التركيزات الفردية للمكونات المكونة لها ، والتي يتم التعبير عن مجموعها من حيث كمية مكافئة من كربونات الكالسيوم. يتم تصنيف درجة صلابة مياه الشرب على أساس التركيزات المكافئة من CaCO 3 فيها ، على النحو التالي:

لينة - 0-60 مجم / لتر

صلابة متوسطة - 60-120 ملغ / لتر

الصلب - 120-180 ملغ / لتر

من الصعب جدا - 180 ملغ / لتر وأعلى.

يتم تصنيف الصلابة أيضًا استنادًا إلى التركيزات المكافئة لـ CaO أو Ca (OH) 2. في نظام SI ، يوصى أيضًا بالتعبير عن الصلابة في مولات Ca 2+ لكل م 3.

على الرغم من أن الصلابة ناتجة عن الكاتيونات ، إلا أنه يمكن اعتبارها صلابة كربونات (يمكن التخلص منها) وغير صلبة (ثابتة). تشير صلابة الكربونات إلى كمية الكربونات والبيكربونات الموجودة في المحلول والتي يمكن إزالتها أو ترسبها بالغليان. هذا النوع من الصلابة مسؤول عن الرواسب الكبيرة في أنابيب الماء الساخن والغلايات. تنتج الصلابة غير الكربونية عن مزيج من أيونات الصلابة مع الكبريتات والكلوريدات والنترات وتعرف بأنها "صلابة دائمة" لأنه لا يمكن إزالتها بالغليان.

ترتبط القلوية ، كدليل على تخزين المياه ، ارتباطًا وثيقًا بالصلابة. تحدث القلوية في الغالب عن الأنيونات أو الأشكال الجزيئية للأحماض الضعيفة ، ولا سيما الهيدروكسيدات والبيكربونات والكربونات ؛ في وجود أشكال أخرى في الماء ، مثل البورات والفوسفات والسيليكات والأحماض العضوية ، فإنها تسهم أيضًا مساهمة صغيرة في قلوية الماء. بغض النظر عن الأشكال المذابة التي توفر قلوية الماء ، يتم التعبير عنها دائمًا بكمية مكافئة من كربونات الكالسيوم.

في الحالات التي يتم فيها تحديد قلوية المياه السطحية من خلال وجود كربونات و / أو بيكربونات ، تكون قيمتها عادة قريبة من قيمة الصلابة.

توزيع الماء العسر

المصادر الطبيعية الرئيسية لصلابة المياه هي الصخور الرسوبية والترشيح والجريان السطحي من التربة. الماء العسر يتكون عادة في المناطق ذات الطبقة الصالحة للزراعة الكثيفة والتكوينات الجيرية. تتميز المياه الجوفية عادة بصلابة أكبر من المياه السطحية. تحتوي المياه الجوفية الغنية بالأحماض الكربوكسيلية عادة على قابلية ذوبان عالية في التربة والصخور التي تحتوي على كميات قابلة للقياس من المعادن مثل الكالسيت والجبس والدولوميت ، مما يؤدي إلى مستويات صلابة تصل إلى عدة آلاف ملغ / لتر.

المصادر الصناعية الرئيسية للتصلب هي النفايات السائلة للشركات المنتجة للمواد الكيميائية غير العضوية وصناعة التعدين. يستخدم أكسيد الكالسيوم في صناعة البناء في الملاط والجص ومواد أخرى. كما أنها تستخدم في إنتاج اللب والورق وتكرير السكر وتكرير النفط والدباغة ومعالجة المياه ومياه الصرف. يستخدم المغنيسيوم أيضًا في عمليات مختلفة في صناعات النسيج والدباغة والورق. تستخدم سبائك المغنيسيوم على نطاق واسع في مسبك وختم ، والآلات المحمولة ، ومعدات الأمتعة والمنتجات المنزلية ذات التطبيقات الواسعة. كما تستخدم أملاح المغنيسيوم في إنتاج معدن المغنيسيوم والأسمدة والسيراميك والمتفجرات والأدوية.

الآثار الصحية على الماء العسر

كما لوحظ في المقال المتعلق بالكالسيوم والمغنيسيوم ، فإن العوامل الرئيسية التي تحدد صلابة الماء هي أيونات الكالسيوم والمغنيسيوم. لا يوجد دليل على تأثيرات صحية ضارة مرتبطة تحديداً بمستويات عالية من الكالسيوم أو المغنيسيوم في مياه الشرب.

بالإضافة إلى الإزعاج المنزلي بسبب استخدام الماء بدرجة عالية من الصلابة ، قد يحدث إزعاج محتمل آخر عندما يرتبط المغنسيوم بأيون أي سلفات ، نتيجة لذلك يكتسب الماء خواص ملين.

عتبة طعم أيون الكالسيوم في مياه الشرب تختلف عن الأنيونات الحالية ؛ لأيون المغنيسيوم ، عتبة الذوق أقل. يمكن الاطلاع على مزيد من التفاصيل المتعلقة بالعلاقة بين صلابة المياه وأمراض القلب والأوعية الدموية في الجزء الثالث ، الذي يتناول الجوانب الصحية للمكونات غير العضوية للمياه. لا يتم تقديم قيم المياه الموصى بها للكالسيوم والمغنيسيوم ، حيث يتم تقديم هذه القيمة للصلابة العامة بناءً على الاعتبارات الجمالية.

جوانب أخرى

من المحتمل أن تتسبب المياه الغازية في تآكل الأنابيب ، ونتيجة لذلك قد توجد بعض المعادن الثقيلة ، مثل النحاس والزنك والرصاص والكادميوم ، في مياه الشرب في نظام التوزيع. درجة التآكل وفك المعادن هي أيضًا وظيفة الأس الهيدروجيني والقلوية وتركيز الأكسجين المذاب. في بعض المجتمعات ، يكون التآكل شديدًا لدرجة أنه يجب اتخاذ احتياطات خاصة في نظام إمدادات المياه.

في المناطق ذات المياه العسيرة للغاية ، قد تسد أنابيب المنزل بالحجم ؛ يودع الماء العسر في أواني المطبخ ويزيد من استهلاك الصابون. وبالتالي ، لا يمكن أن يكون الماء العسر مزعجًا فحسب ، ولكنه أيضًا عبء اقتصادي للمستهلك. إن إدراك السكان لصلابة المياه ليس هو نفسه في المناطق المختلفة ، بل غالبًا ما يرتبط بالصلابة التي اعتاد المستهلك عليها منذ عدة سنوات ، ولا تسبب المياه ذات الصلابة لأكثر من 500 ملغم / لتر اعتراضًا في العديد من المستوطنات. على الرغم من أن التوازن المقبول بين مشاكل التآكل والحجم يوفر مستوى صلابة يبلغ 100 ملغ من الكالسيوم 3 / لتر.



كما تعلم من دورة الكيمياء المدرسية ، تحتوي المياه العادية على أيونات الكالسيوم والمغنيسيوم. يعطي المحتوى المتزايد من أيونات Ca 2+ و Mg 2+ الماء جودة سالبة تسمى صلابة.

CaCO 3 + CO 2 + H 2 O \u003d Ca (NSO 3) 2

MgCO 3 + CO 2 + H 2 O \u003d Mg (HCO 3) 2

يتم تنفيذ هذه العملية على نطاق واسع في ظل ظروف طبيعية ، مما يؤدي إلى تآكل الحجر الجيري المتآكل في المياه السطحية ، ثم إلى البحار والمحيطات.

صلابة غير كربونية (دائمة) بسبب وجود الكبريتات والمغنيسيوم وكلوريد الكالسيوم في الماء ، وكذلك الأملاح الأخرى (MgSO 4 ، MgCl 2 ، CaCl 2).

الصلابة الكلية \u003d صلابة كربونية (مؤقتة) + صلابة غير كربونية (دائمة).

في الحياة اليومية ، يمكن لأي شخص مواجهة مهمة قياس صلابة المياه في المنزل. تؤثر الصلابة سلبًا على جودة العمليات المختلفة التي يتم فيها استخدام الماء ذي الصلابة المتزايدة. كلما انخفضت نسبة الأملاح الذائبة في الماء ، كانت المياه أكثر نعومة وصحة. عمل غسالة الصحون ، وكمية مسحوق الغسيل ، ونوعية المياه في الحوض ، والحاجة إلى تثبيت مطهر مياه ، إلخ. بشكل عام ، هناك العديد من الأهداف.

في روسيا ، تقاس الصلابة بـ "درجات الصلابة" (1 ° W \u003d 1 mEq / L \u003d 1/2 mol / m3). يتم قبول وحدات أخرى من صلابة المياه في الخارج.

وحدات صلابة

1 ° W \u003d 20.04 ملجم Ca 2+ أو 12.15 Mg 2+ في 1 dm 3 من الماء ؛
1 ° DH \u003d 10 مجم CaO في 1 dm 3 ماء ؛
1 ° كلارك \u003d 10 ملغ من الكالسيوم 3 في 0.7 م 3 من الماء ؛
1 درجة فهرنهايت \u003d 10 ملغ كربونات الكالسيوم 3 في 1 dm 3 ماء ؛
1 جزء في المليون \u003d 1 ملغ من الكالسيوم 3 في 1 م 3 من الماء.

وفقًا لشدة تكوين المقياس في إبريق الشاي ، يمكن استخلاص بعض الاستنتاجات: كلما زادت البلاك ، زادت صعوبة الماء.

مقارن جودة  الاستنتاج حول صلابة المياه يمكن أن يتم على النحو التالي. ضع قطرة من المطر وماء الصنبور المغلي وغير المغلي على شريحة زجاجية. بعد التجفيف وفقًا لكثافة هطول الأمطار ، يمكنك استنتاج أن الماء صعب. مياه الأمطار هي أنعم ، لأن لا يوجد عمليا أملاح الكالسيوم والمغنيسيوم. سيسمح لنا الترسب بعد تبخر الماء غير المغلي بالنتيجة حول الصلابة العامة والمغلي - حول الصلابة المؤقتة.

ولكن في المنزل ، يمكنك تقييم درجة صلابة الماء بدقة وكميّة. من خلال الكيمياء العضوية ، أنت تعرف أن صابون الغسيل ، مثله مثل أي شيء آخر ، يصعب صابونه في الماء العسر. تعتمد هذه الطريقة على حقيقة أنه بمجرد أن يربط الصابون فائض أملاح الكالسيوم والمغنيسيوم ، تظهر رغوة صابون. لتحديد قساوة الماء ، تحتاج إلى وزن غرام واحد من صابون الغسيل وطحنه بعناية ، حتى لا تشكل رغوة ، تذوب في كمية صغيرة من الماء المقطر الساخن. يمكن شراء الماء المقطر من الصيدليات أو وكلاء السيارات. يتم استخدامه للإضافة إلى البطارية مع زيادة تركيز المنحل بالكهرباء.

بعد ذلك ، صب محلول الصابون في كوب أسطواني وأضف الماء المقطر إلى مستوى 6 سنتيمترات إذا كان الصابون 60٪ أو إلى مستوى 7 سنتيمترات إذا كان الصابون 72٪. يشار إلى نسبة الصابون على الشريط. الآن ، يحتوي كل سنتيمتر من مستوى محلول الصابون على كمية من الصابون يمكن أن تربط أملاح الصلابة ، والتي تقابل الكمية 1 درجة مئوية في 1 لتر من الماء. بعد ذلك ، صب نصف لتر ماء اختبار في جرة لتر. مع التحريك المستمر ، أضف تدريجًا محلول الصابون المحضر من كوب إلى جرة من ماء الاختبار. في البداية ، ستكون الرقائق الرمادية فقط على السطح. ثم سيكون هناك فقاعات الصابون متعددة الألوان. يشير ظهور رغوة صابون بيضاء مستقرة إلى أن جميع أملاح الصلابة في ماء الاختبار مرتبطة. الآن ننظر إلى الزجاج الخاص بنا ونحدد كم سنتيمتر من المحلول الذي كان علينا صبه من الزجاج إلى ماء الاختبار. كل سنتيمتر مربوط في نصف لتر من المياه كمية الأملاح المقابلة ل 2 درجة مئوية. وبالتالي ، إذا كان عليك صب 4 سم من محلول الصابون في الماء قبل ظهور الرغوة ، فعندئذ تكون صلابة ماء الاختبار 8 درجات.

إذا سكبت محلول الصابون بالكامل في الماء ، لكن الرغوة لم تظهر ، فإن هذا يعني أن صلابة ماء الاختبار أكبر من 12 درجة مئوية. في هذه الحالة ، يتم تخفيف ماء الاختبار بالماء المقطر مرتين. ونحن نفعل التحليل مرة أخرى. الآن سوف تحتاج إلى ضرب نتيجة تصلب في اثنين. القيمة الناتجة سوف تتوافق مع صلابة المياه التي تم فحصها.

من الجدول يمكنك تحديد نوعية المياه المدروسة:

لا يمكن تحديد الصلابة بهذه الطريقة لأقرب الألف من الدرجة ، لكن من الممكن تمامًا تقييم الانطلاق الحاد للصلابة الكلية من القاعدة بدقة 1-2 درجة. انتشار القراءات من 1-2 درجة مقبول تمامًا. بالنظر إلى بساطة الطريقة وسهولة الوصول إليها ، يمكن بالتأكيد تطبيقها بنجاح.

باستخدام هذه الطريقة ، يمكن في هذا المجال تقييم صلابة المياه من مصادر المياه المختلفة وإجراء أعمال بحث وتصميم مثيرة للاهتمام.

مصادر:

1 رودز جي الكيمياء. كيمياء غير عضوية. الكيمياء العضوية. الصف التاسع: كتاب مدرسي. للتعليم العام. المنظمات مع adj إلى الإلكترون. الوسائط (DVD): المستوى الأساسي / G.E. رودزيتيس ، ف. فيلدمان. - م: التعليم ، 2013 .-- 224 ص: م.

أصبح الناس في مختلف البلدان بحاجة إلى تطبيعها منذ فترة طويلة ، لأن الصلابة العالية سيئة: حيث يتم انسداد كلتا الأنابيب ومن المستحيل غسلها بشكل صحيح. لكنهم بدأوا في القيام بذلك في كل بلد بطريقتهم الخاصة ، الذين ، بناءً على وحدات القياس التقليدية وطرق تحديد أيونات الكالسيوم والمغنيسيوم ، لأنه لم تكن هناك وحدات دولية موحدة موحدة.

من المعروف أنه لا يوجد شيء أسوأ من العادات السيئة - من الصعب للغاية التخلص منها! في أدب القهوة (على الرغم من أن الصلابة ليست في حد ذاتها مصطلحًا للبن!) في بلدان مختلفة ، لا تزال الصلابة تُقاس بالدرجات ، حيث يكون لكل بلد بلد خاص به ، ويختلف عن كل بلد آخر. درجات الروسية والألمانية فقط من الصلابة متطابقة ، على الرغم من أنه تم إلغاؤها منذ فترة طويلة في كلا البلدين ، لكنهما موجودان باستمرار في تعريف المفاهيم.

في الاتحاد السوفياتي ، حتى عام 1952 ، تم استخدام درجات الصلابة ، والتي تزامنت مع تلك الألمانية. في روسيا ، يتم استخدام التركيز الطبيعي لأيونات الكالسيوم والمغنيسيوم ، معبراً عنه بالملليغرام من المكافئ لكل لتر (mEq / لتر) ، لقياس الصلابة. واحد mEq / L يتوافق مع محتوى 20.04 ملليغرام من Ca2 + أو 12.16 ملليغرام من Mg2 + في لتر من الماء (الكتلة الذرية مقسومة على التكافؤ).

من المعتاد في البلدان الأخرى الإشارة إلى الصلابة في الدرجات الشرطية:

الدرجات الألمانية (dGH)

1 ° \u003d جزء واحد من أكسيد الكالسيوم - CaO في 100000 جزء من الماء ، أو 0.719 جزء من أكسيد المغنسيوم - MgO في 100000 جزء من الماء ، أو 10 ملغ من CaO في 1 لتر من الماء ، أو 7194 ملغ من MgO في 1 لتر من الماء. يتم استخدام dGH (dH) و dKH في الوقت الحالي بشكل شائع في أحواض السمك كوحدة صلابة ، يشير dGH - يشير إلى الصلابة الكلية ، dKH - إلى كربونات ؛

درجات الفرنسية (fh)

1 درجة \u003d جزء واحد من الكالسيوم 3 في 100000 جزء من الماء ، أو 10 ملغ من الكالسيوم 3 في 1 لتر من الماء ؛

الدرجات الأمريكية

1 ° \u003d 1 جران (0.0648 جم) CaCO 3 في 1 غالون (أمريكي! 3.785 لتر) من الماء. بتقسيم الغرامات إلى لتر ، نحصل على: 17.12 ملغم / لتر من الكالسيوم 3. ومع ذلك ، هناك تعريف آخر للدرجة الأمريكية: جزء واحد من مادة الكالسيوم 3 في جزء من 1،000،000 جزء من الماء (في الأدب الإنجليزي ، التعبير عن التركيز ، حيث يُسمى جزء في كل جزء من مليون جزء في المليون جزء في المليون) ، وغالبًا ما يستخدم. انها مماثلة ل 1 ملغ / ل). وبالتالي ، فإن هذه الدرجة الأمريكية 1 \u003d 1 ملغ CaCO 3 في 1 لتر من الماء. هذه هي القيمة من الدرجة الأمريكية التي يتم قبولها في جميع الجداول مع معاملات الانتقال لتحويل بعض وحدات الصلابة إلى أخرى.

درجات اللغة الإنجليزية (كلارك)

1 ° \u003d 1 جران (0.0648 جم) في 1 غالون (الإنجليزية! 4.546 لتر) من الماء \u003d 14.254 ملغم / لتر CaCO 3.

أشعر بأن كل شيء ليس سهلاً؟! لذلك ، سأقدم لك جدولًا يسمح لك بمقارنة وترجمة بعض درجات الصلابة إلى أخرى:

الجدول 1

اسم الوحدات	المغنيسيوم مكافئ / لتر	درجة الصلابة
		ألماني	اللغة الفرنسية	أمريكي	الإنجليزية
1 متر مكعب / لتر	1	2.804	5.005	50.045	3.511
1 درجة الألمانية درهم	0.3566	1	1.785	17.847	1.253
1 درجة الفرنسية	0.1998	0.560	1	10,000	0.702
1 درجة أمريكية	0.0200	0.056	0.100	1	0.070
1 درجة اللغة الإنجليزية	0.2848	0.799	1.426	14.253	1