Твърдост на водата 2 9. Измерване на твърдостта на водата

Твърдостта на водата е традиционна мярка за способността на водата да реагира със сапун: твърдата вода изисква значително количество сапун, за да образува пяна. Мащабните отлагания в тръбите за гореща вода, котлите и други домакински уреди се причиняват от твърда вода. Твърдостта на водата се причинява от разтворени поливалентни метални йони. В прясна вода основните йони, които причиняват скованост, са калций и магнезий; йони от стронций, желязо, барий и манган също са важни. Твърдостта на водата обикновено се определя от реакцията на поливалентни метални йони, присъстващи във вода с хелатни агенти, като EDTA, и се изразява като еквивалентна концентрация на калциев карбонат. Ригидността може да бъде оценена и чрез определяне на отделните концентрации на съставните й компоненти, чиято сума е изразена като еквивалентно количество калциев карбонат. Степента на твърдост на питейната вода се класифицира въз основа на еквивалентни концентрации на CaCO 3 в нея, както следва:

Мек - 0-60 mg / l

Средна твърдост - 60-120 mg / l

Твърд - 120-180 mg / l

Много твърд - 180 mg / l и повече.

Твърдостта също се класифицира въз основа на еквивалентни концентрации на CaO или Ca (OH) 2. В системата SI също се препоръчва да се изрази твърдост при молове от Ca 2+ на m 3.

Въпреки факта, че твърдостта се дължи на катиони, тя също може да се счита за карбонатна (за еднократна употреба) и некарбонатна (постоянна) коравина. Карбонатната твърдост показва количеството карбонати и бикарбонати в разтвор, които могат да бъдат отстранени или утаени чрез кипене. Този тип твърдост е отговорен за мащабните отлагания в тръбопроводите за гореща вода и котлите. Некарбонатната твърдост се причинява от комбинация от йони на твърдост със сулфати, хлориди и нитрати и се определя като "постоянна твърдост", тъй като не може да бъде отстранена чрез кипене.

Алкалността, като индикатор за буфериране на водата, е тясно свързана с твърдостта. Алкалността се причинява най-вече от аниони или молекулни форми на слаби киселини, главно хидроксиди, бикарбонати и карбонати; при наличието на други форми във вода, като борати, фосфати, силикати и органични киселини, те също дават малък принос за алкалността на водата. Независимо кои разтворени форми осигуряват алкалността на водата, тя винаги се изразява като еквивалентно количество калциев карбонат.

В случаите, когато алкалността на повърхностните води се определя от наличието на карбонати и / или бикарбонати, стойността й обикновено е близка до стойността на твърдостта.

Разпределение на твърда вода

Основните природни източници на твърдост на водата са утаените скали, филтрацията и оттока от почвата. Твърдата вода обикновено се образува в райони с плътен обработваем слой и варовити образувания. Подземните води обикновено се характеризират с по-голяма твърдост от повърхностните води. Подземните води, богати на карбоксилни киселини, обикновено имат висока разтворимост в почви и скали, съдържащи измерими количества минерали като калцит, гипс и доломит, което води до нива на твърдост от няколко хиляди mg / l.

Основните индустриални източници на твърдост са отпадните води на предприятията, произвеждащи неорганични химикали, и минната промишленост. Калциевият оксид се използва в строителната индустрия в хоросан, мазилка и други материали. Използва се и при производството на целулоза и хартия, за рафиниране на захар, за рафиниране на масло, дъбене, за пречистване на води и за отпадни води. Магнезият се използва и в различни процеси в текстилната, дъбената и хартиената промишленост. Магнезиевите сплави са широко използвани в леярна и щамповаща, преносими машини, оборудване за багаж и домакински продукти с широко приложение. Магнезиевите соли се използват и при производството на магнезиеви метали, торове, керамика, експлозиви и лекарства.

Ефекти върху здравето на твърдата вода

Както е отбелязано в статията за калция и магнезия, основните фактори, определящи твърдостта на водата, са калциеви и магнезиеви йони. Няма доказателства за неблагоприятни ефекти върху здравето, специално свързани с високите нива на калций или магнезий в питейната вода.

В допълнение към битовите неудобства, дължащи се на използването на вода с висока степен на твърдост, може да възникне и друго възможно неудобство, когато магнезият се свързва със сулфатен йон, в резултат на което водата придобива слабителни свойства.

Прагът на вкуса на калциевия йон в питейната вода варира от присъстващите аниони; за магнезиев йон вкусовият праг е по-малък. Допълнителни подробности относно връзката между твърдостта на водата и сърдечно-съдовите заболявания могат да бъдат намерени в част III, която разглежда здравните аспекти на неорганичните компоненти на водата. Препоръчителни стойности за вода за калций и магнезий не се предлагат, тъй като такава стойност се предлага за обща твърдост въз основа на естетически съображения.

Други аспекти

По-вероятно е меката вода да предизвика корозия на тръбите и в резултат на това някои тежки метали, като мед, цинк, олово и кадмий, могат да присъстват в питейната вода в разпределителната система. Степента на такава корозия и разтваряне на металите също е функция на рН, алкалност и концентрация на разтворен кислород. В някои общности корозията е толкова тежка, че трябва да се вземат специални предпазни мерки във водоснабдителната система.

В райони с много твърда вода тръбите на къщата могат да се запушат с мащаб; твърдата вода също се отлага върху кухненските прибори и увеличава консумацията на сапун. По този начин твърдата вода може да бъде не само неприятна, но и икономически обременителна за потребителя. Възприемането на твърдостта на водата от населението не е едно и също в различните населени места, често се свързва с твърдостта, с която потребителят е свикнал от няколко години, а водата с твърдост над 500 mg / l не предизвиква възражения в много населени места. Въпреки че приемливият баланс между проблемите с корозия и мащаб осигурява ниво на твърдост от приблизително 100 mg CaCO 3 / L.



Както знаете от училищния курс по химия, обикновената вода съдържа калциеви и магнезиеви йони. Повишеното съдържание на йони Ca 2+ и Mg 2+ придава на водата отрицателно качество, наречено твърдост.

CaCO 3 + CO 2 + H20 \u003d Ca (NSO 3) 2

MgCO 3 + CO 2 + H20 \u003d Mg (HCO 3) 2

Този процес се провежда широко при естествени условия, което води до ерозия на ерозираните варовици в повърхностните води, а след това в моретата и океаните.

Некарбонатна (постоянна) коравина поради наличието във водата на сулфати, магнезий и калциеви хлориди, както и други соли (MgSO 4, MgCl 2, CaCl 2).

Обща твърдост \u003d карбонатна (временна) твърдост + некарбонатна (постоянна) твърдост.

В ежедневието всеки може да се изправи пред задачата да измери твърдостта на водата у дома. Ригидността влияе негативно върху качеството на различни процеси, при които се използва вода с повишена твърдост. Колкото по-нисък е процентът на разтворени соли във вода, толкова по-мека и здрава е водата. Работата на съдомиялната машина, количеството прах за пране, качеството на водата в аквариума, необходимостта от инсталиране на омекотител за вода и др. Като цяло има много цели.

В Русия твърдостта се измерва в "степени на твърдост" (1 ° W \u003d 1 mEq / L \u003d 1/2 mol / m3). Други единици твърдост на водата се приемат в чужбина.

Устройства за твърдост

1 ° W \u003d 20,04 mg Ca 2+ или 12,15 Mg 2+ в 1 dm 3 вода;
1 ° DH \u003d 10 mg CaO в 1 dm 3 вода;
1 ° Clark \u003d 10 mg CaCO 3 в 0,7 dm 3 вода;
1 ° F \u003d 10 mg CaCO 3 в 1 dm 3 вода;
1 ppm \u003d 1 mg CaCO 3 в 1 dm 3 вода.

Според интензивността на образуването на котлен камък в чайника могат да се направят определени изводи: колкото повече плака, толкова по-твърда е водата.

сравнителен качество  Заключението за твърдостта на водата може да бъде направено по следния начин. Нанесете капка дъжд, преварена и неварена чешмяна вода върху стъклен предмет. След изсушаване според интензивността на образуваните валежи можете да заключите, че водата ви е твърда. Дъждовната вода е най-меката, защото практически няма соли на калций и магнезий. Утайката след изпаряване на невряла вода ще ни позволи да заключим за общата твърдост, а варената - за временната твърдост.

Но у дома можете да сравнително точно и количествено да оцените твърдостта на водата. От курса на органичната химия знаете, че сапунът за пране, както всеки друг, е трудно да се сапунира в твърда вода. Този метод се основава на факта, че веднага щом сапунът върже излишъка от калциеви и магнезиеви соли, се появява сапунена пяна. За да определите твърдостта на водата, трябва да претеглите един грам сапун за пране, да го смилате и внимателно, за да не образувате пяна, разтворете в малко количество гореща дестилирана вода. Дестилираната вода може да се купи в аптеки или автокъщи. Използва се за добавяне към батерията с увеличаване на концентрацията на електролити.

След това изсипете сапунения разтвор в цилиндрична чаша и добавете дестилирана вода до нивото от 6 сантиметра, ако сапунът е 60% или до нивото от 7 сантиметра, ако сапунът е 72%. Процентът сапун е посочен на лентата. Сега всеки сантиметър от нивото на сапунен разтвор съдържа количество сапун, което може да свърже соли на твърдост, чието количество съответства на 1 ° dH в 1 литър вода. След това изсипете половин литър тест вода в литров буркан. И непрекъснато бъркайки, постепенно добавете приготвения сапунен разтвор от чаша в буркан с тествана вода. Отначало на повърхността ще има само сиви люспи. Тогава ще има многоцветни сапунени мехурчета. Появата на стабилна бяла сапунена пяна предполага, че всички соли на твърдост в тестваната вода са свързани. Сега разглеждаме чашата си и определяме колко сантиметра от разтвора трябваше да излеем от чашата в тестваната вода. Всеки сантиметър обвързва в половин литър вода количеството соли, съответстващо на 2 ° dH. По този начин, ако трябваше да излеете 4 сантиметра сапунен разтвор във водата преди появата на пяната, тогава твърдостта на тестваната вода е 8 ° dH.

Ако сте изсипали целия сапунен разтвор във водата, но пяната не се появи, това означава, че твърдостта на тестваната вода е по-голяма от 12 ° dH. В този случай тестваната вода се разрежда два пъти с дестилирана вода. И правим анализа отново. Сега резултатът на сковаността ще трябва да се умножи по две. Получената стойност ще съответства на твърдостта на изследваната вода.

Според таблицата можете да определите качеството на изследваната вода:

Не е възможно да се определи твърдостта с този метод до най-близките хилядни от градуса, но е напълно възможно да се оцени рязкото отклонение на общата твърдост от нормата с точност от 1-2 ° dH. Разпространение на показанията от 1-2 градуса е напълно приемливо. Като се има предвид простотата и достъпността на метода, той със сигурност може да бъде успешно приложен.

С помощта на този метод е възможно в полето да се оцени твърдостта на водата от различни водни източници и да се извърши интересна проектантска и изследователска работа.

източници:

1Rudzitis G.E. Химия. Неорганична химия. Органична химия. 9 клас: учебник. за общо образование. организации с адж до електрон. медия (DVD): основно ниво / G.E. Рудзитис, Ф.Г. Фелдман. - М .: Образование, 2013 .-- 224 с.: Ил.

Хората в различни страни отдавна се сблъскват с необходимостта да го нормализират, тъй като високата твърдост е лоша: и двете тръби са запушени и е невъзможно да се мият правилно. Но те започнаха да правят това във всяка страна по свой начин, който въз основа на традиционните измервателни единици и методите за определяне на калциеви и магнезиеви йони, тъй като тогава нямаше единни стандартизирани международни единици.

Известно е, че няма нищо по-лошо от лошите навици - много е трудно да се отървете от тях! В литературата за кафето (въпреки че сковаността не е присъщо за термин за кафе!) В различните страни твърдостта все още се измерва в градуси, като всяка страна има своя собствена, различна от всички останали. Само руските и немските степени на твърдост са идентични, макар и отдавна отменени в двете страни, но упорито съществуващи в дефиницията на понятията.

В СССР до 1952 г. са използвани степени на твърдост, които съвпадат с немските. В Русия нормалната концентрация на калциеви и магнезиеви йони, изразена в милиграми еквивалент на литър (mEq / l), се използва за измерване на коравината. Един mEq / L съответства на съдържание от 20,04 милиграма Са2 + или 12,16 милиграма Mg2 + в литър вода (атомна маса, разделена на валентност).

В други страни е обичайно да се обозначава скованост в СЪВМЕСТНИ градуси:

Немски градуси (dGH)

1 ° \u003d 1 част калциев оксид - CaO в 100 000 части вода, или 0,719 части магнезиев оксид - MgO в 100 000 части вода, или 10 mg CaO в 1 литър вода, или 7,194 mg MgO в 1 литър вода. dGH (dH) и dKH в момента най-често се използват в аквариумите като единица коравина, обозначението dGH - се отнася до общата твърдост, dKH - към карбонат;

Френски градуси (fh)

1 ° \u003d 1 част CaCO 3 на 100 000 части вода или 10 mg CaCO 3 в 1 литър вода;

Американски градуси (usH)

1 ° \u003d 1 гранул (0,0648 г) СаСО 3 в 1 галон (американски! 3,785 л) вода. Разделянето на грамовете на литри получаваме: 17.12 mg / l CaCO 3. Съществува обаче друго определение на американската степен: 1 част CaCO 3 на 1 000 000 части вода (в английската литература изразът за концентрация, тъй като 1 част на 1 000 000 части се нарича ppm - част на милион) и често се използва. той е идентичен с 1 mg / l). По този начин, тази 1 американска степен \u003d 1 mg CaCO 3 в 1 литър вода. Именно тази стойност на американската степен е приета във всички таблици с преходни коефициенти за преобразуване на някои единици коравина в други.

Английски градуси (Кларк)

1 ° \u003d 1 гранула (0,0648 g) в 1 галон (английски! 4,546 l) вода \u003d 14,254 mg / l CaCO3.

Чувствайте се, че всичко не е лесно ?! Затова ще дам таблица, която ви позволява да сравнявате и превеждате някои степени на твърдост в други:

Таблица 1

Наименование на единици	Mg-eq / L	Степен на твърдост
		немски	френски	американски	английски
1 mEq / L	1	2.804	5.005	50.045	3.511
1 немска степен dH	0.3566	1	1.785	17.847	1.253
1 френска степен	0.1998	0.560	1	10,000	0.702
1 американска степен	0.0200	0.056	0.100	1	0.070
1 английска степен	0.2848	0.799	1.426	14.253	1