Σκληρότητα νερού 2 9. Μέτρηση σκληρότητας νερού

Η σκληρότητα του νερού είναι ένα παραδοσιακό μέτρο της ικανότητας του ύδατος να αντιδρά με το σαπούνι: το σκληρό νερό απαιτεί σημαντική ποσότητα σαπουνιού για να σχηματίσει αφρό. Οι εναποθέσεις κλίμακας σε σωλήνες ζεστού νερού, λέβητες και άλλες οικιακές συσκευές προκαλούνται από σκληρό νερό. Η σκληρότητα του νερού προκαλείται από διαλυμένα πολυσθενή ιόντα μετάλλων. Στο γλυκό νερό, τα κύρια ιόντα που προκαλούν δυσκαμψία είναι το ασβέστιο και το μαγνήσιο. ιόντα στροντίου, σιδήρου, βάριου και μαγγανίου είναι επίσης σημαντικά. Η σκληρότητα του νερού καθορίζεται συνήθως από την αντίδραση ιόντων πολυδύναμων μετάλλων που υπάρχουν στο νερό με χηλικούς παράγοντες, όπως το ΕϋΤΑ, και εκφράζεται ως ισοδύναμη συγκέντρωση ανθρακικού ασβεστίου. Η ανθεκτικότητα μπορεί επίσης να εκτιμηθεί με τον προσδιορισμό των επιμέρους συγκεντρώσεων των συστατικών συστατικών του, το άθροισμα των οποίων εκφράζεται σε ισοδύναμη ποσότητα ανθρακικού ασβεστίου. Ο βαθμός σκληρότητας του πόσιμου νερού ταξινομείται με βάση τις ισοδύναμες συγκεντρώσεις CaCO 3 σε αυτό, ως εξής:

Μαλακό - 0-60 mg / l

Μεσαία σκληρότητα - 60-120 mg / l

Σκληρό - 120-180 mg / l

Πολύ σκληρό - 180 mg / l και υψηλότερο.

Η σκληρότητα ταξινομείται επίσης με βάση ισοδύναμες συγκεντρώσεις CaO ή Ca (OH) 2. Στο σύστημα SI, συνιστάται επίσης η έκφραση της ακαμψίας σε γραμμομόρια Ca2 + ανά m 3.

Παρά το γεγονός ότι η ακαμψία οφείλεται σε κατιόντα, μπορεί επίσης να θεωρηθεί ως ακαμψία άνθρακα (μιας χρήσης) και μη ανθρακικού (σταθερή). Η σκληρότητα του ανθρακικού άλατος υποδεικνύει την ποσότητα ανθρακικών και διττανθρακικών σε διάλυμα που μπορεί να απομακρυνθεί ή να καταβυθιστεί με βρασμό. Αυτός ο τύπος δυσκαμψίας είναι υπεύθυνος για τις εναποθέσεις κλίμακας στους αγωγούς ζεστού νερού και στους λέβητες. Η μη ανθρακική σκληρότητα προκαλείται από ένα συνδυασμό ιόντων σκληρότητας με θειικά, χλωρίδια και νιτρικά άλατα και ορίζεται ως "μόνιμη σκληρότητα" επειδή δεν μπορεί να αφαιρεθεί με βρασμό.

Η αλκαλικότητα, ως δείκτης της ρύθμισης του νερού, είναι στενά συνδεδεμένη με τη σκληρότητα. Η αλκαλικότητα προκαλείται κυρίως από ανιόντα ή μοριακές μορφές ασθενών οξέων, κυρίως υδροξειδίων, διττανθρακικών και ανθρακικών αλάτων. παρουσία άλλων μορφών στο νερό, όπως τα βορικά, τα φωσφορικά, τα πυριτικά και τα οργανικά οξέα, συμβάλλουν επίσης ελάχιστα στην αλκαλικότητα του νερού. Ανεξάρτητα από ποιες διαλυμένες μορφές παρέχουν την αλκαλικότητα του νερού, εκφράζεται πάντα ως ισοδύναμη ποσότητα ανθρακικού ασβεστίου.

Στις περιπτώσεις που η αλκαλικότητα των επιφανειακών υδάτων καθορίζεται από την παρουσία ανθρακικών ή / και δισανθρακικών, η τιμή τους είναι συνήθως κοντά στην τιμή σκληρότητας.

Διανομή σκληρού νερού

Οι κύριες φυσικές πηγές σκληρότητας του νερού είναι οι ιζηματογενείς βράχοι, η διήθηση και η απορροή από το έδαφος. Το σκληρό νερό συνήθως σχηματίζεται σε περιοχές με πυκνή αροτραία στρώση και ασβεστολιθικούς σχηματισμούς. Τα υπόγεια ύδατα χαρακτηρίζονται συνήθως από μεγαλύτερη ακαμψία από τα επιφανειακά ύδατα. Τα υπόγεια ύδατα πλούσια σε καρβοξυλικά οξέα έχουν συνήθως υψηλή διαλυτότητα σε εδάφη και πετρώματα που περιέχουν μετρήσιμες ποσότητες ορυκτών όπως ασβεστίτη, γύψο και δολομίτη, με αποτέλεσμα επίπεδα σκληρότητας μέχρι και αρκετές χιλιάδες mg / l.

Οι κύριες βιομηχανικές πηγές ακαμψίας είναι τα απόβλητα των επιχειρήσεων παραγωγής ανόργανων χημικών ουσιών και της εξορυκτικής βιομηχανίας. Το οξείδιο του ασβεστίου χρησιμοποιείται στη βιομηχανία κατασκευών σε κονίαμα, γύψο και άλλα υλικά. Χρησιμοποιείται επίσης στην παραγωγή χαρτοπολτού και χαρτιού, ραφιναρίσματος ζάχαρης, διύλισης πετρελαίου, μαυρίσματος, επεξεργασίας νερού και λυμάτων. Το μαγνήσιο χρησιμοποιείται επίσης σε διάφορες διαδικασίες στη βιομηχανία κλωστοϋφαντουργίας, μαυρίσματος και χαρτιού. Τα κράματα μαγνησίου χρησιμοποιούνται ευρέως σε χυτήρια και σφραγίδες, φορητές μηχανές, εξοπλισμό αποσκευών και οικιακά προϊόντα ευρείας εφαρμογής. Τα άλατα μαγνησίου χρησιμοποιούνται επίσης στην παραγωγή μεταλλικού μαγνησίου, λιπασμάτων, κεραμικών, εκρηκτικών και φαρμάκων.

Επιδράσεις στην υγεία του σκληρού νερού

Όπως σημειώνεται στο άρθρο σχετικά με το ασβέστιο και το μαγνήσιο, οι κύριοι παράγοντες που καθορίζουν την σκληρότητα του νερού είναι τα ιόντα ασβεστίου και μαγνησίου. Δεν υπάρχουν ενδείξεις δυσμενών επιπτώσεων στην υγεία που σχετίζονται ειδικά με υψηλά επίπεδα ασβεστίου ή μαγνησίου στο πόσιμο νερό.

Εκτός από τις οικιακές δυσχέρειες που οφείλονται στη χρήση νερού με υψηλό βαθμό σκληρότητας, μπορεί να προκύψει μια άλλη πιθανή ταλαιπωρία όταν το μαγνήσιο δεσμεύεται σε θειικό ιόν, με αποτέλεσμα το νερό να έχει καθαρτικές ιδιότητες.

Το όριο γεύσης για το ιόν ασβεστίου στο πόσιμο νερό ποικίλλει από τα παρόντα ανιόντα. για ένα ιόν μαγνησίου, το κατώφλι γεύσης είναι μικρότερο. Περισσότερες λεπτομέρειες σχετικά με τη σχέση μεταξύ σκληρότητας του νερού και καρδιαγγειακής νόσου μπορούν να βρεθούν στο Μέρος ΙΙΙ, το οποίο εξετάζει τις πλευρές της υγείας για τα ανόργανα συστατικά του νερού. Οι συνιστώμενες τιμές νερού για το ασβέστιο και το μαγνήσιο δεν προσφέρονται, δεδομένου ότι μια τέτοια τιμή προσφέρεται για γενική σκληρότητα με βάση τις αισθητικές εκτιμήσεις.

Άλλες πτυχές

Το μαλακό νερό είναι πιο πιθανό να προκαλέσει διάβρωση των σωλήνων και ως αποτέλεσμα μπορεί να υπάρχουν μερικά βαρέα μέταλλα, όπως ο χαλκός, ο ψευδάργυρος, ο μόλυβδος και το κάδμιο, στο πόσιμο νερό στο σύστημα διανομής. Ο βαθμός τέτοιας διάβρωσης και διάλυσης μετάλλων είναι επίσης συνάρτηση του ρΗ, της αλκαλικότητας και της συγκέντρωσης του διαλελυμένου οξυγόνου. Σε ορισμένες κοινότητες, η διάβρωση είναι τόσο σοβαρή ώστε πρέπει να ληφθούν ειδικές προφυλάξεις στο σύστημα ύδρευσης.

Σε περιοχές με πολύ σκληρό νερό, οι σωλήνες σπιτιών μπορεί να φράξουν με κλίμακα. το σκληρό νερό επίσης εναποτίθεται σε σκεύη κουζίνας και αυξάνει την κατανάλωση σαπουνιού. Έτσι, το σκληρό νερό μπορεί να είναι όχι μόνο δυσάρεστο, αλλά και οικονομικά επαχθές για τον καταναλωτή. Η αντίληψη της σκληρότητας του νερού από τον πληθυσμό δεν είναι η ίδια σε διαφορετικές τοποθεσίες, συσχετίζεται συχνά με τη σκληρότητα που έχει συνηθίσει ο καταναλωτής για αρκετά χρόνια και το νερό με σκληρότητα πάνω από 500 mg / l δεν προκαλεί αντίρρηση σε πολλούς οικισμούς. Αν και μια αποδεκτή ισορροπία μεταξύ προβλημάτων διάβρωσης και κλίμακας παρέχει ένα επίπεδο σκληρότητας περίπου 100 mg CaCO3 / L.



Όπως γνωρίζετε από το μάθημα της σχολικής χημείας, το συνηθισμένο νερό περιέχει ιόντα ασβεστίου και μαγνησίου. Η αυξημένη περιεκτικότητα των ιόντων Ca2 + και Mg2 + δίνει αρνητική ποιότητα νερού, που ονομάζεται ακαμψία.

CaCO3 + CO2 + Η2Ο \u003d Ca (NSO3) 2

MgCO3 + C02 + Η2Ο \u003d Mg (HCO3) 2

Αυτή η διαδικασία διεξάγεται ευρέως υπό φυσικές συνθήκες, οδηγώντας στη διάβρωση των διαβρωμένων ασβεστόλιθων στα επιφανειακά ύδατα και μετά στις θάλασσες και τους ωκεανούς.

Μη-ανθρακική (μόνιμη) ακαμψία λόγω της παρουσίας στο νερό θειικών αλάτων, χλωριούχων μαγνησίου και ασβεστίου, καθώς και άλλων αλάτων (MgS04, MgCl2, CaCl2).

Συνολική σκληρότητα \u003d σκληρότητα ανθρακικού (προσωρινή) + μη ανθρακική (μόνιμη) σκληρότητα.

Στην καθημερινή ζωή, ο καθένας μπορεί να αντιμετωπίσει το έργο της μέτρησης της σκληρότητας του νερού στο σπίτι. Η ακαμψία επηρεάζει αρνητικά την ποιότητα των διαφόρων διεργασιών στις οποίες χρησιμοποιείται νερό με αυξημένη ακαμψία. Όσο χαμηλότερο είναι το ποσοστό των διαλελυμένων αλάτων στο νερό, τόσο πιο μαλακό και υγιεινό είναι το νερό. Το έργο του πλυντηρίου πιάτων, η ποσότητα σκόνης πλυσίματος, η ποιότητα του νερού στο ενυδρείο, η ανάγκη εγκατάστασης ενός μαλακτικού νερού, κλπ. Σε γενικές γραμμές, υπάρχουν πολλοί στόχοι.

Στη Ρωσία, η ακαμψία μετράται σε "βαθμούς δυσκαμψίας" (1 ° W \u003d 1 mEq / L \u003d 1/2 mol / m3). Άλλες μονάδες σκληρότητας νερού είναι αποδεκτές στο εξωτερικό.

Μονάδες δυσκαμψίας

1 ° W \u003d 20,04 mg Ca2 + ή 12,15 mg2 + σε 1 dm 3 νερού.
1 ° DH \u003d 10 mg CaO σε 1 dm 3 νερού.
1 ° Clark \u003d 10 mg CaC03 σε 0,7 dm 3 νερού.
1 ° F \u003d 10 mg CaC03 σε 1 dm 3 νερού.
1 ppm \u003d 1 mg CaC03 σε 1 dm 3 νερού.

Σύμφωνα με την ένταση του σχηματισμού της κλίμακας στην τσαγιέρα, μπορούν να εξαχθούν ορισμένα συμπεράσματα: όσο περισσότερη πλάκα τόσο πιο σκληρή γίνεται το νερό.

Συγκριτική ποιότητα   Το συμπέρασμα σχετικά με τη σκληρότητα του νερού μπορεί να γίνει ως εξής. Εφαρμόστε μια σταγόνα βροχής, βρασμένο και μη βρεγμένο νερό βρύσης σε μια γυάλινη ολίσθηση. Μετά το στέγνωμα σύμφωνα με την ένταση της καθίζησης που σχηματίζεται, μπορείτε να συμπεράνετε ότι το νερό είναι σκληρό. Το βρόχινο νερό είναι το πιο απαλό, όπως δεν υπάρχουν πρακτικά άλατα ασβεστίου και μαγνησίου. Το ίζημα μετά την εξάτμιση του μη ζαρωμένου νερού θα μας επιτρέψει να καταλήξουμε στο συμπέρασμα για τη γενική σκληρότητα, και βραστό - για την προσωρινή σκληρότητα.

Αλλά στο σπίτι, μπορείτε να εκτιμήσετε με ακρίβεια και ποσοτικά την σκληρότητα του νερού. Από την πορεία της οργανικής χημείας, ξέρετε ότι το σαπούνι πλυντηρίου, όπως και κάθε άλλο, είναι δύσκολο να σαπουνάδα στο σκληρό νερό. Αυτή η μέθοδος βασίζεται στο γεγονός ότι μόλις το σαπούνι δεσμεύσει την περίσσεια αλάτων ασβεστίου και μαγνησίου, εμφανίζεται αφρός σαπουνιού. Για να καθορίσετε τη σκληρότητα του νερού, πρέπει να ζυγίσετε ένα γραμμάριο σαπουνιού, να το αλέσετε και προσεκτικά, ώστε να μην σχηματιστεί αφρός, να διαλύεται σε μικρή ποσότητα ζεστού αποσταγμένου νερού. Το απεσταγμένο νερό μπορεί να αγοραστεί σε φαρμακεία ή αντιπροσώπους αυτοκινήτων. Χρησιμοποιείται για την προσθήκη στην μπαταρία με αυξανόμενη συγκέντρωση ηλεκτρολυτών.

Στη συνέχεια, ρίχνουμε το διάλυμα σαπουνιού σε κυλινδρικό γυαλί και προσθέτουμε απεσταγμένο νερό σε επίπεδο 6 εκατοστών εάν το σαπούνι είναι 60% ή σε επίπεδο 7 εκατοστών εάν το σαπούνι είναι 72%. Το ποσοστό σαπουνιού εμφανίζεται στη ράβδο. Τώρα, κάθε εκατοστό του επιπέδου του σαπουνιού περιέχει ποσότητα σαπουνιού που μπορεί να δεσμεύει άλατα σκληρότητας, η ποσότητα του οποίου αντιστοιχεί σε 1 ° dH σε 1 λίτρο νερού. Στη συνέχεια, χύστε μισό λίτρο νερού δοκιμής σε βάζο λίτρα. Και με συνεχή ανάδευση, προσθέτουμε σταδιακά το παρασκευασμένο διάλυμα σαπουνιού από ένα γυαλί σε ένα δοχείο νερού δοκιμής. Στην αρχή, μόνο οι γκρίζες νιφάδες θα είναι στην επιφάνεια. Στη συνέχεια θα υπάρξουν πολύχρωμες σαπουνόφουσκες. Η εμφάνιση ενός σταθερού λευκού σαπουνιού αφρού υποδεικνύει ότι όλα τα άλατα σκληρότητας στο νερό δοκιμής δεσμεύονται. Τώρα κοιτάζουμε το γυαλί μας και καθορίσαμε πόσες εκατοστά της λύσης έπρεπε να ρίξουμε από το γυαλί στο νερό δοκιμής. Κάθε εκατοστόμετρο συνδέεται σε μισό λίτρο νερού με την ποσότητα των αλάτων που αντιστοιχεί σε 2 ° dH. Έτσι, εάν έπρεπε να χύσετε 4 εκατοστά διαλύματος σαπουνιού στο νερό πριν την εμφάνιση του αφρού, τότε η σκληρότητα του νερού δοκιμής είναι 8 ° dH.

Εάν χύσατε ολόκληρο το διάλυμα σαπουνιού στο νερό, αλλά ο αφρός δεν εμφανίστηκε, αυτό σημαίνει ότι η σκληρότητα του νερού δοκιμής είναι μεγαλύτερη από 12 ° dH. Στην περίπτωση αυτή, το νερό δοκιμής αραιώνεται με αποσταγμένο νερό δύο φορές. Και κάνουμε την ανάλυση και πάλι. Τώρα το αποτέλεσμα της δυσκαμψίας θα πρέπει να πολλαπλασιαστεί κατά δύο. Η προκύπτουσα τιμή θα αντιστοιχεί στη σκληρότητα του εξεταζόμενου νερού.

Σύμφωνα με τον πίνακα μπορείτε να προσδιορίσετε την ποιότητα του υπό μελέτη νερού:

Δεν είναι δυνατό να προσδιοριστεί η ακαμψία με αυτή τη μέθοδο στα πλησιέστερα χιλιοστά ενός βαθμού, αλλά είναι πολύ πιθανό να εκτιμηθεί η απότομη απόκλιση της ολικής σκληρότητας από τον κανόνα με ακρίβεια 1-2 ° dH. Μια εξάπλωση αναγνώσεων 1-2 βαθμών είναι αρκετά αποδεκτή. Δεδομένης της απλότητας και της προσβασιμότητας της μεθόδου, μπορεί ασφαλώς να εφαρμοστεί με επιτυχία.

Χρησιμοποιώντας αυτή τη μέθοδο, είναι δυνατό στον τομέα να εκτιμηθεί η σκληρότητα του νερού από διάφορες πηγές νερού και να εκτελεστούν ενδιαφέροντα σχεδιαστικά και ερευνητικά έργα.

Πηγές:

1Rudzitis G.E. Χημεία. Ανόργανη χημεία. Οργανική Χημεία. Βαθμός 9: βιβλίο. για τη γενική εκπαίδευση. οργανώσεις με προσ σε ηλεκτρόνια. μέσα (DVD): βασικό επίπεδο / G.E. Rudzitis, F.G. Feldman. - Μ.: Εκπαίδευση, 2013. - 224 π.μ .: Ill.

Οι άνθρωποι σε διαφορετικές χώρες έχουν από καιρό έρθει στην ανάγκη να την ομαλοποιήσουν, επειδή η υψηλή ακαμψία είναι κακή: και οι δύο σωλήνες είναι φραγμένες και είναι αδύνατο να πλυθούν σωστά. Αλλά άρχισαν να το κάνουν αυτό σε κάθε χώρα με τον δικό τους τρόπο, ο οποίος, βάσει παραδοσιακών μονάδων μέτρησης και μεθόδων για τον προσδιορισμό των ιόντων ασβεστίου και μαγνησίου, επειδή δεν υπήρχαν ομοιόμορφα τυποποιημένες διεθνείς μονάδες τότε.

Είναι γνωστό ότι δεν υπάρχει τίποτα χειρότερο από τις κακές συνήθειες - είναι πολύ δύσκολο να απαλλαγούμε από αυτά! Στη βιβλιογραφία του καφέ (αν και η δυσκαμψία δεν είναι εγγενώς ένας όρος καφέ!) Στις διάφορες χώρες, η δυσκαμψία εξακολουθεί να μετράται σε βαθμούς, με κάθε χώρα να έχει τη δική της, διαφορετική από όλες τις άλλες. Μόνο οι ρωσικοί και γερμανικοί βαθμοί ακαμψίας είναι πανομοιότυποι, αν και έχουν ακυρωθεί εδώ και καιρό και στις δύο αυτές χώρες, αλλά υπάρχουν επίμονα στον ορισμό των εννοιών.

Στην ΕΣΣΔ, μέχρι το 1952, χρησιμοποιήθηκαν βαθμοί ακαμψίας, που συμπίπτουν με τους γερμανικούς. Στη Ρωσία, η κανονική συγκέντρωση ιόντων ασβεστίου και μαγνησίου, εκφρασμένη σε χιλιοστόγραμμα ισοδύναμου ανά λίτρο (mEq / l), χρησιμοποιείται για τη μέτρηση της ακαμψίας. Ένα mEq / L αντιστοιχεί σε μια περιεκτικότητα 20,04 mg Ca2 + ή 12,16 mg Mg2 + σε ένα λίτρο νερού (ατομική μάζα διαιρούμενη με σθένος).

Σε άλλες χώρες είναι συνηθισμένο να υποδηλώσει δυσκαμψία σε ΟΡΙΣΤΙΚΟΥς βαθμούς:

Γερμανικοί βαθμοί (dGH)

1 ° \u003d 1 μέρος οξειδίου του ασβεστίου - CaO σε 100.000 μέρη νερού ή 0.719 μέρη οξειδίου του μαγνησίου - MgO σε 100.000 μέρη νερού ή 10 mg CaO σε 1 λίτρο νερού ή 7.194 mg MgO σε 1 λίτρο νερού. Τα dGH (dH) και dKH χρησιμοποιούνται σήμερα συνήθως στα ενυδρεία ως μονάδα ακαμψίας, ο χαρακτηρισμός dGH - αναφέρεται στη συνολική σκληρότητα, dKH - σε ανθρακικό.

Γαλλικοί βαθμοί (fh)

1 ° \u003d 1 μέρος CaCO3 σε 100.000 μέρη νερού ή 10 mg CaCO3 σε 1 λίτρο νερού.

Αμερικανικοί βαθμοί (usH)

1 ° \u003d 1 κόκκινο (0,0648 g) CaC03 σε 1 γαλόνι (αμερικάνικο! 3,778 l) νερού. Διαχωρίζοντας τα γραμμάρια σε λίτρα παίρνουμε: 17.12 mg / l CaCO 3. Ωστόσο, υπάρχει ένας άλλος ορισμός του αμερικανικού πτυχίου: 1 μέρος CaCO 3 σε 1.000.000 μέρη νερού (στην αγγλική λογοτεχνία η έκφραση συγκέντρωσης, 1 μέρος ανά 1.000.000 μέρη ονομάζεται ppm - μέρος ανά εκατομμύριο) και χρησιμοποιείται συχνά. είναι πανομοιότυπο με 1 mg / l). Έτσι, αυτός ο 1 αμερικανικός βαθμός \u003d 1 mg CaCO3 σε 1 λίτρο νερού. Αυτή η αξία του αμερικανικού βαθμού είναι αποδεκτή σε όλους τους πίνακες με μεταβατικούς συντελεστές για τη μετατροπή ορισμένων μονάδων δυσκαμψίας σε άλλους.

Αγγλικοί βαθμοί (Clark)

1 ° \u003d 1 gran (0.0648 g) σε 1 γαλόνι (αγγλικά 4.546 λίτρα) νερού \u003d 14.254 mg / l CaC03.

Νιώστε ότι όλα δεν είναι εύκολο; Επομένως, θα δώσω έναν πίνακα που σας επιτρέπει να συγκρίνετε και να μεταφράζετε ορισμένους βαθμούς ακαμψίας σε άλλους:

Πίνακας 1

Όνομα μονάδων	Mg-eq / L	Βαθμός ακαμψίας
		Γερμανικά	γαλλικά	Αμερικανός	Αγγλικά
1 mEq / L	1	2.804	5.005	50.045	3.511
1 γερμανικό δίπλωμα dH	0.3566	1	1.785	17.847	1.253
1 γαλλικό πτυχίο	0.1998	0.560	1	10,000	0.702
1 πτυχίο Αμερικής	0.0200	0.056	0.100	1	0.070
1 βαθμό αγγλικής γλώσσας	0.2848	0.799	1.426	14.253	1