Ūdens cietība 2 9. Ūdens cietības mērīšana

Ūdens cietība ir tradicionāls ūdens spēju reaģēt ar ziepēm mērs: cietam ūdenim putu veidošanai nepieciešams ievērojams daudzums ziepju. Karstā ūdens caurulēs, katlos un citās sadzīves ierīcēs masas nogulsnes rada ciets ūdens. Ūdens cietību izraisa izšķīduši daudzvērtīgie metāla joni. Saldā ūdenī galvenie joni, kas izraisa stīvumu, ir kalcijs un magnijs; Svarīgi ir arī stroncija, dzelzs, bārija un mangāna joni. Ūdens cietību parasti nosaka ar ūdenī esošo daudzvērtīgo metāla jonu reakciju ar helātiem, piemēram, EDTA, un to izsaka kā ekvivalentu kalcija karbonāta koncentrāciju. Stingrību var arī novērtēt, nosakot tā sastāvdaļu individuālās koncentrācijas, kuru summu izsaka kā ekvivalentu kalcija karbonāta daudzumu. Dzeramā ūdens cietības pakāpi klasificē, pamatojoties uz līdzvērtīgām CaCO 3 koncentrācijām tajā:

Mīksts - 0-60 mg / l

Vidēja cietība - 60-120 mg / l

Ciets - 120-180 mg / l

Ļoti ciets - 180 mg / l un lielāks.

Cietību klasificē arī, pamatojoties uz līdzvērtīgām CaO vai Ca (OH) 2 koncentrācijām. SI sistēmā arī ieteicams izteikt stingrību molu Ca 2+ uz m 3.

Neskatoties uz to, ka stīvums rodas katjonu dēļ, to var uzskatīt arī par karbonāta (vienreiz lietojamo) un bez karbonāta (nemainīgu) stingrību. Karbonāta cietība norāda karbonātu un bikarbonātu daudzumu šķīdumā, ko var noņemt vai nogulsnēt, vārot. Šis stingruma tips ir atbildīgs par mēroga nogulsnēm karstā ūdens cauruļvados un katlos. Nekarbonātu cietību izraisa cietības jonu apvienojums ar sulfātiem, hlorīdiem un nitrātiem, un to definē kā “pastāvīgu cietību”, jo to nevar noņemt vārot.

Sārmainība kā ūdens buferizācijas rādītājs ir cieši saistīta ar cietību. Sārmainību galvenokārt izraisa vāju skābju anjoni vai molekulāras formas, galvenokārt hidroksīdi, bikarbonāti un karbonāti; citu formu, piemēram, borātu, fosfātu, silikātu un organisko skābju, klātbūtnē ūdenī tie arī nedaudz veicina ūdens sārmainību. Neatkarīgi no tā, kuras izšķīdušās formas nodrošina ūdens sārmainību, to vienmēr izsaka kā ekvivalentu kalcija karbonāta daudzumu.

Gadījumos, kad virszemes ūdens sārmainību nosaka karbonātu un / vai bikarbonātu klātbūtne, tā vērtība parasti ir tuvu cietības vērtībai.

Cietais ūdens sadalījums

Galvenie dabiskie ūdens cietības avoti ir nogulumieži, filtrācija un augsnes notece. Cietais ūdens parasti veidojas vietās ar blīvu laukaugu slāni un kaļķainiem veidojumiem. Gruntsūdeņiem parasti ir lielāka stingrība nekā virszemes ūdeņiem. Gruntsūdeņiem, kas bagāti ar karbonskābēm, parasti ir augsta šķīdība augsnēs un iežos, kas satur izmērāmu daudzumu minerālu, piemēram, kalcītu, ģipsi un dolomītu, kā rezultātā cietības līmenis ir līdz vairākiem tūkstošiem mg / l.

Galvenie rūpniecības stingruma avoti ir uzņēmumu, kas ražo neorganiskas ķimikālijas, un kalnrūpniecības uzņēmumu notekūdeņi. Kalcija oksīdu būvniecībā izmanto javā, apmetumā un citos materiālos. To izmanto arī celulozes un papīra ražošanā, cukura rafinēšanā, eļļas rafinēšanā, miecēšanā, ūdens un notekūdeņu attīrīšanā. Magniju izmanto arī dažādos procesos tekstila, miecēšanas un papīra rūpniecībā. Magnija sakausējumus plaši izmanto lietuvēs un štancēšanā, pārnēsājamās mašīnās, bagāžas aprīkojumā un plaša pielietojuma mājsaimniecības izstrādājumos. Magnija sāļus izmanto arī magnija metāla, mēslošanas līdzekļu, keramikas, sprāgstvielu un zāļu ražošanā.

Ietekme uz veselību cietajā ūdenī

Kā norādīts rakstā par kalciju un magniju, galvenie faktori, kas nosaka ūdens cietību, ir kalcija un magnija joni. Nav pierādījumu par nelabvēlīgu ietekmi uz veselību, kas īpaši saistīta ar augstu kalcija vai magnija līmeni dzeramajā ūdenī.

Papildus mājsaimniecībām radītajām neērtībām, kas saistītas ar ūdens ar augstu cietības pakāpi lietošanu, var rasties arī citas iespējamās neērtības, ja magnijs ir saistīts ar sulfāta jonu, kā rezultātā ūdens iegūst caurejas īpašības.

Kalcija jonu garšas slieksnis dzeramajā ūdenī atšķiras no anjoniem; magnija jonam garšas slieksnis ir mazāks. Sīkāka informācija par saistību starp ūdens cietību un sirds un asinsvadu slimībām ir atrodama III daļā, kurā apskatīti ūdens neorganisko komponentu veselības aspekti. Ieteicamās ūdens vērtības kalcijam un magnijam netiek piedāvātas, jo šāda vērtība tiek piedāvāta vispārējai cietībai, pamatojoties uz estētiskiem apsvērumiem.

Citi aspekti

Mīkstais ūdens, visticamāk, izraisa cauruļu koroziju, kā rezultātā dzeramajā ūdenī sadales sistēmā var būt daži smagie metāli, piemēram, varš, cinks, svins un kadmijs. Šādas metālu korozijas un izšķīšanas pakāpe ir atkarīga arī no pH, sārmainības un izšķīdušā skābekļa koncentrācijas. Dažās kopienās korozija ir tik smaga, ka ūdens apgādes sistēmā jāveic īpaši piesardzības pasākumi.

Vietās ar ļoti cietu ūdeni māju caurules var aizsērēt ar mērogu; cietais ūdens nogulsnējas arī uz virtuves piederumiem un palielina ziepju patēriņu. Tādējādi cietais ūdens patērētājam var būt ne tikai nepatīkams, bet arī ekonomiski apgrūtinošs. Iedzīvotāju uztvere par ūdens cietību dažādās vietās nav vienāda, to bieži saista ar cietību, pie kuras patērētājs ir pieradis vairākus gadus, un ūdens ar cietību virs 500 mg / l daudzās apdzīvotās vietās neizraisa iebildumus. Kaut arī pieņemams līdzsvars starp koroziju un mēroga problēmām nodrošina cietības līmeni aptuveni 100 mg CaCO 3 / L.



Kā jūs zināt no skolas ķīmijas kursa, parastais ūdens satur kalcija un magnija jonus. Paaugstināts Ca 2+ un Mg 2+ jonu saturs ūdenim rada negatīvu kvalitāti, ko sauc par stingrība.

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

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

Šis process tiek plaši veikts dabiskos apstākļos, izraisot noārdīto kaļķakmeņu eroziju virszemes ūdeņos un pēc tam jūrās un okeānos.

Nekarbonāts (pastāvīgs) stingums sakarā ar sulfātu, magnija un kalcija hlorīdu, kā arī citu sāļu (MgSO 4, MgCl 2, CaCl2) klātbūtni ūdenī.

Kopējā cietība \u003d karbonāta (pagaidu) cietība + bezkarbonāta (pastāvīgā) cietība.

Ikdienā ikviens var saskarties ar uzdevumu mājās izmērīt ūdens cietību. Stingrība negatīvi ietekmē dažādu procesu kvalitāti, kuros tiek izmantots ūdens ar paaugstinātu stingrību. Jo mazāks ūdenī izšķīdušo sāļu procentuālais daudzums, jo mīkstāks un veselīgāks ir ūdens. Trauku mazgājamās mašīnas darbs, veļas pulvera daudzums, ūdens kvalitāte akvārijā, nepieciešamība uzstādīt ūdens mīkstinātāju utt. Kopumā ir daudz mērķu.

Krievijā stīvumu mēra ar "stingruma pakāpēm" (1 ° W \u003d 1 mEq / L \u003d 1/2 mol / m3). Citas ūdens cietības vienības tiek pieņemtas ārzemēs.

Stīvuma vienības

1 ° W \u003d 20,04 mg Ca 2+ vai 12,15 Mg 2+ 1 dm 3 ūdens;
1 ° DH \u003d 10 mg CaO 1 dm 3 ūdens;
1 ° Clark \u003d 10 mg CaCO3 0,7 dm 3 ūdens;
1 ° F \u003d 10 mg CaCO3 1 dm 3 ūdens;
1 ppm \u003d 1 mg CaCO 3 1 dm 3 ūdens.

Atkarībā no mēroga veidošanās intensitātes tējkannā var izdarīt dažus secinājumus: jo vairāk plāksnes, jo grūtāk ūdens.

Salīdzinošs kvalitāte   Secinājumu par ūdens cietību var izdarīt šādi. Uz stikla priekšmetstikliņa uzlej pilienu lietus, vārīta un vārīta krāna ūdens. Pēc žāvēšanas atbilstoši izveidojušos nokrišņu intensitātei var secināt, ka jūsu ūdens ir ciets. Lietus ūdens ir mīkstākais, jo tajā praktiski nav kalcija un magnija sāļu. Nokrišņi pēc nevārīta ūdens iztvaicēšanas ļaus mums secināt par vispārējo cietību, un vārīti - par īslaicīgu cietību.

Bet mājās jūs varat diezgan precīzi un kvantitatīvi novērtēt ūdens cietību. No organiskās ķīmijas kursa jūs zināt, ka veļas ziepes, tāpat kā jebkuru citu, ir grūti ziepēt cietā ūdenī. Šīs metodes pamatā ir fakts, ka tiklīdz ziepes saista lieko kalcija un magnija sāļu daudzumu, parādās ziepju putas. Lai noteiktu ūdens cietību, jums jānosver viens grams veļas ziepes, to sasmalcina un uzmanīgi, lai neveidotos putas, izšķīdina nelielā daudzumā karsta destilēta ūdens. Destilētu ūdeni var iegādāties aptiekās vai automašīnu tirdzniecības vietās. To izmanto, lai pievienotu akumulatoram, palielinoties elektrolītu koncentrācijai.

Pēc tam ielej ziepju šķīdumu cilindriskā glāzē un pievieno destilētu ūdeni līdz 6 centimetru līmenim, ja ziepes ir 60%, vai līdz 7 centimetriem, ja ziepes ir 72%. Ziepes procentuālais daudzums ir norādīts uz joslas. Tagad katrs ziepjūdenes līmeņa centimetrs satur tādu ziepju daudzumu, kas var saistīt cietības sāļus, kuru daudzums atbilst 1 ° dH 1 litrā ūdens. Tālāk litra burkā ielej puslitru testa ūdens. Un nepārtraukti maisot, no stikla pakāpeniski pievieno sagatavoto ziepju šķīdumu testa ūdens burkā. Sākumā uz virsmas būs tikai pelēkas pārslas. Tad būs daudzkrāsaini ziepju burbuļi. Stabilu baltu ziepjūdenu izskats liek domāt, ka visi cietie sāļi testa ūdenī ir saistīti. Tagad mēs skatāmies uz mūsu glāzi un nosakām, cik centimetru šķīduma mums bija jāizlej no stikla testa ūdenī. Katrs centimetrs puslitrā ūdens saistīja sāļu daudzumu, kas atbilst 2 ° dH. Tādējādi, ja pirms putu parādīšanās ūdenī vajadzēja ielej 4 centimetrus ziepju šķīduma, tad testa ūdens cietība ir 8 ° dH.

Ja jūs ielej visu ziepju šķīdumu ūdenī, bet putas neparādījās, tas nozīmē, ka testa ūdens cietība ir lielāka par 12 ° dH. Šajā gadījumā testa ūdeni divreiz atšķaida ar destilētu ūdeni. Un mēs atkal veicam analīzi. Tagad stīvuma rezultāts būs jāreizina ar diviem. Iegūtā vērtība atbildīs pētāmā ūdens cietībai.

No tabulas jūs varat noteikt pētāmā ūdens kvalitāti:

Stingrību ar šo metodi nav iespējams noteikt līdz tuvākajām grādu tūkstošdaļām, taču ir pilnīgi iespējams novērtēt kopējās cietības asu iziešanu no normas ar precizitāti 1-2 ° dH. Ir pilnīgi pieņemami rādījumu nobīde par 1-2 grādiem. Ņemot vērā metodes vienkāršību un pieejamību, to noteikti var veiksmīgi piemērot.

Izmantojot šo metodi, laukā ir iespējams novērtēt dažādu ūdens avotu ūdens cietību un veikt interesantu projektēšanas un izpētes darbu.

Avoti:

1Rudzitis G.E. Ķīmija. Neorganiskā ķīmija. Organiskā ķīmija. 9. klase: mācību grāmata. vispārējai izglītībai. organizācijas ar adj uz elektronu. multivide (DVD): pamatlīmenis / G.E. Rudzītis, F.G. Feldmans. - M .: Izglītība, 2013. .-- 224 lpp .: Ill.

Cilvēkiem dažādās valstīs jau sen ir nācies to normalizēt, jo augsta stingrība ir slikta: abas caurules ir aizsērējušas, un tās nav iespējams pareizi nomazgāt. Bet viņi sāka to darīt katrā valstī savā veidā, kuri, balstoties uz tradicionālajām mērvienībām un kalcija un magnija jonu noteikšanas metodēm, jo \u200b\u200btoreiz nebija vienotu standartizētu starptautisko vienību.

Ir zināms, ka nav nekas sliktāks par sliktiem ieradumiem - no tiem ir ļoti grūti atbrīvoties! Kafijas literatūrā (kaut arī stīvums pēc savas būtības nav kafijas termins!) Dažādās valstīs stīvumu joprojām mēra grādos, un katrai valstij ir sava, atšķirīga no visām pārējām. Tikai krievu un vācu stingrības pakāpes ir identiskas, lai gan abās šajās valstīs tās jau sen tika atceltas, taču tās pastāv jēdzienu definīcijā.

PSRS līdz 1952. gadam tika izmantotas stingrības pakāpes, kas sakrita ar vācu. Krievijā stingruma mērīšanai izmanto normālu kalcija un magnija jonu koncentrāciju, kas izteikta miligramos no ekvivalenta litrā (mEq / l). Viens mEq / L atbilst 20,04 miligramiem Ca2 + vai 12,16 miligramiem Mg2 + litrā ūdens (atomu masa dalīta ar valenci).

Citās valstīs stīvumu parasti apzīmē ar nosacījumu:

Vācu grādi (dGH)

1 ° \u003d 1 daļa kalcija oksīda - CaO 100 000 daļās ūdens vai 0,719 daļas magnija oksīda - MgO 100 000 daļās ūdens, vai 10 mg CaO 1 litrā ūdens, vai 7 194 mg MgO 1 litrā ūdens. dGH (dH) un dKH pašlaik akvārijos visbiežāk izmanto kā stingruma vienību, apzīmējums dGH - attiecas uz kopējo cietību, dKH - uz karbonātu;

Francijas grādi (fh)

1 ° \u003d 1 daļa CaCO 3 100 000 daļās ūdens vai 10 mg CaCO 3 1 litrā ūdens;

Amerikas grādi (usH)

1 ° \u003d 1 gran (0,0648 g) CaCO 3 1 galonā (amerikāņu! 3,785 l) ūdens. Sadalot gramus litros, mēs iegūstam: 17,12 mg / l CaCO 3. Tomēr ir arī cita amerikāņu grāda definīcija: 1 daļa CaCO 3 1 000 000 daļās ūdens (angļu literatūrā izteiciens par koncentrāciju, jo 1 daļu uz 1 000 000 daļām sauc par ppm - daļa uz miljonu), un to bieži izmanto. tas ir identisks 1 mg / l). Tādējādi šis 1 Amerikas grāds \u003d 1 mg CaCO 3 1 litrā ūdens. Tieši šo amerikāņu pakāpes vērtību pieņem visās tabulās ar pārejas koeficientiem dažu stingruma vienību pārvēršanai citās.

Angļu grādi (Clark)

1 ° \u003d 1 gran (0,0648 g) 1 galonā (angļu valodā! 4,546 l) ūdens \u003d 14,254 mg / l CaCO3.

Jūtams, ka viss nav viegli ?! Tāpēc es sniegšu tabulu, kas ļauj salīdzināt un pārvērst dažas stingrības pakāpes citās:

1. tabula

Vienību nosaukums	Mg-ek / l	Stingrības pakāpe
		Vācu	franču valoda	amerikānis	Angliski
1 mEq / L	1	2.804	5.005	50.045	3.511
1 vācu grāds dH	0.3566	1	1.785	17.847	1.253
1 franču grāds	0.1998	0.560	1	10,000	0.702
1 amerikāņu grāds	0.0200	0.056	0.100	1	0.070
1 angļu grāds	0.2848	0.799	1.426	14.253	1