Vattenhårdhet 2 9. Mätning av vattenhårdhet

Vattenhårdhet är ett traditionellt mått på vattenförmågan att reagera med tvål: hårt vatten kräver en betydande mängd tvål för att bilda skum. Skalavlagringar i varmvattenledningar, pannor och andra hushållsapparater orsakas av hårt vatten. Vattenhårdhet orsakas av upplösta polyvalenta metalljoner. I färskt vatten är de viktigaste jonerna som orsakar styvhet kalcium och magnesium; joner av strontium, järn, barium och mangan är också viktiga. Vattenhårdhet bestäms vanligtvis genom reaktionen av flervärda metalljoner närvarande i vatten med kelatbildare, såsom EDTA, och uttrycks som den ekvivalenta koncentrationen av kalciumkarbonat. Stivhet kan också uppskattas genom att bestämma de individuella koncentrationerna av dess beståndsdelar, vars summa uttrycks i termer av en ekvivalent mängd kalciumkarbonat. Graden av dricksvatten hårdhet klassificeras baserat på motsvarande koncentrationer av CaCO 3 i det, enligt följande:

Mjuk - 0-60 mg / l

Medel hårdhet - 60-120 mg / l

Hårt - 120-180 mg / l

Mycket hårt - 180 mg / l och högre.

Hårdhet klassificeras också baserat på ekvivalenta koncentrationer av CaO eller Ca (OH) 2. I SI-systemet rekommenderas det också att uttrycka styvhet i mol Ca 2+ per m 3.

Trots att styvheten beror på katjoner kan den också betraktas som karbonat (engångs) och icke-karbonat (konstant) styvhet. Karbonathårdhet indikerar mängden karbonater och bikarbonater i lösning som kan avlägsnas eller fällas ut genom kokning. Denna typ av styvhet ansvarar för avlagringar i varmvattenledningar och pannor. Icke-karbonathårdhet orsakas av en kombination av hårdhetsjoner med sulfater, klorider och nitrater och definieras som "permanent hårdhet" eftersom det inte kan avlägsnas genom kokning.

Alkalinitet, som en indikator på vattenbuffring, är nära besläktad med hårdhet. Alkalinitet orsakas mest av anjoner eller molekylära former av svaga syror, främst hydroxider, bikarbonater och karbonater; i närvaro av andra former i vatten, såsom borater, fosfater, silikater och organiska syror, ger de också ett litet bidrag till vattenets alkalitet. Oavsett vilka upplösta former som ger alkalinitet i vatten, uttrycks det alltid som en ekvivalent mängd kalciumkarbonat.

I fall där ytvattnets alkalitet bestäms av närvaron av karbonater och / eller bikarbonater är dess värde vanligtvis nära hårdhetsvärdet.

Distribution av hårt vatten

De viktigaste naturliga källorna till vattenhårdhet är sedimentära bergarter, filtrering och avströmning från jorden. Hårt vatten bildas vanligtvis i områden med ett tätt åkerlager och kalkformationer. Grundvatten kännetecknas vanligen av större styvhet än ytvatten. Grundvatten som är rikt på karboxylsyror har vanligtvis hög löslighet i jord och stenar som innehåller mätbara mängder mineraler som kalcit, gips och dolomit, vilket resulterar i hårdhetsnivåer på flera tusen mg / l.

De viktigaste industriella källorna för styvhet är avloppsvatten från företag som producerar oorganiska kemikalier och gruvindustrin. Kalciumoxid används i byggbranschen i murbruk, gips och andra material. Det används också för produktion av massa och papper, sockerraffinering, oljeraffinering, garvning, vatten och avloppsrening. Magnesium används också i olika processer inom textil-, garvnings- och pappersindustrin. Magnesiumlegeringar används ofta i gjuteri och stansning, bärbara maskiner, bagageutrustning och hushållsprodukter med bred tillämpning. Magnesiumsalter används också för produktion av magnesiummetall, gödningsmedel, keramik, sprängämnen och mediciner.

Hälsoeffekter på hårt vatten

Som nämnts i artikeln om kalcium och magnesium är de viktigaste faktorerna som bestämmer hårdheten hos vatten kalcium och magnesiumjoner. Det finns inga bevis på negativa hälsoeffekter som är specifikt förknippade med höga halter av kalcium eller magnesium i dricksvatten.

Förutom hushållens besvär på grund av användning av vatten med hög hårdhetsgrad kan ytterligare en eventuell olägenhet uppstå när magnesium är bundet till en sulfatjon, som ett resultat av vilket vatten erhåller laxerande egenskaper.

Smakströskeln för kalciumjon i dricksvatten varierar från de närvarande anjonerna; för en magnesiumjon är smakgränsen mindre. Mer information om förhållandet mellan vattenhårdhet och hjärt-kärlsjukdom finns i del III, som behandlar hälsoaspekter för de oorganiska komponenterna i vatten. Rekommenderade vattenvärden för kalcium och magnesium erbjuds inte, eftersom ett sådant värde erbjuds för allmän hårdhet baserat på estetiska överväganden.

Andra aspekter

Mjukvatten är mer benägna att orsaka rörkorrosion, och som ett resultat kan vissa tungmetaller, såsom koppar, zink, bly och kadmium, finnas i dricksvattnet i distributionssystemet. Graden av sådan korrosion och upplösning av metaller är också en funktion av pH, alkalitet och koncentrationen av upplöst syre. I vissa samhällen är korrosion så allvarlig att särskilda försiktighetsåtgärder måste vidtas i vattenförsörjningssystemet.

I områden med mycket hårt vatten kan husrör täppa till vågen. hårt vatten avlagras också på köksredskap och ökar tvålförbrukningen. Således kan hårt vatten inte bara vara obehagligt utan också ekonomiskt betungande för konsumenten. Befolkningens uppfattning om vattenhårdhet är inte densamma på olika orter, det är ofta förknippat med den hårdhet som konsumenten har varit van vid i flera år, och vatten med en hårdhet på mer än 500 mg / l orsakar inte invändningar i många bosättningar. Även om en acceptabel balans mellan korrosions- och skalproblem tillhandahåller en hårdhetsnivå på cirka 100 mg CaCO 3 / L.



Som du vet från skolkemikursen innehåller vanligt vatten kalcium- och magnesiumjoner. Det ökade innehållet av Ca 2+ och Mg 2+ joner ger vatten en negativ kvalitet, kallad styvhet.

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

MgCO3 + CO2 + H20 \u003d Mg (HCO3) 2

Denna process genomförs i stor utsträckning under naturliga förhållanden, vilket leder till erosion av eroderade kalkstenar i ytvatten och sedan till hav och hav.

Icke-karbonat (permanent) styvhet beroende på närvaron i vattnet av sulfater, magnesium och kalciumklorider, såväl som andra salter (MgS04, MgCl2, CaCl2).

Total hårdhet \u003d karbonat (tillfällig) hårdhet + icke-karbonat (permanent) hårdhet.

I vardagen kan vem som helst möta uppgiften att mäta vattnets hårdhet hemma. Stivhet påverkar negativt kvaliteten på olika processer där vatten med ökad styvhet används. Ju lägre andel upplösta salter i vatten, desto mjukare och hälsosammare är vattnet. Diskmaskinens arbete, mängden tvättpulver, vattenkvaliteten i akvariet, behovet av att installera en mjukgörare osv. I allmänhet finns det många mål.

I Ryssland mäts styvhet i "styvhetsgrader" (1 ° W \u003d 1 mEq / L \u003d 1/2 mol / m3). Andra enheter av vattenhårdhet accepteras utomlands.

Stivhetsenheter

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

Beroende på intensiteten i skalbildningen i tekanna kan vissa slutsatser dras: ju mer plack, desto hårdare är vattnet.

jämförande kvalitet   Slutsatsen om vattenhårdhet kan göras på följande sätt. Applicera en droppe regn, kokt och kokt kranvatten på en glasrutschbana. Efter torkning beroende på den bildade nederbördens intensitet kan du dra slutsatsen att ditt vatten är hårt. Regnvatten är det mjukaste, eftersom det finns praktiskt taget inga salter av kalcium och magnesium. Fällningen efter avdunstning av kokt vatten tillåter oss att sluta om den allmänna hårdheten och kokt - om tillfällig hårdhet.

Men hemma kan du utvärdera vattnets hårdhet ganska exakt och kvantitativt. Från organisk kemi, du vet att tvätt tvål, som alla andra, är svårt att tvål i hårt vatten. Denna metod är baserad på det faktum att så snart tvålen binder överskottet av kalcium- och magnesiumsalter visas ett tvålskum. För att bestämma hårdheten hos vatten måste du väga ett gram tvätt tvål, slipa den och försiktigt för att inte bilda ett skum, upplös i en liten mängd varmt destillerat vatten. Destillerat vatten kan köpas på apotek eller bilhandlare. Det används för att lägga till batteriet med ökande elektrolytkoncentration.

Häll sedan tvållösningen i ett cylindriskt glas och tillsätt destillerat vatten till nivån 6 centimeter om tvålen är 60% eller till nivån 7 centimeter om tvålen är 72%. Procentandelen tvål anges på baren. Nu innehåller varje centimeter av tvållösningen en mängd tvål som kan binda hårdhetssalter, vars mängd motsvarar 1 ° dH i 1 liter vatten. Häll sedan en halv liter provvatten i en liter burk. Och kontinuerligt omrörning, tillsätt gradvis den beredda tvålösningen från ett glas till en burk med testvatten. Först kommer bara grå flingor att finnas på ytan. Då kommer det att vara flerfärgade tvålbubblor. Utseendet på ett stabilt vitt tvålskum tyder på att alla hårdhetssalter i testvattnet är bundna. Nu tittar vi på vårt glas och bestämmer hur många centimeter av lösningen vi var tvungen att hälla från glaset i testvattnet. Varje centimeter bundet i en halv liter vatten mängden salter motsvarande 2 ° dH. Således, om du var tvungen att hälla 4 centimeter tvållösning i vattnet innan skummet uppträdde, är testvattnets hårdhet 8 ° dH.

Om du hällde hela tvållösningen i vattnet, men skummet visade sig inte, betyder det att testvattnets hårdhet är större än 12 ° dH. I detta fall utspädes testvattnet två gånger med destillerat vatten. Och vi gör analysen igen. Nu måste resultatet av styvhet multipliceras med två. Det resulterande värdet kommer att motsvara hårdheten hos det undersökta vattnet.

Enligt tabellen kan du bestämma kvaliteten på det studerade vattnet:

Det är inte möjligt att bestämma styvheten med denna metod till närmaste tusendels grad, men det är fullt möjligt att bedöma den skarpa avvikelsen från den totala hårdheten från normen med en noggrannhet på 1-2 ° dH. En spridning av avläsningar på 1-2 grader är helt acceptabelt. Med tanke på metodens enkelhet och tillgänglighet kan den verkligen användas med framgång.

Med hjälp av denna metod är det inom fältet möjligt att utvärdera hårdheten hos vatten från olika vattenkällor och utföra intressant design- och forskningsarbete.

källor:

1Rudzitis G.E. Kemi. Oorganisk kemi. Organisk kemi. Grad 9: lärobok. för allmän utbildning. organisationer med adj till elektron. media (DVD): grundnivå / G.E. Rudzitis, F.G. Feldman. - M .: Utbildning, 2013 .-- 224 s .: Ill.

Människor i olika länder har länge kommit till behovet av att normalisera det, eftersom hög styvhet är dålig: båda rören är igensatta och det är omöjligt att tvätta ordentligt. Men de började göra detta i varje land på sitt sätt, som baserade på traditionella mätenheter och metoder för att bestämma kalcium- och magnesiumjoner, eftersom det inte fanns några enhetliga standardiserade internationella enheter då.

Det är känt att det inte finns något värre än dåliga vanor - det är mycket svårt att bli av med dem! I kaffelitteraturen (även om styvhet inte i sig är en kaffeterm!) I olika länder mäts styvheten fortfarande i grader, där varje land har sitt eget, annorlunda än alla andra. Endast ryska och tyska styvhetsgrader är identiska, men för länge sedan avbrutna i båda dessa länder, men fortfarande finns i definitionen av begrepp.

I Sovjetunionen, fram till 1952, användes styvhetsgrader, som sammanföll med de tyska. I Ryssland används den normala koncentrationen av kalcium- och magnesiumjoner, uttryckt i milligram motsvarande per liter (mEq / l), för att mäta styvhet. En mEq / L motsvarar ett innehåll av 20,04 mg Ca2 + eller 12,16 mg Mg2 + i en liter vatten (atommassa dividerat med valens).

I andra länder är det vanligt att beteckna styvhet i konditionella grader:

Tyska grader (dGH)

1 ° \u003d 1 del kalciumoxid - CaO i 100 000 delar vatten, eller 0,719 delar magnesiumoxid - MgO i 100 000 delar vatten, eller 10 mg CaO i 1 liter vatten, eller 7 194 mg MgO i 1 liter vatten. dGH (dH) och dKH används för närvarande mest i akvarier som en enhet för styvhet, beteckningen dGH - avser den totala hårdheten, dKH - till karbonat;

Franska grader (fh)

1 ° \u003d 1 del CaCO 3 i 100 000 delar vatten, eller 10 mg CaCO 3 i 1 liter vatten;

Amerikanska grader (usH)

1 ° \u003d 1 gran (0,0648 g) CaCO 3 i 1 gallon (amerikansk! 3,785 1) vatten. Att dela upp gram i liter får vi: 17,12 mg / l CaCO 3. Det finns dock en annan definition av den amerikanska graden: 1 del CaCO 3 i 1 000 000 delar vatten (i engelsk litteratur är uttrycket för koncentration, eftersom 1 del per 1 000 000 delar kallas ppm - del per miljon) och används ofta. den är identisk med 1 mg / l). Således är denna 1 amerikanska grad \u003d 1 mg CaCO 3 i 1 liter vatten. Det är detta värde på den amerikanska graden som accepteras i alla tabeller med övergångskoefficienter för konvertering av vissa styvhetsenheter till andra.

Engelska grader (Clark)

1 ° \u003d 1 gran (0,0648 g) i 1 gallon (engelska! 4,546 1) vatten \u003d 14,254 mg / l CaCO3.

Känner att allt inte är enkelt ?! Därför kommer jag att ge en tabell som gör att du kan jämföra och översätta vissa styvhetsgrader till andra:

Tabell 1

Namn på enheter	Mg-ekv / L	Stivhetsgrad
		tysk	franska	American	engelska
1 mEq / L	1	2.804	5.005	50.045	3.511
1 tysk examen dH	0.3566	1	1.785	17.847	1.253
1 fransk examen	0.1998	0.560	1	10,000	0.702
1 amerikansk grad	0.0200	0.056	0.100	1	0.070
1 engelska grad	0.2848	0.799	1.426	14.253	1