22. ЕЛЕМЕНТИ ІIА ГРУПИ. ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА

22.3. Твердість води та способи її усунення

У зв’язку зі значним поширенням кальцію, його солі майже завжди містяться у природній воді.

Природну воду, що містить значну кількість кальцію і магнію називають твердою. М’яка вода містить мало солей магнію і кальцію або вони у ній практично відсутні.

Сумарний вміст солей магнію і кальцію у воді називають загальною твердістю води. В її межах виділяють карбонатну твердість, зумовлену наявністю карбонатів та гідрогенкарбонатів магнію та кальцію і некарбонатну, зумовлену наявністю інших солей (хлоридів, сульфатів) магнію і кальцію.

При нагріванні води, що має карбонатну твердість утворюється осад карбонатів кальцію і магнію і виділяється СО₂:

Са(НСО₃)₂.= СаСО₃↓ + СО₂ + Н₂О.

Через це карбонатну твердість називають тимчасовою. Твердість води, яка залишається після кип’ятіння, називають постійною.

За твердістю воду умовно поділяють на м’яку, середню, тверду і дуже тверду. Морська вода завжди значно твердіша, ніж прісна.

Тверда вода непридатна для багатьох технічних завдань. При її використанні у парових котлах стінки вкриваються накипом, що погіршує теплопередачу, веде до утворення тріщин. Тверда вода не придатна для прання тканин, варіння мила. Вона не дає піни з милом, оскільки розчинні натрієві і калієві солі вищих жирних кислот з мила переходять у нерозчинні солі кальцію та магнію:

2С₁₇Н₃₅СООNa + CaSO₄ = Ca(С₁₇Н₃₅СОО)₂↓ + Na₂SO₄.

натрій стеарат кальцій стеарат

У зв’язку з цим проводять пом’якшення води – видалення солей магнію і кальцію. Пом’якшення буває фізичне і хімічне.

При хімічному пом’якшенні у воду додають осаджувачі – найчастіше соду NaНCO₃ і вапно Ca(ОН)₂. При цьому відбуваються реакції:

Ca²⁺ + HCO₃^– = CaCO₃↓ + H⁺, Mg²⁺ + Ca(OH)₂ = Mg(OH)₂↓ + Ca²⁺.

Іноді для видалення іонів Mg²⁺ і Са²⁺ воду пропускають через шар іоніту (катіоніту) – проводять іонообмінну очистку. Катіоніт – сполука типу Na₂R, де R – органічний залишок, у якому натрій може замінятись на іони магнію або кальцію:

Na₂R + Са²⁺ = СаR + 2Na⁺.

Коли увесь натрій з катіоніту обміняється на іони Са²⁺, катіоніт регенерують, пропускаючи через нього концентрований розчин натрій хлориду або натрій сульфату:

СаR + Na₂SO₄ = Na₂R + СаSO₄.

До фізичних методів пом’якшення води належать електродіаліз, магнітна та ультразвукова обробка.

Найчастіше пом’якшення води проводять у кілька етапів:

кип’ятінням усувають тимчасову твердість;
додаванням кальцій гідроксиду та соди – постійну твердість;
для додаткового пом’якшення воду пропускають через катіоніт.

Повного обезсолення води можна досягти дистиляцією – випаровуванням води з наступною конденсацію пари.