22. ЕЛЕМЕНТИ ІIА ГРУПИ. ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА

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:

17Н35СООNa + 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:

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

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