АвтоАвтоматизацияАрхитектураАстрономияАудитБиологияБухгалтерияВоенное делоГенетикаГеографияГеологияГосударствоДомДругоеЖурналистика и СМИИзобретательствоИностранные языкиИнформатикаИскусствоИсторияКомпьютерыКулинарияКультураЛексикологияЛитератураЛогикаМаркетингМатематикаМашиностроениеМедицинаМенеджментМеталлы и СваркаМеханикаМузыкаНаселениеОбразованиеОхрана безопасности жизниОхрана ТрудаПедагогикаПолитикаПравоПриборостроениеПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРадиоРегилияСвязьСоциологияСпортСтандартизацияСтроительствоТехнологииТорговляТуризмФизикаФизиологияФилософияФинансыХимияХозяйствоЦеннообразованиеЧерчениеЭкологияЭконометрикаЭкономикаЭлектроникаЮриспунденкция

Короткі теоретичні відомості. Жорсткість води обумовлена вмістом у ній розчинних солей кальцію, магнію, заліза; нітратів, хлоридів

Читайте также:
  1. IX. У припущенні про розподіл ознаки по закону Пуассона обчислити теоретичні частоти, перевірити погодженість теоретичних і фактичних частот на основі критерію Ястремського.
  2. Азербайджанська Республіка: загальні відомості
  3. Виникнення і природа свідомості
  4. Виникнення і природа свідомості. Свідомість і мова.
  5. Виникнення свідомості
  6. Властивості наукової свідомості людини та систематизація науки
  7. Гідність як категорія моральної свідомості
  8. Деформації правосвідомості
  9. Деякі відомості з історії анатомічної термінології
  10. Ємельянова І. Апеляційний і касаційний перегляд судових рішень в цивільному судочинстві: теоретичні та практичні аспекти // Право України. – 2004.–№2.
  11. Загальні відомості
  12. Загальні відомості

Жорсткість води обумовлена вмістом у ній розчинних солей кальцію, магнію, заліза; нітратів, хлоридів, гідрокарбонатів і ін. Розрізняють жорсткість тимчасову й постійну. Тимчасова жорсткість обумовлена вмістом гідрокарбонатів: Ca(HCO3)2, Mg(HCO3)2, Fe(HCO3)2, постійна – хлоридів, нітратів, сульфатів цих металів: CaCl2, MgCl2, Ca(NO3)2 і ін. Сума постійної й тимчасової жорсткості становить загальну жорсткість:

 

Жзагальна = Жпост. + Жтимчас.

Жорсткість води оцінюється числом міллімоль еквівалентів іонів Ca2+ і Mg2+, що містяться в одному літрі води. Одиниця жорсткості - ммоль/л. Для визначення величини одного ммоля іонів кальцію й магнію використовуються співвідношення:

 

,

де В - стехіометрична валентність кальцію й магнію, що дорівнює 2.

Із цих співвідношень виходить, що один ммоль Ca2+ приблизно дорівнює 20 мг іонів Ca2+, а один ммоль Mg2+ дорівнює 12 мг іонів Mg2+.

Класифікація води по ступені жорсткості наведена в таблиці 4.1.

 

Таблиця 4.1 - Характеристика жорсткості води

Кількість ммоль/л іонів Mg2+ і Ca2+ Характеристика жорсткості води
< 4 м'яка
4 ÷ 8 помірно-жорстка
8 ÷ 12 жорстка
> 12 дуже жорстка

 

Присутність солей кальцію й магнію в значних кількостях робить воду непридатною для багатьох технічних цілей, тому зниження жорсткості або її усунення є важливим завданням. Жорсткість усувається трьома способами: фізичним, хімічним і фізико-хімічним. Суть цих методів полягає у видаленні з води катіонів металів.

Фізичнийспосіб заснований на термічному розкладанні солей:

 

Ca(HCO3)2 → CaCO3↓ + CO2 + H2O

Mg(HCO3)2 → MgCO3↓ + CO2 + H2O

Таким чином, після випадання опадів вміст іонів Ca2+, Mg2+, Fe2+ у воді зменшується. Цей спосіб придатний лише для усунення тимчасової жорсткості води, тому що сульфати, нітрати й хлориди цих металів при нагріванні й кип'ятінні води залишаються в розчині. У промислових масштабах цей метод застосовується в тих випадках, коли вода повинна підігріватися, згідно технології, в інших апаратах.

Хімічнийспосіб заснований на видаленні з води іонів кальцію, магнію, заліза за рахунок переводу їх у важко розчинні сполуки: карбонати, гідроксиди, тетраборати й ін. Для цього до жорсткої води додають реагенти - осаджувателі. Звичайно додають гашене вапно Ca(OH)2. У результаті електролітичної дисоціації вапна



Ca(OH)2 → Ca2+ + 2OH-

зростає РН розчину (води), що призводить до зсуву вуглекислотної рівноваги:

OH- + H2CO3 → HCO3- + H2O,

OH- + HCO3- → CO32- + H2O

 

убік утворення карбонат-іонів. У результаті цього досягається межа розчинності (МР) карбонату кальцію, й він випадає в осад:

 

Ca2+ + CO32- = CaCO3 ; ↓ МР(CaCO3) = 5.10-9 .

Крім того, при збільшенні концентрації ОН- досягається межа розчинності гідроксида магнію й він також випадає в осад:

 

Mg2+ + 2OH- = Mg(OH)2↓; МР(Mg(OH)2= 2.10-11 .

 

Реакції, що протікають при введенні вапна, можна записати в молекулярній формі рівняннями:

Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 = 2CaCO3↓ + 2H2O

Mg(HCO)2 + 2Ca(OH)2 = Mg(OH)2↓ + 2 CaCO3↓ + 2H2O

 

Метод вапнування непридатний для зниження постійної жорсткості. Для цих цілей необхідно вводити добре розчинну сіль, що містить карбонат-іони. Звичайно для усунення постійної жорсткості у воду додають соду Na2CO3, що при дисоціації дає іони CO32-, що зв'язують катіони кальцію (магнію):

Na2CO3 = 2Na+ + CO32-; Ca2+ + З32- = CaCO3

У молекулярній формі це можна записати рівнянням

 

CaSO4 + Na2CO3 = CaCO3↓ + Na2SO4 .

Порівняння значень межі розчинності сульфату кальцію (6.10-6) і карбонату кальцію (5.10-9) показує, що зв'язування іонів кальцію у вигляді CaCO3 є більш міцним. З огляду на те, що ортофосфати ще менш розчинні, ніж карбонати, більш повного усунення жорсткості можна досягти за допомогою реагенту – осаджувателя Na3PO4:

 

3CaSO4 + 2Na3PO4 → Ca3(PO4)2↓ + 3Na2SO4;

МР(Ca3(PO4)2)= 1.10-29

 

Цей процес використовують для «допом’ягчення» води після усунення жорсткості за допомогою вапна або соди.

‡агрузка...

Хімічні методи пом'якшення води громіздкі, пов'язані зі значною витратою реагентів, тому в останні роки широке поширення набув метод іонного обміну.

Фізико-хімічнийспосіб пом'якшення води заснований на використанні іонообмінних смол, у яких іони натрію або водню закріплені на твердій полімерній матриці, здатні заміщатися на катіони Ca2+, Mg2+, Fe2+, що містяться у воді:

 

Na2R + Ca2+ → CaR↓ + 2Na+; RH2 + Ca2+ → CaR↓ + 2H+,

де R2- – радикал полімерного ланцюга.

Через стовпчик, заповнений гранулами катіониту, зверху подають тверду воду, що, проходячи шар катіониту, обмінює катіони, у результаті чого знижується як тимчасова, так і постійна жорсткість.

При готуванні різних водяних розчинів для хімічної обробки кремнію й інших напівпровідників та в нанотехнологіях використовується дуже добре очищена вода. Вона не повинна містити іонів домішок.

Таку воду одержують теж методом деіонізації. Деіонізацію здійснюють пропущенням водопровідної води через циліндри, заповнені іонно-обмінними смолами. Використовують смоли двох типів: катіонітні, які містять іони H+, і аніонітні, які містять іони OH-. При взаємодії води з катіонітною смолою відбувається обмін - іони металів переходять на молекулу смоли, а іон, що звільнився, H+, переходить у воду. Негативні іони кислотних залишків з води осаджуються на молекулах аніоніту, а іон, що звільнився, OH- переходить у воду. Іони H+ і OH-, що перейшли у воду, поєднуються в молекулу води Н2О.

Деіонізована вода має питомий електричний опір 10…20 МОм·см, її чистота — 99,99999 %.

Сучасні установки де іонізації води значно перевершують традиційні дистилятори по якості води, експлуатаційним витратам, в тому числі по споживанню електроенергії.

 


1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |


При использовании материала, поставите ссылку на Студалл.Орг (0.008 сек.)