Visoka tvrdoća vode. Indeks tvrdoće vode

Ljudi u različitim zemljama dugo su dolazili u potrebu da ga objedine, jer je velika rigidnost loša: cijevi su začepljene i nemoguće ih je dobro oprati. Ali oni su to počeli u svakoj zemlji na svoj način, na koji način, na osnovu tradicionalnih mjernih jedinica i metoda za određivanje kalcija i magnezijuma, jer u to vrijeme nije bilo jedinstvenih standardiziranih međunarodnih jedinica.

Poznato je da nema ništa gore od loših navika - vrlo ih je teško riješiti! U literaturi o kafi (iako je rigidnost u suštini koncept koji nije iz oblasti kafe!), Različite zemlje još uvijek mjere krutost u stupnjevima, au svakoj zemlji u svojoj, različite od svih drugih. Samo ruski i nemački stepeni rigidnosti su identični, istiniti, davno ukinuti u obje ove zemlje, ali tvrdoglavo postoje u definiciji pojmova.

U SSSR-u, do 1952. godine, stepeni tvrdoće su se podudarali sa nemačkim. U Rusiji se normalna koncentracija iona kalcijuma i magnezijuma, izražena u miligramima ekvivalenta po litru (mEq / l), koristi za mjerenje krutosti. Jedan mEq / l odgovara sadržaju od 20,04 miligrama Ca2 + po litru vode ili 12,16 miligrama Mg2 + (atomska masa podijeljena s valencijom).

U drugim zemljama, uobičajeno je označavati krutost u USLOVNIM stepenima:

Nemački stepeni (dGH)

1 ° = 1 dio kalcijevog oksida - CaO u 100.000 dijelova vode, ili 0.719 dijelova magnezij oksida - MgO u 100.000 dijelova vode, ili 10 mg CaO u 1 litri vode, ili 7.194 mg MgO u 1 litri vode. dGH (dH) i dKH se trenutno najčešće koriste u akvarizmu kao jedinica za mjerenje krutosti, oznaka dGH se odnosi na ukupnu tvrdoću, dKH na karbonat;

Francuski stepeni (fh)

1 ° = 1 dio CaCO 3 u 100.000 dijelova vode, ili 10 mg CaCO 3 u 1 litri vode;

Američki stepeni (usH)

1 ° = 1 zrno (0,0648 g) CaCO 3 u 1 galonu (američki 3,785 l) vode. Deljenje grama po litru dobijamo: 17,12 mg / l kaso 3. Međutim, postoji još jedna definicija američkog stepena: 1 dio CaCO 3 na 1.000.000 dijelova vode (u literaturi na engleskom jeziku izraz koncentracije kao 1 dio na 1.000.000 dijelova naziva se ppm - dio na milijun (jedan dio na milijun) i često se koristi. identičan je 1 mg / l). Dakle, ovaj 1 američki stepen = 1 mg CaCO 3 u 1 litri vode. Upravo je ta vrijednost američkog stupnja usvojena u svim tablicama s prijelaznim koeficijentima za pretvaranje nekih jedinica mjerenja rigidnosti u druge.

Engleski stepeni (Clark)

1 ° = 1 gran (0,0648 g) u 1 galon (engl. 4,546 l) vode = 14,254 mg / l CaCO 3.

Osjećaš se kao da sve nije lako?! Zato ću dati tabelu koja vam omogućava da uporedite i prevedete neke stepene rigidnosti na druge:

Tabela 1

Tvrdoća vode je tradicionalna mera sposobnosti vode da reaguje sa sapunom: tvrda voda zahteva značajnu količinu sapuna da bi se dobila pena. Nanošenje kamenca u cijevima za toplu vodu, kotlovima i drugim kućanskim aparatima uzrokovano je tvrdom vodom. Tvrdoća vode uzrokovana je otopljenim ionima polivalentnih metala. U slatkoj vodi, glavni ioni koji uzrokuju tvrdoću su kalcij i magnezij; joni stroncijuma, gvožđa, barija i mangana su takođe važni. Tvrdoća vode se obično određuje reakcijom polivalentnih jona metala prisutnih u vodi sa helatnim agensima, na primer, EDTA, i izražava se kao ekvivalentna koncentracija kalcijum karbonata. Krutost se takođe može procijeniti određivanjem pojedinačnih koncentracija komponenata koje ga formiraju, čiji je zbroj izražen u ekvivalentnoj količini kalcijevog karbonata. Stupanj tvrdoće vode za piće klasificira se na osnovu ekvivalentnih koncentracija CaCO 3 u njoj, kako slijedi:

Soft - 0-60 mg / l

Prosečna tvrdoća - 60-120 mg / l

Tvrdo - 120-180 mg / l

Vrlo teško - 180 mg / l i više.

Krutost se takođe klasifikuje na osnovu ekvivalentnih koncentracija CaO ili Ca (OH) 2. U SI sistemu se preporučuje izražavanje krutosti u molovima Ca 2+ po m 3.

Uprkos činjenici da se tvrdoća određuje kationima, može se smatrati i karbonatnom (jednokratnom) i nekarbonatnom (konstantnom) tvrdoćom. Karbonatna tvrdoća označava količinu karbonata i bikarbonata u rastvoru, koji se mogu ukloniti ili istaložiti ključanjem. Ova vrsta krutosti odgovorna je za taloženje vage u cijevima za toplu vodu i kotlovima. Nekarbonatnu tvrdoću izaziva kombinacija tvrdoće iona sa sulfatima, hloridima i nitratima i definiše se kao „trajna tvrdoća“, jer se ne može eliminisati ključanjem.

Alkalnost, kao indikator puferiranja vode, usko je povezana sa tvrdoćom. Alkalnost je uglavnom uzrokovana anionima ili molekularnim oblicima slabih kiselina, uglavnom hidroksida, bikarbonata i karbonata; u prisustvu drugih oblika vode, kao što su borati, fosfati, silikati i organske kiseline, oni takođe daju mali doprinos indikatoru alkalnosti vode. Bez obzira na to koje otopljene forme osiguravaju alkalnost vode, ona se uvijek izražava kao ekvivalentna količina kalcijevog karbonata.

U slučajevima kada je alkalnost površinskih voda zbog prisustva karbonata i / ili bikarbonata, njegova vrijednost je obično blizu vrijednosti tvrdoće.

Širenje tvrde vode

Glavni prirodni izvori tvrdoće vode su sedimentne stijene, filtriranje i otjecanje iz tla. Tvrda voda se obično formira u područjima sa gustim površinskim slojem i vapnenastim formacijama. Podzemnu vodu obično karakteriše veća krutost od površinskih voda. Podzemne vode bogate karboksilnim kiselinama obično imaju visoku sposobnost rastvaranja u odnosu na tla i stijene koje sadrže mjerljive količine minerala kalcita, gipsa i dolomita, zbog čega tvrdoća može doseći nekoliko tisuća mg / l.

Glavni industrijski izvori krutosti su otpadne vode iz preduzeća koja proizvode neorganske hemikalije i rudarsku industriju. Kalcijum oksid se koristi u građevinarstvu u krečnom malteru, gipsu i drugim materijalima. Koristi se iu proizvodnji papirne pulpe i papira, rafinaciji šećera, preradi nafte, štavljenju, tretmanu vode i otpadnih voda. Magnezijum se takođe koristi u raznim procesima u tekstilnoj, kožarskoj i papirnoj industriji. Magnezijum legure se široko koriste u proizvodnji livnica i štancanja, prenosivim mašinama, opremi za prtljagu i proizvodima za domaćinstvo široke primene. Magnezijumove soli se takođe koriste u proizvodnji metalnog magnezijuma, đubriva, keramike, eksploziva i lekova.

Utjecaj na tvrdu vodu na zdravlje

Kao što je navedeno u članku o kalcijumu i magnezijumu, glavni faktori koji određuju tvrdoću vode su joni kalcijuma i magnezijuma. Podaci o štetnim uticajima na zdravlje koji su posebno povezani sa visokim nivoima kalcijuma ili magnezijuma u vodi za piće nisu dostupni.

Pored nelagodnosti u domaćinstvu koja proizlazi iz upotrebe vode sa visokim stepenom tvrdoće, može se pojaviti još jedna moguća neugodnost kada se magnezijum veže za sulfatni ion, zbog čega voda dobija laksativna svojstva.

Prag ukusa kalcijum jona u vodi za piće varira od prisutnih aniona; za magnezijum-jon, prag ukusa je manji. Dalji detalji u vezi odnosa tvrdoće vode i kardiovaskularnih bolesti mogu se naći u III delu, gde se razmatraju zdravstveni aspekti neorganskih komponenti vode. Ne preporučuju se preporučene vrednosti sadržaja kalcijuma i magnezijuma, jer se ova vrednost preporučuje za opštu tvrdoću na osnovu estetskih razloga.

Drugi aspekti

Meka voda je sklonija da izazove koroziju cevi, i kao rezultat toga, neki teški metali, kao što su bakar, cink, olovo i kadmijum, mogu biti prisutni u vodi za piće u distributivnom sistemu. Stepen korozije i rastvaranje metala je takođe funkcija pH, alkaliteta i koncentracije rastvorenog kiseonika. U nekim lokalitetima, korozija je toliko jaka da se moraju poduzeti posebne mjere predostrožnosti u vodovodnom sistemu.

U oblastima sa veoma tvrdom vodom, kućne cevi mogu biti začepljene sa deponovanom skalom; tvrda voda takođe formira ološ na posuđu i povećava potrošnju sapuna. Dakle, tvrda voda može biti ne samo neugodna, već i ekonomski opterećujuća za potrošača. Percepcija tvrdoće vode od strane stanovništva nije ista na različitim lokalitetima, često je povezana sa tvrdoćom koju je potrošač koristio već niz godina, au mnogim lokalitetima voda sa tvrdoćom ne izaziva više od 500 mg / l. Iako, prihvatljiva ravnoteža između problema korozije i skale osigurava nivo tvrdoće od približno 100 mg CaCO 3 / L.

Kao što znate iz školskog kursa hemije, obična voda sadrži ione kalcijuma i magnezijuma. Visok sadržaj iona Ca 2+ i Mg 2+ daje vodi negativan kvalitet, nazvan krutost

CaCO 3 + CO 2 + H 2 O = Ca (HCO 3) 2

MgCO 3 + CO 2 + H 2 O = Mg (HCO 3) 2

Ovaj proces se široko sprovodi u prirodnim uslovima, što dovodi do uklanjanja erodiranog krečnjaka u površinske vode, a zatim u mora i okeane.

Nekarbonatna (konstantna) krutost  zbog prisustva sulfata, hlorida magnezijuma i kalcijuma u vodi, kao i drugih soli (MgSO 4, MgCl 2, CaCl 2).

Ukupna tvrdoća = karbonatna (privremena) tvrdoća + nekarbonatna (konstantna) tvrdoća.

U svakodnevnom životu svatko se može suočiti sa zadatkom mjerenja tvrdoće vode kod kuće. Krutost negativno utiče na kvalitet različitih procesa koji koriste vodu sa povećanom krutošću. Što je manji procenat otopljenih soli u vodi, voda je mekša i zdravija. Operacija u perilici posuđa, količina praška za pranje, kvalitet vode u akvarijumu, potreba za instaliranjem omekšivača vode, itd. Generalno, ima mnogo ciljeva.

U Rusiji se tvrdoća mjeri u "stupnjevima tvrdoće" (1 ° W = 1 mEq / l = 1/2 mol / m3). U inostranstvu su usvojene i druge jedinice mjerenja tvrdoće vode.

Jedinice krutosti

1 ° W = 20.04 mg Ca 2+ ili 12.15 Mg 2+ u 1 dm 3 vode;
1 ° DH = 10 mg CaO u 1 dm 3 vode;
1 ° Clark = 10 mg CaCO 3 0,7 dm 3 vode;
1 ° F = 10 mg CaCO 3 u 1 dm 3 vode;
1 ppm = 1 mg CaCO 3 na 1 dm 3 vode.

Prema intenzitetu formiranja skale u kotliću, mogu se izvući određeni zaključci: što je više plaka, to je voda tvrđa.

Uporedni kvalitet zaključak o tvrdoći vode može se izvesti na sledeći način. Na staklenu posudu nanesite kap kiše, kuvanu i kuvanu vodu iz slavine. Nakon sušenja na intenzitetu padavina, možete donijeti zaključak o tvrdoći vaše vode. Kišnica je najmekša, jer praktično nema soli kalcijuma i magnezijuma. Precipitat nakon isparavanja nekuhane vode omogućava da se zaključi o ukupnoj tvrdoći, a kuhanoj - o privremenoj tvrdoći.

Ali kod kuće možete precizno i ​​kvantitativno procijeniti tvrdoću vode. Iz tijeka organske kemije znate da je sapun za pranje rublja, kao i svaki drugi, teško sapunast u tvrdu vodu. Ova metoda se zasniva na činjenici da čim se sapun veže za višak soli kalcijuma i magnezijuma, pojavljuje se sapunica. Da bi se utvrdila tvrdoća vode, potrebno je da vagate jedan gram sapuna, samljeti ga i nježno, tako da se ne formira pjena, rastopiti u maloj količini vruće destilirane vode. Destiliranu vodu možete kupiti u apotekama ili u auto-prodavnicama. Koristi se za dodavanje baterije kada se koncentracija elektrolita poveća.

Zatim sipajte rastvor sapuna u cilindrično staklo i dodajte destilovanu vodu do nivoa od 6 centimetara, ako je sapun 60% ili do nivoa od 7 centimetara, ako je sapun 72%. Procenat sapuna je prikazan na traci. Sada svaki centimetar nivoa sapunskog rastvora sadrži količinu sapuna sposobnog za vezivanje tvrdoće soli, čija količina odgovara 1 ° dH u 1 litri vode. Zatim, u litarsku posudu ulijte pola litre istražene vode. I stalno miješajući, postepeno dodajte otopinu sapuna iz stakla u posudu sa testnom vodom. U početku će samo sive pahuljice biti na površini. Tada će se pojaviti multi-boji mjehurići sapuna. Pojava stabilne sapunske smese ukazuje na to da su sve soli tvrdoće u ispitanoj vodi povezane. Sada pogledamo našu čašu i utvrdimo koliko centimetara otopine smo morali izliti iz stakla u testnu vodu. Svaki centimetar vezao je na pola litre vode niz soli, što odgovara 2 ° dH. Tako da, ako ste morali da sipate 4 cm sapunske otopine u vodu prije nego se pojavila pjena, tada je tvrdoća vode jednaka 8 ° dH.

Ako se sav sapun otopi u vodi, a pjena se nikada nije pojavila, to znači da je tvrdoća ispitivane vode veća od 12 ° dH. U tom slučaju, ispitna voda se dva puta razrijedi destiliranom vodom. I opet analiziramo. Sada će rezultat krutosti morati biti pomnožen sa dva. Rezultirajuća vrijednost će odgovarati tvrdoći ispitivane vode.

Prema tabeli možete odrediti kvalitet istraživane vode:

Ovom metodom nije moguće utvrditi krutost sa preciznošću od hiljaditi deo stepena, ali je sasvim moguće proceniti oštar odlazak ukupne krutosti od norme sa preciznošću od 1-2 ° dH. Očitavanje od 1-2 stepena je sasvim prihvatljivo. S obzirom na jednostavnost i dostupnost metode, ona se sigurno može uspješno primijeniti.

Koristeći ovu metodu, moguće je na terenu procijeniti tvrdoću vode iz različitih izvora vode i obaviti zanimljiv dizajn i istraživački rad.

Izvori:

1Rudzitis G.E. Chemistry. Neorganska hemija. Organic Chemistry. 9 razred: studije. za opšte obrazovanje. organizacije sa na elektron. nosilac (DVD): osnovni nivo / G.E. Rudzitis, F.G. Feldman. - M .: Prosvjetljenje, 2013. - 224 str., Ill.