Augsta ūdens cietība. Ūdens cietības indekss

Cilvēki dažādās valstīs jau ilgu laiku bija vajadzīgi, lai to izlīdzinātu, jo augstā stingrība ir slikta: caurules ir aizsērētas un nav iespējams tos pienācīgi mazgāt. Bet viņi sāka to darīt katrā valstī savā veidā, kas, balstoties uz tradicionālajām mērvienībām un kalcija un magnija jonu noteikšanas metodēm, kā, jo tajā laikā nebija vienotu standartizētu starptautisku vienību.

Ir zināms, ka nekas sliktāks nekā slikti ieradumi - no tiem ir ļoti grūti atbrīvoties! Kafijas literatūrā (lai gan stingrība būtībā nav koncepcija, kas nav no kafijas lauka!) Dažādas valstis joprojām mēra stīvumu grādos un katrā valstī atsevišķi, kas atšķiras no visām citām. Tikai krievu un vācu stingrības pakāpes ir identiskas, patiesas, jau sen atceltas abās šajās valstīs, bet pastāvīgi pastāvēja jēdzienu definīcijā.

PSRS līdz 1952. gadam izmantotās cietības pakāpes sakrita ar vācu. Krievijā normālo kalcija un magnija jonu koncentrāciju, izteiktu miligramos ekvivalenta litrā (mEq / l), izmanto, lai izmērītu stingrību. Viens mEq / l atbilst 20,04 mg Ca2 + uz litru ūdens vai 12,16 miligramiem Mg2 + (atomu masa dalīta ar valenci).

Citās valstīs ir ierasts apzīmēt stīvumu CONDITIONAL grādos:

Vācu grādi (dGH)

1 ° = 1 kalcija oksīda - CaO daļa 100 000 ūdens daļās vai 0,719 daļas magnija oksīda - MgO 100 000 ūdens daļās vai 10 mg CaO 1 litrā ūdens vai 7,194 mg MgO 1 litrā ūdens. dGH (dH) un dKH šobrīd visbiežāk tiek izmantoti akvālismā kā stinguma mērvienība, apzīmējums dGH attiecas uz kopējo cietību, dKH uz karbonātu;

Franču grādi (fh)

1 ° = 1 daļa CaCO3 100 000 daļās ūdens vai 10 mg CaCO 3 1 litrā ūdens;

Amerikāņu grādi (usH)

1 ° = 1 grauds (0,0648 g) CaCO 3 1 galonā (amerikāņu! 3,785 l) ūdens. Sadalot gramus uz litriem, mēs saņemam: 17,12 mg / l caso 3. Tomēr ir vēl viena amerikāņu grāda definīcija: 1 daļa CaCO 3 uz 1 000 000 ūdens daļu (angļu valodas literatūrā koncentrācijas izteiksme kā 1 daļa uz 1 000 000 daļām tiek saukta par ppm - miljons (viena daļa uz miljonu)) un bieži tiek izmantota. tas ir identisks 1 mg / l). Tātad šis 1 amerikāņu grāds = 1 mg CaCO 3 1 litrā ūdens. Tā ir šī amerikāņu grāda vērtība visās tabulās ar pārejas koeficientiem, lai pārvērstu dažas cietības mērvienības uz citām.

Angļu valodas grādi (Clark)

1 ° = 1 gran (0,0648 g) 1 galonu (angļu! 4,546 l) ūdens = 14,254 mg / l CaCO 3.

Jūtieties kā viss nav viegli? Tāpēc es sniegšu tabulu, kas ļaus salīdzināt un pārvērst dažas stingrības pakāpes citiem:

1. tabula

Ūdens cietība ir tradicionāls ūdens spēja reaģēt ar ziepēm: cietais ūdens prasa ievērojamu daudzumu ziepju, lai veidotu putas. Skalas uzkrāšanos karstā ūdens caurulēs, katlos un citās mājsaimniecības ierīcēs izraisa cietais ūdens. Ūdens cietību izraisa polialentu metālu izšķīdušie joni. Svaigā ūdenī galvenie joni, kas rada cietību, ir kalcija un magnija; svarīgi ir arī stroncija, dzelzs, bārija un mangāna joni. Ūdens cietību parasti nosaka, reaģējot ūdenī esošiem daudzvērtīgiem metāla joniem ar helātu veidojošiem līdzekļiem, piemēram, EDTA, un to izsaka kā kalcija karbonāta ekvivalento koncentrāciju. Stīvumu var novērtēt arī, nosakot to veidojošo komponentu individuālās koncentrācijas, kuru summu izsaka kā ekvivalentu kalcija karbonāta daudzumu. Dzeramā ūdens cietības pakāpi klasificē, pamatojoties uz tajā esošajām CaCO 3 koncentrācijām: \\ t

Mīkstas - 0-60 mg / l

Vidējā cietība - 60-120 mg / l

Ciets - 120-180 mg / l

Ļoti grūti - 180 mg / l un vairāk.

Stīvums tiek klasificēts arī, pamatojoties uz ekvivalentām CaO vai Ca (OH) 2 koncentrācijām. SI sistēmā ieteicams izteikt stingrību moolos Ca 2+ uz m 3.

Neskatoties uz to, ka cietību nosaka katjoni, to var uzskatīt arī par karbonātu (vienreiz lietojamu) un ne-karbonātu (konstantu) cietību. Karbonāta cietība norāda karbonātu un bikarbonātu daudzumu šķīdumā, ko var noņemt vai nogulsnēt vārot. Šāda veida stīvums ir atbildīgs par mēroga uzkrāšanos karstā ūdens caurulēs un katlos. Karbonāta cietību izraisa cietības jonu kombinācija ar sulfātiem, hlorīdiem un nitrātiem, un to definē kā “pastāvīgu cietību”, jo to nevar novērst vārot.

Sārmainība kā ūdens buferizācijas indikators ir cieši saistīts ar cietību. Sārmainību galvenokārt izraisa vāju skābju, galvenokārt hidroksīdu, bikarbonātu un karbonātu anjoni vai molekulārās formas; citu ūdens formu, piemēram, borātu, fosfātu, silikātu un organisko skābju klātbūtnē, tie arī nedaudz ietekmē ūdens sārmainības rādītāju. Neatkarīgi no tā, kuras izšķīdušās formas nodrošina ūdens sārmu, to vienmēr izsaka kā ekvivalentu kalcija karbonāta daudzumu.

Gadījumos, kad virszemes ūdeņu sārmainība ir saistīta ar karbonātu un / vai bikarbonātu klātbūtni, tā vērtība parasti ir tuvu cietības vērtībai.

Cietā ūdens izplatīšanās

Galvenie dabiskā ūdens cietības avoti ir nogulumieži, filtrēšana un noteces no augsnes. Cietais ūdens parasti veidojas vietās ar blīvu augsnes virsmu un kaļķainiem veidojumiem. Gruntsūdeņiem parasti raksturīga lielāka stingrība nekā virszemes ūdeņiem. Pazemes ūdeņiem, kas bagāti ar karboksilskābēm, parasti ir augsta šķīdināšanas spēja attiecībā uz augsnēm un akmeņiem, kas satur izmērāmus kalcija, ģipša un dolomīta minerālvielu daudzumus, kā rezultātā cietības līmenis var sasniegt vairākus tūkstošus mg / l.

Galvenie rūpnieciskie stīvuma avoti ir notekūdeņi no uzņēmumiem, kas ražo neorganiskās ķīmiskās vielas un kalnrūpniecības nozari. Kalcija oksīds tiek izmantots būvniecības nozarē kaļķu java, ģipša un citi materiāli. To izmanto arī papīra masas un papīra ražošanā, cukura rafinēšanā, naftas rafinēšanā, miecēšanā, ūdens un notekūdeņu attīrīšanā. Magnija tiek izmantota arī dažādos procesos tekstila, miecēšanas un papīra rūpniecībā. Magnija sakausējumi tiek plaši izmantoti liešanas un štancēšanas ražošanā, pārnēsājamās mašīnās, bagāžas iekārtās un plaša pielietojuma mājsaimniecības produktos. Magnija sāļus izmanto arī metāla magnija, mēslošanas līdzekļu, keramikas, sprāgstvielu un zāļu ražošanā.

Ietekme uz cieto ūdeni veselībai

Kā minēts rakstā par kalciju un magniju, galvenie ūdens cietības faktori ir kalcija un magnija joni. Nav pieejami dati par kaitīgu ietekmi uz veselību, kas īpaši saistīti ar augstu kalcija vai magnija līmeni dzeramajā ūdenī.

Papildus neērtībai mājās, kas rodas, lietojot ūdeni ar augstu cietības pakāpi, var rasties vēl viena neērtība, ja magnijs ir saistīts ar sulfāta jonu, kā rezultātā ūdens iegūst caurejas īpašības.

Kalcija jonu garšas slieksnis dzeramajā ūdenī atšķiras no klātbūtnes anjoniem; magnija jonu garšas slieksnis ir mazāks. Sīkāka informācija par saikni starp ūdens cietību un sirds un asinsvadu slimībām atrodama III daļā, kurā aplūkoti ūdens neorganisko komponentu veselības aspekti. Ieteicamās kalcija un magnija ūdens satura vērtības nav ieteicamas, jo šī vērtība tiek ieteikta vispārējai cietībai, pamatojoties uz estētiskiem apsvērumiem.

Citi aspekti

Mīkstais ūdens ir vairāk pakļauts cauruļu korozijai, un tāpēc dažos smagos metālos, piemēram, varš, cinks, svins un kadmijs, var būt dzeramajā ūdenī izplatīšanas sistēmā. Metālu korozijas un izšķīdināšanas pakāpe ir arī pH, sārmainības un izšķīdušā skābekļa koncentrācijas funkcija. Dažās vietās korozija ir tik spēcīga, ka ūdensapgādes sistēmā ir jāveic īpaši piesardzības pasākumi.

Vietās ar ļoti cietu ūdeni mājokļu caurules var aizsprostoties ar nogulsnēm; cietais ūdens arī veido ēdienu gatavošanas traukus un palielina ziepju patēriņu. Tādējādi cietais ūdens var būt ne tikai nepatīkams, bet arī patērētājam ekonomiski apgrūtinošs. Iedzīvotāju ūdens cietības uztvere dažādās vietās nav vienāda, tā bieži vien ir saistīta ar cietības pakāpi, kuru patērētājs izmanto jau vairākus gadus, un daudzās vietās ūdens ar cietību nerada iebildumus, kas pārsniedz 500 mg / l. Lai gan pieņemamais līdzsvars starp korozijas un mēroga problēmām nodrošina cietības līmeni aptuveni 100 mg CaCO 3 / L.

Kā jūs zināt no skolas ķīmijas kursa, parastais ūdens satur kalcija un magnija jonus. Augsts Ca 2+ un Mg 2+ jonu saturs dod ūdenim negatīvu kvalitāti, ko sauc par stīvums

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

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

Šis process tiek plaši īstenots dabiskos apstākļos, kas noved pie erodēto kaļķakmens noņemšanas uz virszemes ūdeņiem un pēc tam uz jūrām un okeāniem.

Karbonāta (nemainīgs) stīvums  sakarā ar sulfātu, magnija un kalcija hlorīdu klātbūtni ūdenī, kā arī citiem sāļiem (MgS04, MgCl2, CaCl2).

Kopējā cietība = karbonāta (īslaicīga) cietība + nekarbonāta (konstantā) cietība.

Ikdienas dzīvē ikviens var saskarties ar uzdevumu mērīt ūdens cietību mājās. Stīvums nelabvēlīgi ietekmē dažādu procesu kvalitāti, kas izmanto ūdeni ar paaugstinātu stīvumu. Jo zemāks izšķīdušo sāļu daudzums ūdenī, mīkstāks un veselīgāks ūdens. Trauku mazgājamās mašīnas darbība, mazgāšanas pulvera daudzums, ūdens kvalitāte akvārijā, nepieciešamība uzstādīt ūdens mīkstinātāju utt. Kopumā ir daudzi mērķi.

Krievijā cietību mēra “cietības pakāpēs” (1 ° W = 1 mEq / l = 1/2 mol / m3). Ārzemēs tika pieņemtas citas ūdens cietības mērvienības.

Stingruma vienības

1 ° W = 20,04 mg Ca 2+ vai 12,15 Mg 2+ 1 dm 3 ūdens;
1 ° DH = 10 mg CaO 1 dm 3 ūdens;
1 ° Clark = 10 mg CaCO 3 0,7 dm 3 ūdens;
1 ° F = 10 mg CaCO 3 1 dm 3 ūdens;
1 ppm = 1 mg CaCO 3 uz 1 dm 3 ūdens.

Atbilstoši mēroga veidošanās intensitātei tējkannā var izdarīt dažus secinājumus: jo vairāk plāksnes, jo cietāks ir ūdens.

Salīdzinošs kvalitāti secinājumu par ūdens cietību var veikt šādi. Uz stikla slaida lietojiet pilienu lietus, vārītu un vārītu krāna ūdeni. Pēc žāvēšanas uz nokrišņu intensitātes, jūs varat izdarīt secinājumus par ūdens cietību. Lietus ūdens ir mīkstākais, jo praktiski nav kalcija un magnija sāļu. Nogulsnes pēc tvaika iztvaicēšanas ļauj izdarīt secinājumus par kopējo cietību un vārīt vienu - par īslaicīgu cietību.

Bet mājās var precīzi un kvantitatīvi novērtēt ūdens cietību. No organiskās ķīmijas kursa jūs zināt, ka veļas ziepes, tāpat kā jebkura cita, ir grūti ziepējamas cietā ūdenī. Šī metode ir balstīta uz faktu, ka tiklīdz ziepes saistās ar kalcija un magnija sāļu pārpalikumu, parādās ziepes. Lai noteiktu ūdens cietību, jums jāsver 1 grams ziepju, jāsasmalcina un viegli, lai netiktu veidotas putas, izšķīst nelielā daudzumā karstā destilētā ūdenī. Destilētu ūdeni var iegādāties aptiekās vai auto veikalos. To izmanto, lai pievienotu akumulatoram, palielinoties elektrolītu koncentrācijai.

Pēc tam ziepju šķīdumu ielej cilindriskā stiklā un pievieno destilētu ūdeni līdz 6 centimetriem, ja ziepes ir 60% vai līdz 7 centimetriem, ja ziepes ir 72%. Ziepju masa ir norādīta uz joslas. Tagad katra ziepju šķīduma līmeņa centimetrs satur ziepju daudzumu, kas spēj saistīt cietības sāļus, kuru daudzums atbilst 1 ° dH 1 litrā ūdens. Pēc tam litrā burkā ielej pusi litra izpētītā ūdens. Un nepārtraukti maisot, pakāpeniski pievienojiet sagatavoto ziepju šķīdumu no stikla burkā ar testa ūdeni. Sākumā uz virsmas būs tikai pelēkās pārslas. Tad parādīsies daudzkrāsains ziepju burbuļi. Stabilu, baltu ziepju masu izskats liecina, ka visi cietības sāļi pētāmajā ūdenī ir saistīti. Tagad mēs skatāmies uz mūsu stiklu un nosakām, cik centimetru no šķīduma mums bija jāizlej no stikla testa ūdenī. Katrs centimetrs ir piesaistīts pusei ūdens ar vairākiem sāļiem, kas atbilst 2 ° dH. Tādējādi, ja pirms putu parādīšanās ūdenī bija jāiegulda 4 centimetri ziepju šķīduma, tad ūdens cietība ir vienāda ar 8 ° dH.

Ja visu ziepju šķīdumu ielej ūdenī un putas nekad nav parādījušās, tas nozīmē, ka pētāmā ūdens cietība ir lielāka par 12 ° dH. Tādā gadījumā testējamo ūdeni divreiz atšķaida ar destilētu ūdeni. Un mēs atkal analizējam. Tagad stīvuma rezultāts būs jāreizina ar diviem. Iegūtā vērtība atbilst izmeklējamā ūdens cietībai.

Saskaņā ar tabulu jūs varat noteikt pētāmā ūdens kvalitāti:

Ar šo metodi nav iespējams noteikt stingrību ar precizitāti līdz tūkstošdaļai, bet ir pilnīgi iespējams novērtēt vispārējās stingrības strauju novirzi no normas ar precizitāti 1-2 ° dH. 1-2 grādu izkliedes rādījumi ir diezgan pieņemami. Ņemot vērā metodes vienkāršību un pieejamību, to noteikti var veiksmīgi izmantot.

Izmantojot šo metodi, šajā jomā ir iespējams noteikt dažādu ūdens avotu ūdens cietību un veikt interesantu dizaina un izpētes darbu.

Avoti:

1Rudzitis G.E. Ķīmija. Neorganiskā ķīmija. Organiskā ķīmija 9. pakāpe: pētījumi. vispārējai izglītībai. organizācijām uz elektrona. pārvadātājs (DVD): pamata līmenis / G.E. Rudzītis, F.G. Feldmans. - M .: Apgaismība, 2013. - 224 lpp., Ill.