No Image

Чем отличается временная и постоянная жесткость воды

СОДЕРЖАНИЕ
0 просмотров
10 марта 2020

Жёсткость воды — совокупность химических и физических свойств воды, связанных с содержанием в ней растворённых солей щёлочноземельных металлов, главным образом, кальция и магния (так называемых солей жёсткости).

Содержание

Жесткая и мягкая вода [ править | править код ]

Вода с большим содержанием солей называется жёсткой, с малым содержанием — мягкой. Термин «жёсткая» по отношению к воде исторически сложился из-за свойств тканей после их стирки с использованием мыла на основе жирных кислот — ткань, постиранная в жёсткой воде, более жёсткая на ощупь. Этот феномен объясняется, с одной стороны, сорбцией тканью кальциевых и магниевых солей жирных кислот, образующихся в процессе стирки на макроуровне. С другой стороны, волокна ткани обладают ионообменными свойствами, и, как следствие, свойством сорбировать многовалентные катионы — на молекулярном уровне. Различают временную (карбонатную) жёсткость, обусловленную гидрокарбонатами кальция и магния Са(НСО3)2; Mg(НСО3)2, и постоянную (некарбонатную) жёсткость, вызванную присутствием других солей, не выделяющихся при кипячении воды: в основном, сульфатов и хлоридов Са и Mg (CaSO4, CaCl2, MgSO4, MgCl2).

Жёсткая вода при умывании сушит кожу, в ней плохо образуется пена при использовании мыла. Использование жёсткой воды вызывает появление осадка (накипи) на стенках котлов, в трубах и т. п. В то же время, использование слишком мягкой воды может приводить к коррозии труб, так как, в этом случае отсутствует кислотно-щелочная буферность, которую обеспечивает гидрокарбонатная (временная) жёсткость. Потребление жёсткой или мягкой воды обычно не является опасным для здоровья, однако есть данные о том, что высокая жёсткость способствует образованию мочевых камней, а низкая — незначительно увеличивает риск сердечно-сосудистых заболеваний. [ источник не указан 401 день ] Вкус природной питьевой воды, например, воды родников, обусловлен именно присутствием солей жёсткости.

Жёсткость природных вод может варьироваться в довольно широких пределах и в течение года непостоянна. Увеличивается жёсткость из-за испарения воды, уменьшается в сезон дождей, а также в период таяния снега и льда.

Единицы измерения [ править | править код ]

Для численного выражения жёсткости воды указывают концентрацию в ней катионов кальция и магния. Рекомендованная единица СИ для измерения концентрации — моль на кубический метр (моль/м³), однако, на практике для измерения жёсткости используются градусы жёсткости и миллиграмм-эквиваленты на литр (мг-экв/л).

В СССР до 1952 года использовали градусы жёсткости, совпадавшие с немецкими. В России для измерения жёсткости иногда использовалась нормальная концентрация ионов кальция и магния, выраженная в миллиграмм-эквивалентах на литр (мг-экв/л). Один мг-экв/л соответствует содержанию в литре воды 20,04 миллиграмм Ca 2+ или 12,16 миллиграмм Mg 2+ (атомная масса делённая на валентность).

С 1 января 2014 года в России введён межгосударственный стандарт ГОСТ 31865-2012 «Вода. Единица жёсткости» [1] . По новому ГОСТу жёсткость выражается в градусах жесткости (°Ж). 1 °Ж соответствует концентрации щелочноземельного элемента, численно равной 1/2 его миллимоля на литр (1 °Ж = 1 мг-экв/л).

Иногда указывают концентрацию, отнесённую к единице массы, а не объёма, особенно, если температура воды может изменяться или если вода может содержать пар, что приводит к существенным изменениям плотности.

В разных странах использовались (иногда используются до сих пор) различные внесистемные единицы — градусы жёсткости.

Градус Обозначение Определение Величина
°Ж ммоль/л
Немецкий °dH (deutsche Härte),

°dGH (degrees of general hardness),

°dKH (для карбонатной жёсткости)

1 часть оксида кальция (СаО) или 0,719 частей оксида магния (MgO) на 100 000 частей воды 0,3566 0,1783 Английский °e 1 гран CaCO3 на 1 английский галлон воды 0,2848 0,1424 Французский °TH 1 часть CaCO3 на 100 000 частей воды 0,1998 0,0999 Американский ppm 1 часть CaCO3 на 1 000 000 частей воды 0,0200 0,0100

Читайте также:  Синица длиннохвостая птица фото

По величине общей жёсткости различают воду мягкую (до 2 °Ж), средней жёсткости (2-10 °Ж) и жёсткую (более 10 °Ж).

Жёсткость воды поверхностных источников существенно колеблется в течение года; она максимальна в конце зимы, минимальна — в период паводка (например, жёсткость волжской воды в марте — 4,3 °Ж, в мае — 0,5 °Ж [2] ). В подземных водах жёсткость обычно выше (до 8-10, реже до 15-20 °Ж) и меньше изменяется в течение года.

Методы устранения [ править | править код ]

  • Термоумягчение. Основан на кипячении воды, в результате термически нестойкие гидрокарбонаты кальция и магния разлагаются с образованием накипи:

C a ( H C O 3 ) 2 → o t C a C O 3 ↓ + C O 2 + H 2 O <displaystyle <mathsf <3>)_<2><xrightarrow[<>]<^t>>CaCO_<3>downarrow +CO_<2>+H_<2>O>>>

Кипячение устраняет только временную (карбонатную) жёсткость. Находит применение в быту.

  • Реагентное умягчение. Метод основан на добавлении в воду кальцинированной соды Na2CO3 или гашёной извести Ca(OH)2. При этом соли кальция и магния переходят в нерастворимые соединения и, как следствие, выпадают в осадок. Например, добавление гашёной извести приводит к переводу солей кальция в нерастворимый карбонат:

C a ( H C O 3 ) 2 + C a ( O H ) 2 → 2 C a C O 3 ↓ + 2 H 2 O <displaystyle <mathsf

<3>)_<2>+Ca(OH)_<2>
ightarrow 2CaCO_<3>downarrow +2H_<2>O>>>

Лучшим реагентом для устранения общей жесткости воды является ортофосфат натрия Na3PO4, входящий в состав большинства препаратов бытового и промышленного назначения:

3 C a ( H C O 3 ) 2 + 2 N a 3 P O 4 → C a 3 ( P O 4 ) 2 + 6 N a H C O 3 <displaystyle <mathsf <3Ca(HCO_<3>)_<2>+2Na_<3>PO_<4>
ightarrow Ca_<3>(PO_<4>)_<2>+6NaHCO_<3>>>> 3 M g S O 4 + 2 N a 3 P O 4 → M g 3 ( P O 4 ) 2 ↓ + 3 N a 2 S O 4 <displaystyle <mathsf <3MgSO_<4>+2Na_<3>PO_<4>
ightarrow Mg_<3>(PO_<4>)_<2>downarrow +3Na_<2>SO_<4>>>>

Ортофосфаты кальция и магния очень плохо растворимы в воде, поэтому легко отделяются механическим фильтрованием. Этот метод оправдан при относительно больших расходах воды, поскольку связан с решением ряда специфических проблем: фильтрации осадка, точной дозировки реагента.

  • Катионирование. Метод основан на использовании ионообменной гранулированной загрузки (чаще всего ионообменные смолы). Такая загрузка при контакте с водой поглощает катионы солей жёсткости (кальций и магний, железо и марганец). Взамен, в зависимости от ионной формы, отдаёт ионы натрия или водорода. Эти методы соответственно называются Na-катионирование и Н-катионирование. При правильно подобранной ионообменной загрузке жёсткость воды снижается при одноступенчатом натрий-катионировании до 0,05-0,1 °Ж, при двухступенчатом — до 0,01 °Ж.

В промышленности с помощью ионообменных фильтров заменяют ионы кальция и магния на ионы натрия и калия, получая мягкую воду.

  • Обратный осмос. Метод основан на прохождении воды через полупроницаемые мембраны (как правило, полиамидные). Вместе с солями жёсткости удаляется и большинство других солей. Эффективность очистки может достигать 99,9 %.

Различают нанофильтрацию (условный диаметр отверстий мембраны равен единицам нанометров) и пикофильтрацию (условный диаметр отверстий мембраны равен единицам пикометров). В качестве недостатков данного метода следует отметить:

  • необходимость предварительной подготовки воды, подаваемой на обратноосмотическую мембрану;
  • относительно высокая стоимость 1 л получаемой воды (дорогое оборудование, дорогие мембраны);
  • низкую минерализацию получаемой воды (особенно при пикофильтрации). Вода становится практически дистиллированной.
  • Электродиализ. Основан на удалении из воды солей под действием электрического поля. Удаление ионов растворенных веществ происходит за счёт специальных мембран. Так же как и при использовании технологии обратного осмоса, происходит удаление и других солей, помимо ионов жёсткости.

Полностью очистить воду от солей жёсткости можно дистилляцией.

Электромагниты. Постоянное воздействие (обработка) исходной воды преобразователем солей жесткости в воде серии «ТермоПлюс-М». Под действием электромагнитных волн в диапазоне звуковой частоты (от 1 до 10 000 Гц) бикарбонат кальция, содержащийся в исходной воде, переходит в нерастворимый карбонат кальция. В реакцию вступает 1-2% солей жесткости. При этом карбонат осаждается не на стенках труб и оборудования, а в объеме воды. Этот процесс описывается следующим химическим уравнением: Ca (HCO3)2 = CaCO3 + H2 CO3 бикарбонат = карбонат + угольная кислота. Высвобожденные таким способом положительные и отрицательные ионы соединяются в результате взаимного притяжения, и в воде образуются Арагонитовые (Арагонит — нестабильная фаза карбоната кальция) кристаллы (высокодисперсная взвесь), не образующие накипи. Так как побочным продуктом при образовании арагонитовых кристаллов является углекислый газ, то вода, обработанная таким способом, имеет свойства дождевой воды, т.е. способна растворять в трубопроводе существующие твердые карбонатные отложения.

Читайте также:  Рыжий кот кино

Клиническое значение [ править | править код ]

Постоянное употребление жесткой воды может вызвать нарушение минерального баланса организма (например, моче- или почечнокаменную болезнь) [ источник не указан 1835 дней ] .
Использование жесткой воды для питания и купания новорожденных увеличивает риск атопического дерматита и/или экземы у детей. Средний возраст первых симптомов — 3 мес. Причем появление экземы запускает механизм развития аутоаллергии по цепочке «атопический марш»: от экземы к пищевой аллергии и астме. [3]

Жесткость аквариумной воды во многом определяет самочувствие обитателей аквариума и его нормальное функционирование.
Для каждого живого существа, обитающего в воде, есть определенный диапазон жесткости воды, в котором оно (существо) хорошо себя чувствует и способно нормально нормально жить и размножаться.

Жесткость воды определяется содержанием в ней растворенных солей кальция, магния и некоторых других элементов периодической таблицы (например – железа и алюминия, но их влияние пренебрежимо мало). Это в общем. А вот дальше – несколько сложнее…
Дело в том, что жесткость бывает постоянная (некарбонатная) и временная (карбонатная). А еще – общая, равная их сумме.

Постоянная жесткость (обозначается – GH) обусловлена содержанием в воде сульфатов, хлоридов, сульфатов и некоторых других солей кальция и магния. При нагревании они в осадок не выпадают. Именно некарбонатная жесткость является определяющей и влияет на пригодность воды для жизни в ней животных и растений.

Карбонатная жесткость (обозначается – KH) зависит от содержания в воде карбонатов и гидрокарбонатов тех же кальция и магния. Именно этим веществам мы обязаны появлению накипи в чайнике и белого налета на стенках аквариума при испарении воды.
Кипячение воды и удаление осадка устраняет эти соли, именно поэтому карбонатная жесткость называется временной.
Именно временная жесткость определяет буферные свойства воды и препятствует резким колебаниям уровня pH (об этом мы говорили в материале о кислотности воды ).

Для численного выражения жесткости используют концентрацию ионов кальция и магния. Химики пользуются для этого единицы моль/м 3 или моль/литр. В аквариумистике же принято использовать градусы жесткости. 1 градус равен 0.3566 ммлоь/литр. Обозначаются градусы жесткости – dGH, dKH, dH для постоянной, временной и общей жесткости соответственно.

Принято следующее деление воды на степени жесткости:

  • 0-4 dGH очень мягкая вода
  • 4-8 dGH мягкая вода
  • 8-12 dGH вода средней жесткости
  • 12-18 dGH вода умеренной жесткости
  • 18-30 dGH жесткая вода

Аквариумисты определяют жесткость воды с помощью специальных тестов – жидких или индикаторных полосок. Здесь следует обратить внимание на две вещи.
Во-первых, узнать значение KH как таковое с помощью этих тестов невозможно, т.к. им (тестам) все равно, с какими именно ионами реагировать – карбонатами, гидрокарбонатами и т.д. Поэтому тест на KH скорее показывает некую численную характеристику буферной способности воды . Собственно, именно это и нужно знать аквариумисту.
А во-вторых, если на тестах указано, что измеряют они GH, то речь идет именно о постоянной жесткости, а не об общей. Иногда эти понятия путают. Но не производители тестов.

Уф, с теорией, вроде, все…
Перейдем теперь к практике. Прежде чем говорить о том, как изменить жесткость воды, еще раз позволю себе напомнить, что изменения любых параметров воды в аквариуме должны происходить плавно, без резких скачков. Отностится это и к жесткости.

Читайте также:  Где появились собаки

Увеличить жесткость легче, чем уменьшить.
Для увеличения KH на 4 градуса dKH требуется одна чайная ложка пищевой соды на 50 литров воды.
Для увеличения GH требуется две чайные ложки карбоната кальция на 50 литров воды. Помните, что при этом на 4 градуса увеличивается и KH.
Ну и конечно, увеличивают жесткость воды положенные в аквариум ракушки. В этом случае чтобы при подмене воды не пропал эффект стоит добавить ракушек и в банку с отстаиваемой водой.

Для уменьшения жесткости можно использовать кипяченую воду (уменьшает KH), дистиллированную воду (уменьшает как KH, так и GH).
Также для уменьшения жесткости используют специальные осмотические фильтры и торфование воды. Для креветок, как я где-то читал (хотя сам не экспериментировал), торфование использовать не рекомендуется.

Но самым, наверное, доступным способом снижения жесткости воды является вымораживание. Для этого воду наливают в посуду с большой площадью и замораживают. Но не всю, а половину (т.е. процесс заморозки нужно вовремя остановить). Оставшуюся воду сливают, а лед растапливают. Жесткость воды, полученной из льда будет 2-3 градуса.

Аквариумистика — аквариум новичкам, аквариум любителям, аквариум профессионалам

Самое читаемое

Жесткость воды — это ее свойство, зависящее от наличия в ней, главным образом, растворенных солей кальция и магния. Суммарное содержание этих солей называют общей жесткостью. Это один из важнейших параметров пресной воды, напрямую влияющий на жизнедеятельность и разведение рыб и растений. Пресные воды сильно отличаются по жесткости.

Общая жесткость воды образуется из двух составляющих: карбонатной (временной), обусловленной концентрацией гидрокарбонатов (и карбонатов при рН 8,3) кальция и магния, и некарбонатной (постоянной), обусловленной концентрацией в воде кальциевых и магниевых солей сильных кислот.

Соли жесткости имеют разные свойства. Так, при нагреве воды, некоторые из них выпадают в осадок в виде накипи, а некоторые — не выпадают. По этому признаку их начали разделять. Соли, выпадающие в осадок, стали называть солями временной (или устранимой) жесткости, а соли, которые не выпадают в осадок при нагреве воды, солями постоянной жесткости.

Временная жесткость характеризуется присутствием в воде наряду с катионами Ca2+, Mg2+ и Fe2+ гидрокарбонатных, или бикарбонатных анионов (HCO3-). При кипячении воды гидрокарбонаты разлагаются, образуя очень плохо растворимый карбонат кальция, углекислый газ и воду:

Ca2+ + 2HCO3- = CaCO3↓ + H2O + CO2↑

Таким образом, временную жесткость можно уменьшить или полностью устранить путем длительного кипячения, поэтому она и «временная». Соли жесткости, выпадающие в осадок, это соединения щелочноземельных металлов и слабых кислот.

Жесткость, сохраняющаяся в воде после кипячения, называется постоянной. Ее образуют сульфаты, хлориды, нитраты, силикаты и фосфаты, и ее значение нельзя уменьшить, прокипятив воду. Соли, которые не создают накипи, но влияют на общую жесткость воды, являются соединениями щелочноземельных металлов с сильными кислотами, такими как серная, соляная, азотная, плавиковая и другие.

С изменением или устранением временной жесткости снижается и общая жесткость воды. Поэтому показатель жесткости столь же непостоянен, как и другие показатели воды.

Таким образом, общая жесткость воды складывается из постоянной и временной. Для аквариумиста имеет значение временная (карбонатная) жесткость кН и общая gH жесткость, являющаяся суммой временной и постоянной жесткости.

Жесткость — это свойство воды, обусловленное количеством растворенных в ней катионов металлов. Она напрямую влияет на все процессы, происходящие в биотопе. Общая жесткость состоит из временной и постоянной. Временная жесткость обусловлена концентрацией гидрокарбонатов кальция и магния. Постоянная — концентрацией в воде кальциевых и магниевых солей сильных кислот.

Комментировать
0 просмотров
Комментариев нет, будьте первым кто его оставит

Это интересно
No Image Животные
0 комментариев
No Image Животные
0 комментариев
No Image Животные
0 комментариев
No Image Животные
0 комментариев
Adblock detector