Жёсткость воды и способы её устранения
🧪 Химия · 11 класс
Понятие жёсткости воды
Жёсткость воды — это свойство воды, обусловленное наличием в ней растворённых солей кальция и магния. Чем больше в воде ионов Ca(2+) и Mg(2+), тем выше жёсткость. Жёсткая вода плохо мылится, образует накипь на стенках чайников и котлов, ухудшает вкус продуктов и сокращает срок службы бытовой техники. Поэтому в технике и в быту воду умягчают, то есть снижают её жёсткость.
Виды жёсткости
- Временная (карбонатная) жёсткость вызвана растворёнными гидрокарбонатами кальция и магния, например
Ca(HCO3)2. Она устраняется простым кипячением. - Постоянная (некарбонатная) жёсткость вызвана сульфатами и хлоридами кальция и магния, например
CaSO4иMgCl2. Кипячением её убрать нельзя. - Общая жёсткость — это сумма временной и постоянной жёсткости.
Устранение временной жёсткости
При кипячении гидрокарбонаты неустойчивы и разлагаются. Кальций выпадает в осадок в виде нерастворимого карбоната — это и есть знакомая всем накипь:
Ca(HCO3)2 = CaCO3 (осадок) + H2O + CO2
Временную жёсткость можно убрать и добавлением гашёной извести, которая связывает гидрокарбонаты в нерастворимый карбонат кальция.
Устранение постоянной жёсткости
Постоянную жёсткость убирают химическими реагентами, которые осаждают ионы кальция и магния. Чаще всего применяют кальцинированную соду:
CaSO4 + Na2CO3 = CaCO3 (осадок) + Na2SO4
Можно использовать и ортофосфат натрия, который даёт ещё менее растворимый осадок. Современный промышленный способ — ионообменные смолы, которые при пропускании воды заменяют ионы кальция и магния на безвредные ионы натрия. Такие смолы применяют в бытовых фильтрах и посудомоечных машинах: со временем смолу регенерируют раствором поваренной соли и используют снова.
Жёсткость воды важна не только в быту. На производстве отложения накипи на стенках паровых котлов и труб ухудшают теплопередачу, приводят к перерасходу топлива и даже к авариям. Поэтому воду, поступающую в котельные, обязательно умягчают. В лаборатории жёсткость измеряют титрованием и выражают в особых единицах — миллимолях эквивалента на литр.
| Вид жёсткости | Соли | Способ устранения |
|---|---|---|
| Временная | Гидрокарбонаты | Кипячение, гашёная известь |
| Постоянная | Сульфаты, хлориды | Сода, ортофосфат натрия |
| Общая | Все соли кальция и магния | Ионообменные смолы |
Правило: универсальный реагент для устранения любой жёсткости — карбонат натрия (сода), так как он осаждает кальций и магний из любых их солей. Кипячение же помогает только против временной жёсткости.
Частые ошибки: считают, что кипячение убирает любую жёсткость; путают гидрокарбонат и карбонат; забывают, что причина жёсткости — именно ионы кальция и магния; не отличают временную жёсткость от постоянной.
Кратко о главном
- Жёсткость воды вызвана растворёнными солями кальция и магния.
- Временная жёсткость устраняется кипячением и гашёной известью.
- Постоянная жёсткость убирается содой, ортофосфатом, ионообменными смолами.
- Накипь — это нерастворимый карбонат кальция.
- Сода — универсальный реагент против любой жёсткости.