Жесткость воды и способы ее устранения химия 9 класс сообщение

Обновлено: 02.07.2024

В пещерах спелеологи встречаются с красивейшими известковыми образованьями – свешивающимися со сводов сталактитами и растущими вверх сталагмитами. С точки зрения химии, возникновение этих удивительных творений природы – это жесткость подземных вод. Понятие жесткости воды мы встречаем не только в спелеологии и в геологии, а, вообще, повсеместно – в химии, техники и даже в быту. И поэтому это понятие очень важно для определения качества воды.

Определение жесткости воды

Жёсткость воды - свойство воды (не мылиться, давать накипь в паровых котлах), связанное с содержанием растворимых в ней соединений кальция и магния, это параметр, показывающий содержание катионов кальция, магния в воде.

Жесткость - это особые свойства воды, во многом определяющие её потребительские качества и потому имеющие важное хозяйственное значение. Жесткая вода образует накипь на стенках нагревательных котлов, батареях и пр., чем существенно ухудшает их теплотехнические характеристики. Такой тонкий слой на греющей поверхности вовсе не безобиден, так как продолжительность нагревания через слой накипи, обладающей малой теплопроводностью, постепенно возрастает, дно прогорает все быстрее и быстрее – ведь металл охлаждается с каждым разом все медленнее и медленнее, долго находится в прогретом состоянии. В конце концов, может случиться так, что дно сосуда не выдержит и даст течь. Этот факт очень опасен в промышленности, где существуют паровые котлы

Жесткая вода мало пригодна для стирки. Накипь на нагревателях стиральных машин выводит их из строя, она ухудшает еще и моющие свойства мыла. Катионы Ca 2+ и Mg 2+ реагируют с жирными кислотами мыла, образуя малорастворимые соли, которые создают пленки и осадки, в итоге снижая качество стирки и повышая расход моющего средства, т.е. жесткая вода плохо мылится

Существует два типа жесткости: временная и постоянная. Обусловлено это различие типом анионов, которые присутствуют в растворе в качестве противовеса кальцию и магнию.

Временная жесткость связана с присутствием в воде наряду с катионами Ca 2+ , Mg 2+ и Fe 2+ гидрокарбонатных, или бикарбонатных анионов (HCO₃ - ).

Постоянная жесткость (или некарбонатная) возникает, если в растворе присутствуют сульфатные, хлоридные, нитратные и другие анионы, соли кальция и магния которых хорошо растворимы и так просто не удаляются. Общая жесткость определяется как суммарное содержание всех солей кальция и магния в растворе.

В разных странах существуют свои нормы жесткости для воды. У нас в стране вода классифицируется по жесткости таким образом:

- Мягкая вода с жесткостью менее 3,0 мг-экв/л,

- Средней жесткости – 3,0-6,0 мг-экв/л

- Жесткая – более 6,0 мг-экв/мл.

Методы устранения жесткости.

Чтобы избавиться от временной жесткости необходимо просто вскипятить воду. При кипячении воды, гидрокарбонатные анионы вступают в реакцию с катионами и образуют с ними очень мало растворимые карбонатные соли, которые выпадают в осадок.

С ионами железа реакция протекает сложнее из-за того, что FeCO₃ неустойчивое в воде вещество. В присутствии кислорода конечным продуктом цепочки реакций оказывается Fe(OH)₃ , представляющий собой темно-рыжий осадок. Поэтому, чем больше в воде железа, тем сильнее окраска у накипи, которая осаждается на стенках и дне сосуда при кипячении.

С постоянной жесткостью бороться труднее. Один из вариантов: вымораживание льда. Необходимо просто постепенно замораживать воду. Когда останется примерно 10 % жидкости от первоначального количества, необходимо слить не замершую воду, а лед превратить обратно в воду. Все соли, которые образую жесткость, остаются в не замершей воде.

Еде один способ – перегонка, то есть, испарение воды с последующие ее конденсацией. Так как соли относятся к нелетучим соединениям, они остаются, а вода испаряется.

Но такие методы, как замораживание и перегонка пригодны только для смягчения небольшого количества воды. Промышленность же имеет дело с тоннами. Поэтому используют другие методы. Наиболее широко используется катионообменный способ, основанный на применении специальных реагентов – катионитов, которые загружаются в фильтры и при пропускании через них воды, заменяют катионы кальция и магния на катион натрия.

С последствием жесткости воды - накипью, с точки зрения химии можно бороться очень просто. Нужно на соль слабой кислоты воздействовать кислотой более сильной. Последняя и занимает место угольной, которая, будучи неустойчивой, разлагается на воду и углекислый газ. В состав накипи могут входить и силикаты, и сульфаты, и фосфаты. Но если разрушить карбонатный “скелет”, то и эти соединения не удержатся на поверхности.

В качестве средства для удаления накипи применяются также адипиновая кислота и малеиновый ангидрид, которые добавляются в воду. Эти вещества слабее сульфаминовой кислоты, поэтому для снятия накипи необходимо так же кипячение.

Список литературы :

1. Шпаусус З. Путешествие в мир химии – М.: Просвещение, 1967. – 431с.

2. Харлампович Г.Д. и др. Многоликая химия. – М.: Просвещение, 1992.-159 с.

Вложение	Размер
proektnaya_rabota_zhestkost_vody.rar	844.83 КБ

Предварительный просмотр:

1. Теоретическая часть

1.1. Физические свойства воды

1.2. Вода в природе

1.3. Жёсткость воды, ёе виды, причины возникновения жёсткости воды

1.4. Признаки жесткости воды

1.5. Влияние жёсткости воды на организм человека, бытовую и промышленную технику.

1.6. Способы устранения жёсткости воды.

2. Практическая часть

2.1. Как жёсткость воды связана с геологическим строением территории посёлка Тёткино.

2.2. Определение общей жёсткости воды. Методика выполнения эксперимента

2.3. Результаты анализа на жёсткость проб воды посёлка Тёткино

Вода – великий дар природы, непременная часть всего живого и необходимая составляющая для большинства бытовых и производственных процессов.

Актуальность : ежедневно мы используем воду с самыми разными целями, но не химически чистую – дистиллированную, а природную воду, насыщенную разнообразными растворными веществами. Необходимо знать, какие соли и в каком количестве должна содержаться в природной воде при её использовании в быту и технике.

Проблема проекта: как правильно применять природную воду, содержащую растворённые в ней вещества.

Объектом исследовательского проекта стало явление жёсткости воды, её влияние на жизнедеятельность человека и возможные способы устранения.

Предметом исследования являются пробы природной воды (из водопроводной системы и реки Сейм) пос. Тёткино

Гипотеза : вода, которая используется в быту и на предприятиях посёлка Тёткино, жесткая, что негативно влияет на работу бытовых приборов и промышленного оборудования.

вода, которая используется в водопроводной системе посёлка, артезианская, то есть подземная, вода, используемая промышленными предприятиями посёлка, речная, предположим, что артезианская вода будет более жесткой по сравнению с речной водой.

Цель: выяснить, что такое жёсткость воды, жёсткая ли вода в посёлке, какими способами её можно уменьшить и зачем.

Для реализации поставленной цели были сформулированы следующие задачи:

1. Проанализировать, какие вещества могут содержаться в природной воде и почему.

2. Узнать, что такое жёсткость воды, от чего она зависит, виды жёсткости.

3. Влияние жёсткости воды на работу бытовых приборов и промышленного оборудования.

4. Исследовать способы устранения жесткости воды, подготовить рекомендации по их применению.

Для решения данных задач использовались следующие методы научного познания: эксперимент, наблюдение, сравнение, анализ, расчет.

1. Теоретическая часть

1.1. Физические свойства воды

«Вода, у тебя нет ни вкуса,

ни цвета, ни запаха,

не ведая, что ты такое.

Нельзя сказать, что ты необходима для жизни:

Антуан де Сент-Экзюпери

Вода - уникальнейшее вещество, основа всех живых организмов на планете.

Молекула воды, как мы знаем, состоит из одного атома кислорода и двух атомов водорода. Ее формула записывается так: H 2 O. Данное вещество может иметь три состояния: твердое - в виде льда, газообразное - в виде пара, и жидкое - как субстанция без цвета, вкуса и запаха. Кстати, это единственное вещество на планете, которое может существовать во всех трех состояниях одновременно в естественных условиях. Например: на полюсах Земли - лед, в океанах - вода, а испарения под солнечными лучами - это пар.

Плотность воды составляет примерно 1 г/см 3 . Кипение воды наступает при повышении температуры до 100 0 С, а при падении температуры до 0 0 С жидкость превращается в лед.

У воды есть много очень интересных свойств. Она обладает самой большой на Земле удельной теплоёмкостью – 4200 Дж/кг∙ 0 С. За счет этого вода стабилизирует температуру воздуха на всей нашей планете. Вода - это самое подвижное вещество после воздуха. Электропроводность воды очень мала, а теплопроводность высока и составляет примерно 0,58 Вт/м∙К (Ватт на метр Кельвин). Мы ежедневно используем это свойство воды, сами того не замечая. Например, наливая холодную воду в тару и остужая в ней напитки или продукты. Холодная вода забирает тепло у бутылки, контейнера, взамен отдавая холод, возможна и обратная реакция.

После ртути вода обладает самым высоким значением поверхностного натяжения. Нельзя не заметить, что случайно пролитая на ровной поверхности капля иногда становится внушительным пятнышком. В этом проявляется тягучесть воды. Еще одно свойство проявляется у нее при понижении температуры до четырех градусов. Как только вода остывает до этой отметки, она становится легче. Поэтому лед всегда плавает на поверхности воды и застывает корочкой, покрывая собой реки и озера. Благодаря этому в водоемах, замерзающих зимой, не вымерзает рыба. [1]

Важность этого вещества трудно переоценить. Вода занимает большую часть планеты, образует океаны, моря, реки и прочие водоемы. Она непосредственно участвует в формировании климата и погоды, обеспечивая тем самым определенные условия существования в том или ином уголке планеты.

Для многих организмов она служит средой обитания. Кроме того, практически каждое живое существо в той или иной мере состоит именно из воды. Например, содержание ее в организме человека составляет от 70 до 90 процентов.

1.2. Вода в природе

Вода покрывает 3/4части всей поверхности Земли, также в больших количествах находится в атмосфере и в земной коре.

Водную оболочку земли называют гидросферой. Большую ее часть составляет соленая вода морей и океанов, а меньше - пресная вода озер, рек, ледников, грунтовые воды и водяной пар. В атмосфере нашей планеты вода находится в виде капель малого размера, в облаках и тумане, а также в виде пара. При конденсации выводится из атмосферы в виде атмосферных осадков (дождь, снег, град, роса).

1.3. Жёсткость воды, ёе виды, причины возникновения жёсткости воды

Виды жесткости воды

Общая жесткость. Определяется суммарной концентрацией ионов кальция и магния, выраженная в ммоль/л или моль/кг. Представляет собой сумму карбонатной (временной) и некарбонатной (постоянной) жесткости.

Карбонатная жесткость. Она обусловлена наличием в воде гидрокарбонатов (при рН>8,3, слабо щелочная среда) кальция и магния. Данный тип жесткости почти полностью устраняется при кипячении воды и поэтому называется ещё временной жесткостью.

При кипячении воды происходит следующий процесс:

Са(НСО 3 ) 2 + Mg(НСО 3 ) 2 → СаСО 3 ↓ + MgCO 3 ↓ + 2СО 2 ↑ + 2Н 2 О

Некарбонатная жесткость. Обусловлена присутствием кальциевых и магниевых солей сильных кислот (серной, азотной, соляной) и при кипячении не устраняется (постоянная жесткость).

Различают воду мягкую (общая жёсткость до 2 ммоль/л), средней жёсткости (2 – 10 ммоль/л) и жёсткую (больше 10 ммоль/л). [2]

Жёсткость воды, кроме ммоль/л или моль/кг, могут выражать и в мг-экв/л. Таким образом, 20,04мг кальция [Ca 2+ ] обусловливают 1мг-экв/л кальциевой жёсткости, 12,16мг магния [Mg 2+ ] – 1мг-экв/л магниевой жёсткости. Общую жёсткость воды обычно определяют по формуле:

где [Ca 2+ ] и [Mg 2+ ] – содержание ионов кальция и магния в 1л воды в миллиграммах.

В настоящее время разработаны методы, позволяющие определять общую жёсткость воды без раздельного определения жёсткости по кальцию и магнию; при этом находят сумму миллиграмм-эквивалентов кальция и магния в 1л воды.

При таком определении вода с жёсткостью менее 4мг-экв/л характеризуется как мягкая, от 4 до 8мг-экв/л – как жёсткая, а выше 12мг-экв/л – как очень жёсткая. [3]

Жёсткость воды – совокупность ее химических и физических свойств, связанных с содержанием в ней растворённых солей щёлочноземельных металлов, главным образом, кальция и магния.

Вода с большим содержанием таких солей называется жёсткой, с малым содержанием - мягкой.

По величине общей жёсткости различают:

мягкую воду (до 2 мг-экв/л),
воду средней жёсткости (2-10 мг-экв/л),
жёсткую воду(более 10 мг-экв/л).

По величине общей жёсткости различают воду:

мягкую (до 2 °Ж);
средней жёсткости (2-10 °Ж);
жёсткую (более 10 °Ж).

У одного и того же водоисточника жесткость воды может меняться в течение года. Например, весной, в период паводка, жесткость воды, особенно в поверхностных источниках, уменьшается. А жарким летом в связи с повышенным испарением воды с поверхности водоема, а так же из-за редких дождей жесткость воды, наоборот, увеличивается.

В подземных источниках жесткость воды практически не меняется в течение года, и, как правило, очень высокая (до 80-100 мг-экв/л).

Жёсткая вода при умывании сушит кожу, в ней плохо образуется пена при пользовании мылом. 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. В этом случае отсутствует кислотно-щелочная буферность, которую обеспечивает гидрокарбонатная жёсткость.

В различных информационных источниках можно встретить информацию, что жесткая вода способствует образованию камней в мочеполовой системе, а мягкая увеличивает риск сердечно-сосудистых заболеваний. Многие люди отмечают, что умываясь водой с повышенном содержанием солей, кожа лица становится суше. Однако, достоверных клинических исследований о вреде такой воды на организм человека не существует. Поэтому, вероятнее всего, потребление и использование в быту жёсткой или мягкой воды не является опасным для здоровья.

А вот бытовой технике или водопроводной системе жесткая или мягкая вода может нанести существенный вред.

Нередки случаи, кода чайник или стиральная машина выходят из строя в связи с использованием жесткой воды. Жёсткая вода вызывает появление осадка (накипи) на нагревательных элементах бытовых приборов, стенках котлов, в трубах. Особенно часто это наблюдается при использовании для бытовых и хозяйственных нужд подземных водоисточников.

В то же время, использование слишком мягкой воды может привести к коррозии труб, так как, в этом случае отсутствует кислотно-щелочная буферность, которую обеспечивает гидрокарбонатная жёсткость.

Вкусовые качества воды тоже значительно отличаются друг от друга именно из-за отсутствия или наличия в ней тех или иных солей.

Вот почему родниковая или минеральная вода нам часто очень нравится – она более насыщена солями.

Способы устранения жесткости воды:

Термоумягчение.

Самый доступный и наиболее часто используемый в быту способ. Основан на кипячении воды. В результате термически нестойкие гидрокарбонаты кальция и магния разлагаются с образованием накипи.

Реагентное умягчение.

Метод основан на добавлении в воду различных реагентов, например, кальцинированной соды, гашёной извести или ортофосфата натрия. Последний, часто входит в состав бытовых средств, которые мы используем для предотвращения образования накипи в стиральных, посудомоечных машинах или других бытовых приборах.

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.

Этот метод используется в промышленности.

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 %. Этот метод является дорогостоящим.

Обратноосмотические фильтры часто применяются нами в быту.

Такая вода становится практически дистиллированной.

Электродиализ

Основан на удалении из воды солей под действием электрического поля.

Дистилляция – полностью очищает воду от солей.

Часто, для смягчения воды в быту применяются механические фильтры.

Вы можете изучить и скачать доклад-презентацию на тему Жёсткость воды и способы её устранения. Презентация на заданную тему содержит 14 слайдов. Для просмотра воспользуйтесь проигрывателем, если материал оказался полезным для Вас - поделитесь им с друзьями с помощью социальных кнопок и добавьте наш сайт презентаций в закладки!

Вода, прежде чем попасть в колодец или водопроводную сеть, просачивается сквозь почву и насыщается в ней растворимыми солями. Вода, прежде чем попасть в колодец или водопроводную сеть, просачивается сквозь почву и насыщается в ней растворимыми солями. Природные воды содержат сульфаты и бикарбонаты кальция и магния, т.е. катионы Са2+ и Мg2+, анионы SO42-, CL- и НСО3-. Вода, в которой содержание ионов Са2+ и Mg2+ незначительно, называется мягкой, вода с повышенным содержанием их - жесткой.

Свойства жесткой воды Широко известно, что в жесткой воде мыло плохо мылится, плохо развариваются мясо, овощи, крупы. При стирке тканей жесткой водой образующиеся нерастворимые соединения, которые осаждаются на поверхности нитей и постепенно разрушают волокна.

При питании паровых котлов жесткой водой образуется накипь. Накипь затрудняет нагревание воды, вызывает увеличение расхода топлива, ускоряет изнашивание стенок котла. При питании паровых котлов жесткой водой образуется накипь. Накипь затрудняет нагревание воды, вызывает увеличение расхода топлива, ускоряет изнашивание стенок котла.

Временная или карбонатная жёсткость В воде присутствуют катионы Са2+ и Мg2+, а также анионы НСО3-. Способы устранения: Кипячение Ca(HCO3)2 t= CaCO3↓ + CO2↑+ H2O Mg(HCO3)2 t= MgCO3↓ + CO2↑+ H2O

Способы устранения: 2) добавление известкового молока Са(НСО3)2 + Са(ОН)2 = 2СаСO3↓ + 2Н2O 3) добавление соды Ca(НСО3)2 + Na2CO3 = CaCO3↓ + NaНСО3

Постоянная или некарбонатная жёсткость В воде присутствуют катионы Са2+ и Мg2+, а также анионы SO42-, CL-. Способы устранения: 1) добавление соды CaSO4 + Na2CO3 = CaCO3↓ + Na2SO4 MgSO4 + Na2CO3 = MgCO3↓ + Na2SO4

2) Природную воду, содержащую ионы кальция Са2+ и магния Mg2+, можно смягчить, освободить от этих ионов, заменив их, например, ионами натрия, при помощи ионообмена. Для этого воду на станциях водоочистки пропускают через ионнообменную колонку с катионитом, содержащим подвижные ионы Na+. Ионы кальция и магния удержатся в катионите, а в воду перейдет из катионита эквивалентное количество безвредных ионов натрия: Na+. 2) Природную воду, содержащую ионы кальция Са2+ и магния Mg2+, можно смягчить, освободить от этих ионов, заменив их, например, ионами натрия, при помощи ионообмена. Для этого воду на станциях водоочистки пропускают через ионнообменную колонку с катионитом, содержащим подвижные ионы Na+. Ионы кальция и магния удержатся в катионите, а в воду перейдет из катионита эквивалентное количество безвредных ионов натрия: Na+.

Общая жёсткость В воде присутствуют катионы Са2+ и Мg2+, а также анионы SO42-, CL-, НСО3-. Способы устранения: Устранение путём пропускания через ионообменник 2) Добавление соды

Читайте также: