Vispirms noskaidrosim, kāpēc tā ir problēma, ja ūdens ir pārāk ciets. Tā regulārais ūdens patēriņš izraisa akmeņu parādīšanos ekskrēcijas sistēmā. To lietošana vannošanai vai mazgāšanai bieži var izraisīt ādas kairinājumu, īpaši bērniem. Turklāt tas var radīt zināmas neērtības ikdienā: metālu sāļi (kalcijs un magnijs), kas ir atbildīgi par ūdens cietību, var veidot īpašus savienojumus (nešķīstošus) ar ziepēs esošajām taukskābēm.
Eksperimentēsim:
- Ielejiet kolbā ūdeni līdz atzīmei "40".
- Ieliet visus 0,2 m kalcija hlorīda šķīdumu no flakona.
- Paņemiet kurināmā plīti un uzlieciet uz tās sveci. Pēc tam novelciet aizsargcimdus un iededziet sveci. Uzstādiet liesmas difuzoru uz krāsnīm.
- Novietojiet kolbu uz liesmas difuzora. Lūdzu, uzgaidiet 15 minūtes.
- Ielejiet visu 0,3M nātrija bikarbonāta šķīdumu no flakona.
- Pēc tam ūdens kolbā kļūs duļķains.
Kāda ir ūdens cietība?
Pagaiduun pastāvīga ūdens cietība. Kas ir konstante?
Tā ir tik noteikta vērtība, kas atspoguļo dažādu ūdenī izšķīdušo metālu, piemēram, kalcija, mangāna, dzelzs, sāļu daudzumu. Pagaidu cietība (ko var iegūt) un pastāvīgā cietība. Pagaidu žņaugs ir saistīts ar kalcija un magnija bikarbonātu, un pastāvīgais žņaugs ir saistīts ar to sulfātiem un hlorīdiem (CaCl2 un MgCl2). Varam secināt, ka ciets ūdens ir tāds, kurā vienlaikus ir daudz metālu sāļu.
Kad mēs tam pievienojam kalcija hlorīdu, mēs mākslīgi paaugstinām tā cietību. Kā minēts iepriekš, CaCl2 izraisa pastāvīgu nekarbonātu cietību ūdenī. Un viena mūsu eksperimenta daļa parādīja šo faktu: vārot uz sienām nerodas manāmi nokrišņi.
Nātrija bikarbonāta pievienošana NaHCO3 noved pie kalcija bikarbonāta veidošanās šķīdumā:2 NaHCO3 + CaCl 2 =Ca (HCO3)2 + 2NaCl, un Ca (HCO3)2 veidošanās dēļ cietība mūsu ūdens kļūst īslaicīgs - tagad to var noņemt, vārot.
Kāpēc uzkrājas katlakmens un kā to noņemt
Kaļķakmens (vai kaļķa nogulsnes) ir nešķīstošs kalcija karbonāts, kas izgulsnējas kalcija bikarbonāta termiskās sadalīšanās laikā. Lai gan biezais pelēko zvīņu slānis nepadara ēdienu glītāku, tas nekaitē. Turklāt tas var noņemt krāna ūdens pārmērīgo cietību. Turklāt no tējkannām un katliem var viegli noņemt katlakmens, tos tīrot arcitronskābes šķīdums.
Kā mīkstināt ūdeni
Ūdens, kas satur nelielu daudzumu metālu sāļu, ir mīksts. Un cietības ekstrakcijas process to mīkstina. Vienkāršākais veids, kā mīkstināt, kā parādīts mūsu eksperimentā, ir vārīšana. Sildot, kalcija un magnija bikarbonāti tiek termiski sadalīti. Šis process novērš tikai pagaidu (karbonāta) cietību (pastāvīgo ūdens cietību var noņemt ar citām metodēm). Tiek saglabāta nemainīga cietība: ūdens, kas piesātināts ar kalcija hlorīdu CaCl2, vārot neatstāj atlikumus. Destilācija ir cieši saistīta ar šo darbību. Destilācijas procesā iztvaicētais šķidrums kondensējas uz atdzesētās virsmas un tādējādi tiek savākts pilienu veidā. Šādā veidā attīrītu ūdeni sauc par destilētu. Tas nav piemērots dzeršanai, jo tas izskalo no organisma minerālvielas. Tomēr to plaši izmanto zinātnē un rūpniecībā.
Cits veids, kā mīkstināt, ir izmantot reaģentus. Tie pārnes magnija un kalcija jonus formā, kas nešķīst, pievienojot noteiktas ķīmiskas vielas, piemēram, kalcija hidroksīdu (process, ko sauc par kaļķa mīkstināšanu). Tāpat kā vārīšana, kaļķa mīkstināšana tikai noņem karbonātu cietību.
Pastāvīgas ūdens cietības novēršana
Lai iegūtu pastāvīgu (nekarbonātu) cietību, ir nepieciešama dziļāka ūdens mīkstināšana, tāpēc papildus dzēstajiem kaļķiem izmanto karbonātunātrijs.
Vēl efektīvākai metālu jonu noņemšanai tiek izmantoti “lielie lielgabali” – nātrija fosfāts:
Na3PO4:CA3 3Ca2+ + 2Na3PO4 → (PO4)2↓ + 6Na+
3Mg2+ + 2Na3PO4=Mg3(PO4)2=+ 6Na+.
Šīs mīkstināšanas metodes trūkums ir tāds, ka ir nepieciešams precīzi dozēt mums dotos reaģentus. Rūpniecībā visplašāk tiek izmantota ūdens mīkstināšanas tehnoloģija ar jonu apmaiņas sveķiem. Speciālisti izlaiž ūdeni caur filtru, kas aiztur metāla jonus (kalciju, mangānu, dzelzi, magniju). Šīs "ieslodzītās" daļiņas tiek aizstātas ar kālija, nātrija vai ūdeņraža H+ joniem, kas izdalās šķīdumā. Šī metode ir efektīva arī tad, ja jūs traucē pastāvīga ūdens cietība.
Secinājumi: kurš ir labāks?
Kurš ūdens jums ir labāks - ciets vai mīksts? Atbilde ir vienkārša: viss ir labs ar mēru. Ideāls variants ikdienas lietošanai mājās ir vidējas cietības ūdens, kas satur nelielu daudzumu kaitīgu vielu. Pareizais līdzsvars vienmēr ir ceļš uz harmoniju.
