Постоянная жесткость воды: Что такое жесткость воды и на что она влияет? — интересные статьи — Magicwaters

Что такое жесткость воды и на что она влияет? — интересные статьи — Magicwaters

Различают три вида жесткости воды:
• общая жесткость
• постоянная жесткость
• временная жесткость

Общая жесткость представляет собой сумму временной и постоянной жесткости воды.
Постоянная жесткость воды считают по наличию кальциевых и магниевых солей соляной, серной, азотной кислот, т.е. сильных кислот. Такие соли при кипячении воды не выпадают в осадок и не кристаллизуются в виде накипи. Временная жесткость воды – считается по наличию в воде карбонатов и гидрокарбонатов кальция и магния, которые при кипячении и показателях рН > 8,3 практически полностью выпадают в хлопьевидный осадок, кристаллизуются в виде накипи или образуют пленку на поверхности воды.

Как соли кальция и магния попадают в природную воду? Ведь вода, выпадающая в виде осадков (снег, дождь, град), и талая вода не содержат солей? Соли попадают в воду из породы, богатой известняками, гипсами или доломитами, залегающими в толщах земли. Это основные поставщики солей в воду. Однако геологи полагают, что выветривание горных пород тоже может оказывать влияние на карбонатную жесткость воды.

Какая же вода считается жесткой, а какая – мягкой?

Согласно методам определения жесткости воды по гидрохимии, считается, что:
0-4 мг-экв./л мягкая вода
4-8 мг-экв./л вода средней жесткости
8-12 мг-экв./л жесткая вода
> 12 мг-экв./л очень жесткая вода
Это касается оценки общей минерализации воды.
Российский СанПиН определяет для питьевой воды предельно допустимые концентрации 0-7 мг-экв/л.

Специалисты в области фильтрации условно делят жесткость питьевой воды так:
0-1,5 мг-экв/л – мягкая вода
1,5-2 мг-экв/л – оптимальная питьевая вода
2-5 мг-экв/л – жесткая вода
5-7 мг-экв/л – сверхжесткая вода
Больше 7 мг-экв/л – не питьевая вода, за пределами рекомендованных значений.

Природная вода бывает поверхностной и подземной.
Поверхностная вода имеет меньшую жесткость за счет разбавления осадками и талыми водами. Поверхностные воды имеют существенные сезонные колебания показателей общей жесткости воды.
Подземные воды имеют более постоянный состав, и обычно имеют большие показатели по общей жесткости воды, чем поверхностные воды.

Состав питьевой воды должен быть оптимален по количеству солей жесткости.
При избытке солей возникает риск развития мочекаменной болезни, заболеваний костей, суставов. Если солей в воде будет слишком мало, соли будут вымываться из организма, кости приобретут большую ломкость, возрастает риск заболеваний суставов и сосудов.
Пониженный уровень жесткости воды также приводит к риску сердечно-сосудистых заболеваний за счет вымывания солей из организма. Это подтверждает статистика по странам Европы и Северной Америки, исследования в российских регионах с разными средними показателями по жесткости воды.

Жесткая же вода, напротив, образует накипь, которая приводит к уменьшению сроков службы бытовой техники, порче водонагревательного и сантехническое оборудования.

Неожиданным фактом стало то, что вода с уровнем жесткости меньше 2 мг-экв/л оказывает более сильное коррозийное воздействие на водопроводные трубы, нежели жесткая вода. Это связано с тем, что она имеет более низкую щелочность.
Поэтому, в ряде случаев, особенно в теплоэнергетике, приходится добавлять соли карбонатов в водопроводную воду для достижения оптимального соотношения между коррозионной активностью воды, ее водородного показателя и содержания солей кальция и магния.

В настоящее время ряд специалистов, ссылающиеся на данные ВОЗ, утверждают, что имеющаяся статистика не позволяет однозначно считать мягкую и жесткую воду опасной для здоровья человека. Но имеющиеся данные о сердечно-сосудистых заболеваниях четко коррелируются с жесткостью воды в регионе, а отсутствие нормативной доказательной базы на уровне Всемирной Организации Здравоохранения не означает, что нужно пренебрегать качеством питьевой воды и не регламентировать показатели жесткости — соли кальция и магния, тем более что даже бытовая техника очень чувствительна к этим показателям, и требует добавления в воду соответствующих реагентов.
На сайте Мосводоканала есть таблица перевода жесткости воды в единицы других стран, позволяющая рассчитать необходимое количество смягчающих реагентов, которые нужно добавлять в воду согласно инструкциям к бытовым приборам.
Калькуятор жёсткости воды

Жесткость воды. Причины, последствия, значение.

   Жесткость воды — это совокупность физических и химических свойств воды, связанных с содержанием в ней растворенных солей щелочноземельных металлов (преимущественно кальция и магния).

   Повышенная жесткость означает повышенное содержание растворов этих солей. Этот термин имеет вполне бытовое происхождение. Одежда, выстиранная в жесткой воде с помощью мыла (на основе жирных кислот) приобретала жесткость на ощупь. Связано это с тем, что ткань впитывает кальциевые и магниевые соли жирных кислот, которые образуются при стирке в жесткой воде.

   Источнико жесткости воды — горные породы (известняки, доломиты), через которые проходят грунтовые воды и насыщаются растворимыми элементами.

   Под жесткость воды обычно подразумевают общую жесткость, которая делится на временную и постоянную.

   Временная жесткость воды называется карбонатной. Она связана с наличием гидрокарбонатов кальция и магния в воде.    Она и правда носит временный характер и ликвидируется нагревом воды.

   Постоянная жесткость воды обусловлена наличием сульфатов, хлоридов, силикатов, нитратов и фосфатов кальция и магния.

   Жесткость воды выражается в гражусах жесткость или в ммоль экв/л.

   Мягкой считается воды с наличием примесей до 2 ммоль экв/л.

   Вода средней жесткости содержит примесей в количестве от 2 до 10 ммоль экв/.л.

   Концентрация солей примесей больше 10 ммоль экв/.л означает повышенную жесткость воды.

   Как уже говорилось выше жесткость воды нарастает в грунтовых водых. Но нарастает разная жесткость. В поверхностных водах суммарная жесткость по большей части (до 60%) состоит из временной жесткости. Она зависит от времени года и температуры. Поэтому самая высокая общая жесткость наблюдается в конце зимы, а самая низкая вов ремя паводков.

   Повышенная жесткость воды приводит к усиленному образованию накипи в паровых котлах, водонагревательных приборах и на металлической посуде. Это в свою очередь ведет к снижению теплообмена, повышенной затрате энергии на разогрев и перегреву металлических поверхностей, а соответственно и к порче приборов, труб и посуды.

   Также в быту повышенная жесткость воды приводит к повышенному расходу мыла.

   Качество тканей при стирке жесткой водой заметно ухудшается при осаждении на ней солей.

   Также в жесткой воде плохой воде плохо развариваются мясо и овощи, так как катионы кальция образуют с белками нерастворимые соединения.

  Магниевая жесткость придает воде горьковатый привкус. Однако, это, пожалуй, довольно редкий случай, когда повышенную жесткость можно определить сразу. Зачастую, беспечные обладатели новой скважины или колодца, хозяева квартиры, запускают воду в функциональный цикл не озаботившись сделать анализ воды. В результате через пару лет они обнаруживают, что назрела срочная необходимость ремонта. Самое неприятное, когда система водоснабжения иили отопления одома выходила из строя в зимнее время из-за накипи.

Жесткая вода — Химия LibreTexts

  1. Последнее обновление
  2. Сохранить как PDF
  • Идентификатор страницы
    601

    • Жесткая вода содержит большое количество минералов в форме ионов, особенно металлов кальция и магния, которые могут выпадать в осадок и вызывать проблемы в водопроводе или хранении воды в таких сосудах, как трубы. Жесткую воду можно отличить от других типов воды по ее металлическому, сухому вкусу и ощущению сухости на коже. Он отвечает за образование пены в ванне, а также за неспособность мыла пениться.

    Типы жесткой воды

    Жесткая вода – это вода, содержащая большое количество минеральных ионов. Наиболее распространенными ионами в жесткой воде являются катионы металлов кальция (Ca 2 + ) и магния (Mg 2 + ), хотя железо, алюминий и марганец также могут быть обнаружены в определенных местах. Эти металлы водорастворимы, то есть растворяются в воде. Относительно высокие концентрации этих ионов могут насыщать раствор и, следовательно, вызывать сдвиг равновесия этих растворенных веществ влево, в сторону реагентов. Другими словами, ионы могут осаждаться из раствора. Это вытеснение минералов из раствора является причиной кальцинирования, часто наблюдаемого в водопроводных кранах, которое представляет собой осаждение карбоната кальция или магния. Жесткая вода может также реагировать с другими веществами в растворе, такими как мыло, и образовывать осадок, называемый «накипью». Существует два определенных типа жесткой воды, временная и постоянная, которые описаны ниже.

    Временно жесткая вода

    Временно жесткая вода — это жесткая вода, состоящая в основном из ионов кальция (Ca 2 + ) и бикарбоната (HCO 3 — ). При нагревании ион бикарбоната в воде с временной жесткостью разлагается на ион карбоната (CO 3 2-), углекислый газ (CO 2 ) и воду (H 2 O). Полученный ион карбоната (CO 3 2 — ) может затем реагировать с другими ионами в растворе с образованием нерастворимых соединений, таких как CaCO 3 и MgCO 3 . Взаимодействия ионов карбоната в растворе также вызывают хорошо известные минеральные отложения, наблюдаемые на стенках горшков, используемых для кипячения воды, ржавчины, известной как «накипь». Повышение температуры временной жесткости воды с последующим разложением иона бикарбоната означает сдвиг в уравнении равновесия (показано ниже). Высокая температура вызывает сдвиг равновесия влево, вызывая осаждение исходных реагентов.

    9-_{3 \; (aq)} \tag{1}\]

    Этот сдвиг отвечает за белый налет, наблюдаемый в описанных выше кипящих емкостях, а также за минеральные отложения, которые накапливаются внутри водопроводных труб, что приводит к неэффективности и даже к взрыву из-за перегрев. CaCO 3 или другие отложения не полностью растворяются обратно в воду при охлаждении, поскольку они относительно нерастворимы, о чем свидетельствует их малая константа растворимости. По этой причине этот тип жесткой воды является «временным», потому что кипячение может удалить жесткость, вытеснив из раствора ионы, вызывающие нарушение. 9{-9} \tag{2b}\]

    Постоянная жесткая вода

    Постоянная жесткая вода состоит из высоких концентраций анионов, таких как сульфат-анион (SO 4 2- ). Этот тип жесткой воды называется «постоянной», потому что, в отличие от воды с временной жесткостью, жесткость нельзя устранить простым кипячением воды и тем самым осаждением ионов минералов. Однако название обманчиво, так как «постоянную» жесткую воду можно смягчить другими способами. Накипь, образующаяся из-за постоянной жесткости воды, имеет пагубные последствия, подобные тем, которые наблюдаются при использовании воды с временной жесткостью, например, препятствуют прохождению воды по трубам. Постоянная жесткая вода также является причиной «кольца» в ванне или мыльной пены, видимой после душа или купания. Как упоминалось ранее, постоянная жесткая вода содержит катионы кальция и магния. Эти катионы реагируют с мылом, образуя нерастворимые соединения, которые затем оседают на стенках ванны. Кроме того, реакция этих катионов с мылом является причиной того, что мыло плохо пенится или пенится в жесткой воде. Уравнение ниже дает пример реакции иона магния с компонентами мыла, в данном случае со стеаратом (C 9{2+}_{(водн.)} \longrightarrow Mg(C_{18}H_{35}O_2)_{2 \; (s)} \tag{3}\]

    Воздействие на организм

    Хотя вкус жесткой воды может быть неприятен для некоторых, она имеет много преимуществ для здоровья по сравнению с мягкой водой. Двумя наиболее распространенными минералами в жесткой воде являются кальций и магний. И кальций, и магний считаются незаменимыми питательными веществами, а это означает, что они должны присутствовать в рационе для поддержания здоровой функции организма. Кальций является важным компонентом костей и оказывает много положительного воздействия на организм, например, предотвращает серьезные опасные для жизни и болезненные заболевания, такие как остеопороз, камни в почках, гипертония, инсульт, ожирение и ишемическая болезнь сердца. Магний также оказывает положительное влияние на здоровье. Недостаточное количество магния в организме увеличивает риск возникновения некоторых форм проблем со здоровьем, таких как гипертония, сердечная аритмия, ишемическая болезнь сердца и сахарный диабет. Исследования, посвященные влиянию жесткой и мягкой воды на здоровье, показали, что люди, которые пьют больше мягкой воды, имеют гораздо более высокие показатели сердечно-сосудистых заболеваний, а также более высокое кровяное давление и уровень холестерина, а также более высокую частоту сердечных сокращений, чем те, кто пьет в основном жесткую воду. вода. Кроме того, мягкая вода вызывает коррозию труб, что может привести к загрязнению питьевой воды токсичными веществами, такими как свинец.

    Как смягчить жесткую воду

    Некоторые хотят смягчить жесткую воду, чтобы уменьшить ее раздражающее, а во многих случаях и вредное воздействие. Снижение способности мыла к пенообразованию не только раздражает, но и может быть потенциально вредным с экономической точки зрения. Предприятия, которые зависят от пенообразования мыла, такие как автомойки и парикмахеры для домашних животных, могут захотеть смягчить жесткую воду, чтобы избежать чрезмерного использования мыла из-за снижения способности пенообразования. Точно так же часто необходимо смягчать воду, которая контактирует с трубами, чтобы избежать разрушительного и опасного образования отложений. Кроме того, многие люди могут счесть неблагоприятным эффект кальцификации, который жесткая вода оказывает на краны и другие предметы, и решить смягчить воду, чтобы предотвратить образование таких минеральных отложений. Третьим может не понравиться ощущение липкости и сухости, остающееся после осаждения мыльной пены на кожу. Каковы бы ни были причины, существует множество способов смягчения жесткой воды.

    Ионный обмен

    Одним из способов смягчения воды является процесс, называемый ионным обменом. Во время ионного обмена нежелательные ионы «заменяются» на более приемлемые ионы. Во многих случаях желательно заменить ионы жесткой воды, такие как Ca 2 + и Mg 2 + , на более приятные ионы, такие как Na + . Для этого жесткая вода проходит через колонку, содержащую цеолит или смолу, которая связывает нежелательные ионы на своей поверхности и высвобождает более переносимые ионы. В этом процессе ионы жесткой воды становятся «фиксированными» ионами из-за их прикрепления к полимерному материалу. Эти фиксированные ионы вытесняют желательные ионы (Na + ), теперь называемые противоионами, из колонки, таким образом, обменивая ионы в воде. Этот процесс показан на рисунке 1.

    Рисунок \(\PageIndex{1}\): . Иллюстрация ионного обмена.

    К сожалению, недостатком этого процесса является увеличение содержания натрия в питьевой воде, что может быть потенциально опасным для здоровья людей, придерживающихся диеты с ограничением натрия.

    Размягчение извести

    Другой процесс называется размягчением извести. В этом процессе соединение гидроксида кальция Ca(OH) 2 , добавляется в жесткую воду. Гидроксид кальция, или «гашеная известь», повышает pH воды и вызывает осаждение кальция и магния в CaCO 3 и Mg(OH) 2 . Эти осадки затем можно легко отфильтровать из-за их нерастворимости в воде, что показано ниже малой константой растворимости гидроксида магния (константа произведения растворимости для карбоната кальция показана выше). После осаждения и удаления вредных ионов добавляют кислоту, чтобы вернуть pH воды к норме. 9{-11} \tag{4b}\]

    Хелирование

    Хелатирующие агенты также можно использовать для смягчения жесткой воды. Полидентатные лиганды, такие как популярный гексадентатный лиганд ЭДТА, связывают нежелательные ионы в жесткой воде. Эти лиганды особенно полезны для связывания катионов магния и кальция, которые, как уже упоминалось, широко распространены в растворах жесткой воды. Хелатирующий агент образует очень стабильный кольцевой комплекс с катионами металлов, что предотвращает их взаимодействие с любыми другими веществами, которые могут быть введены в раствор, такими как мыло. Таким образом, хелаторы могут уменьшить негативные последствия, связанные с жесткой водой. Упрощенное уравнение, представляющее хелатирование катиона металлического кальция (Ca 9{10} \tag{5b}\]

    Обратный осмос

    Последний процесс, обратный осмос, использует высокое давление, чтобы протолкнуть воду через полупроницаемую мембрану. Эта мембрана обычно предназначена для того, чтобы быть непроницаемой для чего-либо, кроме воды. Мембрана служит для фильтрации более крупных ионов и молекул, ответственных за жесткость воды, что приводит к умягчению воды. Во время этого процесса вода вытесняется из области с высокой концентрацией растворенных веществ в виде растворенных ионов металлов и подобных соединений в область с очень низкой концентрацией этих веществ. Другими словами, вода переходит из состояния жесткости в более мягкий состав, поскольку ионы, вызывающие жесткость воды, не проходят через мембрану. Недостатком обратного осмоса является потеря сточных вод по сравнению с другими методами очистки воды. Этот процесс показан на рисунке 2 ниже. Обратите внимание, что на этом рисунке показано опреснение соленой воды. Однако процесс умягчения жесткой воды такой же.

    Рисунок \(\PageIndex{2}\): . Изображение обратного осмоса.

    Практические задания

    1. Назовите два основных типа жесткой воды. (Выделите синюю область для ответов)

    Временный и постоянный.

    2. Что делает «жесткую» воду жесткой?

    Наличие высоких концентраций минералов, обычно в форме катионов металлов.

    3. Какие два иона наиболее распространены в жесткой воде? Насколько они важны для правильного функционирования организма?

    Ион кальция (Ca 2 + ) и магния (Mg 2 + ). Они важны, потому что оба являются незаменимыми питательными веществами, что означает, что они необходимы для правильного функционирования организма, а также важны для предотвращения многих заболеваний и других недугов.

    4. Назовите четыре описанных процесса умягчения жесткой воды. Также важно понимать основные этапы каждого процесса.

    Ионный обмен, комплексообразование, умягчение известью и обратный осмос

    5. Какой главный недостаток ионного обмена, когда в качестве противоиона используется Na + ?

    Повышает концентрацию натрия в воде, что представляет потенциальную опасность для людей, придерживающихся диеты с ограничением натрия.

    Ссылки

    1. Кальций и магний в питьевой воде: значение для общественного здравоохранения. Женева, Швейцария: пресса ВОЗ. 2009.
    2. Влияние технологий очистки питьевой воды на здоровье. Челси, Мичиган: Издательство Льюиса. 1989.
    3. Льюис Алан, Скотт. Безопасная питьевая вода. Сан-Франциско, Калифорния: Скотт Алан Льюис. 1996.
    4. Кроуфорд, Т. и М. Кроуфорд (1967). «Распространенность и патологические изменения ишемической болезни сердца в жестководной и в мягководной зоне». Ланцет 289 (7484): 229-232.
    5. Stitt, F., D. Clayton, et al. (1973). «Клинико-биохимические показатели сердечно-сосудистых заболеваний у мужчин, проживающих в районах с жесткой и мягкой водой». Ланцет 301 (7795): 122-126.
    6. Гардинер, Дж. (1976). «Комплексообразование микроэлементов с этилендиаминтетрауксусной кислотой (ЭДТА) в природных водах». Исследование воды 10(6): 507-514.

    Авторы

    • Андреа Кубиш, Кортни Корфф (UCD)

    Hard Water распространяется по незадекларированной лицензии, автором, ремиксом и/или куратором является LibreTexts.

    1. Наверх
      • Была ли эта статья полезной?
      1. Тип изделия
        Раздел или Страница
        Показать страницу TOC
        № на стр.
      2. Теги
        1. анионы
        2. бикарбонат
        3. ион бикарбоната
        4. кальций
        5. Хелирование
        6. Жесткая вода
        7. Ионный обмен
        8. Смягчающий лайм
        9. осмос
        10. Постоянно жесткая вода
        11. Обратный осмос
        12. Временно жесткая вода

      Разница между временной и постоянной жесткостью воды

      Автор: Madhu

      Ключевое различие между временной и постоянной жесткостью воды заключается в том, что временная жесткость воды может быть удалена кипячением воды, тогда как постоянная жесткость не может быть удалена кипячением.

      Жесткость воды можно определить как измерение концентрации всех присутствующих в воде двухвалентных ионов. Примерами некоторых двухвалентных ионов, присутствующих в воде, являются ион кальция, ионы магния и Fe 9.0030 2+ ион. Однако кальций и магний являются наиболее распространенными источниками жесткости воды. Единицей жесткости является ppm на эквиваленты CaCO 3 . Различают два вида жесткости воды: временную и постоянную жесткость воды. Временная жесткость возникает из-за присутствия гидрокарбоната кальция и гидрокарбоната магния, а постоянная жесткость возникает из-за сульфатов и хлоридов магния и кальция.

      СОДЕРЖАНИЕ

      1. Обзор и ключевые отличия
      2. Что такое временная жесткость воды
      3. Что такое постоянная жесткость воды
      4. Параллельное сравнение – временная и постоянная жесткость воды в табличной форме
      5. Резюме

      Что такое временная жесткость воды?

      Временная жесткость возникает из-за присутствия гидрокарбоната кальция (Ca (HCO 3 ) 2 ) и гидрокарбоната магния (Mg (HCO 3 ) 2 ). Оба вида разлагаются при нагревании и CaCO 3  или MgCO 3  происходит осаждение. Поэтому временную жесткость можно убрать кипячением воды.

      Когда минералы, такие как бикарбонат кальция и бикарбонат магния, растворяются в воде, образуются катионы кальция и магния (Ca2+ и Mg2+), а также анионы карбоната и бикарбоната. Эти ионы металлов, присутствующие в пробе воды, вызывают жесткость воды. Помимо кипячения воды, мы можем устранить временную жесткость воды добавлением извести (известь — это гидроксид кальция). Этот процесс добавления известен как размягчение извести.

      Что такое постоянная жесткость воды?

      Постоянная жесткость обусловлена ​​сульфатами и хлоридами магния и кальция. Другими словами, постоянная жесткость воды возникает, когда вода содержит сульфат кальция или хлорид кальция и/или сульфат магния или хлорид магния. Поэтому можно сказать, что постоянная жесткость равна сумме постоянной кальциевой жесткости и постоянной магниевой жесткости.

      Рисунок 01: Обызвествление из-за жесткой воды

      Эти минералы не выпадают в осадок при нагревании. Следовательно, постоянная жесткость не может быть удалена простым кипячением. Устранить постоянную жесткость воды можно либо с помощью умягчителя воды, либо с помощью ионообменной колонки.

      В чем разница между временной и постоянной жесткостью воды?

      Временная жесткость возникает из-за присутствия гидрокарбоната кальция (Ca (HCO 3 ) 2 ) и гидрокарбоната магния (Mg (HCO 3 ) 2 ). Постоянная жесткость обусловлена ​​сульфатами и хлоридами магния и кальция. Ключевое различие между временной и постоянной жесткостью воды заключается в том, что временную жесткость воды можно устранить кипячением воды, тогда как постоянную жесткость кипячением устранить нельзя.