Жесткость воды химия: Жесткость общая | Cоли (ионы) кальция и магния, химия жесткости воды

Урок химии в 11 классе на тему «Жесткость воды и способы ее устранения. Минеральные воды, их использование». – Учительская газета

Цели урока: Развить у учащихся представление о жесткости воды и способах ее устранения, познакомить с минеральными водами, их использованием в столовых и лечебных целях. Рассказать о минеральных источниках Кавказских минеральных вод. Сформировать представление о жидких кристаллах и их применении в быту.

Тип урока:  комбинированный урок.

Задачи урока

Образовательные:

1. Сформировать у учащихся представление о жесткости воды и способах ее устранения, познакомить с минеральными водами, их использованием в столовых, лечебных целях.

2. Познакомить учащихся  с минеральными  источниками Кавказских минеральных вод и различием в их химическом составе.

3. Сформировать знания о  жидких кристаллах и их применении.

Развивающие:

1. Сформировать навыки анализа и сопоставления известных химических фактов.

2. Совершенствовать умение логически мыслить.

3. Развить умение обобщать и делать правильные выводы.

Воспитательные:

1. Продолжить развитие наблюдательности и умения делать выводы на основе наблюдаемого интереса к предмету, детской фантазии и представлений.

2. Продолжить развитие речевых навыков.

3. Продолжить развитие умений переносить знания в новые ситуации и устанавливать межпредметные связи.

Методы и методические приемы:

1. Объяснительно-иллюстративный.

2. Исследовательский.

3. Монологические: описание, объяснение.

4. Диалогические: беседа.

5. Словесно-наглядно-практические: демонстрационный эксперимент, ЦОР.

Оборудование и реактивы:

Химия. 11 класс. Базовый уровень: учеб. для общеобразовательных учреждений/О.С.Габриелян. – 2-е изд., стереотип. – М.: Дрофа, 2012. – 267, [6] c.: ил.

Сборник задач и упражнений по химии для средней школы. – М.: ООО «Издательство Новая Волна»: Издатель Умереков, 2010. – 222 с.

Рабочая тетрадь.

Компьютер.

Проектор.

Раздаточный материал.

Пробирки.

Жесткая вода.

Раствор мыла.

Презентация к уроку (создана в среде приложения Office 2007 MS Power Point).

Мультимедийная презентация.

Домашнее задание:

Инструктирование учеников о домашнем задании, его объеме и целях, требованиях к оформлению и возможных затруднениях.

§9 с. 83-86, упражнения 7-9,11(у), тетрадь №№ 4.34(б), 4.35, 16.43, 16.44.

Литература, используемая для подготовки к уроку:

1. Химия. 11 класс. Базовый уровень: учеб. для общеобразоват. учреждений/О.С.Габриелян. – 2-е изд., стереотип. – М.: Дрофа, 2012. -267, [6] c.: ил.

2. Сборник задач и упражнений по химии для средней школы. – М.: ООО «Издательство Новая Волна»: Издатель Умереков, 2010. – 222 с.

3. Г.М. Чернобельская  Методика обучения химии в средней школе: Учеб. Пособие для студ. высш. учеб. Заведений.  – М.: ВЛАДОС, 2000. – 336 с.: ил.

4. Дъяченко В. Н. Организационная структура учебного процесса и ее развитие – М.: 2009.

5. Мультимедийный курс химии «Открытая химия 2.6».

6. Интерактивный курс химии «Уроки Кирилла и Мефодия».

7.             Химия для всех: иллюстративные материалы по общей, органической и неорганической химии. http://scool-sector.relarn/ru/nsm/.

8. Основы химии: электронный учебник http://www.hemi.nsu.ru.

9. «Химия. 8 класс» ЗАО \”Просвещение-МЕДИА\” ЗАО \”Новый Диск\”2004.

План урока

Организационный момент – 2  мин.

Обеспечение общей готовности учащихся, стимулирование и мотивирование учебной деятельности на уроке.

Проверка домашнего задания – 10 мин.

Основная часть урока – 20 мин:

1. Коррекция и актуализация знаний.

2. Сообщение темы, цели урока, мотивация деятельности учащихся.

3. Организация восприятия и осознания материала.

4. Самостоятельное выполнение заданий  под контролем и с помощью учителя.

5. Обобщение и систематизация учащимися результатов работы.

Заключительная часть урока – 8 мин:

1. Подведение итогов работы на уроке.

2. Сообщение и комментирование домашнего задания.

Конспект урока

Подача рапорта дежурных, самопроверка рабочих мест, мотивирование интереса учащихся к изучаемой теме.

Учитель: Для того чтобы обратиться к материалам прошлого урока и провести опрос домашнего задания, предлагаю просмотреть фильм о воде.

Просмотр фильма.

Учитель: Тема прошлого урока звучала так: «Жидкое состояние вещества. Вода. Потребление воды в быту и на производстве» Давайте вспомним,  какими физическими и химическими свойствами обладает вода? Вам в этом поможет данная схема (см. слайд 3 презентации).

Вам представлены набор количественных характеристик распространенность воды и ее роли. Охарактеризуйте представленные характеристики (см. слайд 5 презентации).

На слайде 6 представлен круговорот воды в природе. Расскажите о нем, используя данную схему.

Какие физические процессы происходят при круговороте воды?

Дайте название процессу перехода вещества из жидкого состояния в твердое, процессу перехода вещества из твердого состояния в жидкое.

На прошлом уроке вы изучили физические характеристики воды, сегодня я предлагаю изучить химические характеристики, одной из которых является жесткость.

Тема сегодняшнего урока: «Жесткость воды и способы ее устранения. Минеральные воды, их использование в столовых и лечебных целях».

Как вы думаете, есть ли разница между подземными водами, талой водой, пресной и соленой водой? В чем заключается разница?

Жесткостью называют свойство воды, обусловленное наличием в ней растворимых солей кальция и магния.

Понятие жесткости воды принято связывать с катионами кальция (Са2+) и в меньшей степени магния (Mg2+). В действительности, все двухвалентные катионы в той или иной степени влияют на жесткость. Они взаимодействуют с анионами, образуя соединения (соли жесткости) способные выпадать в осадок. Одновалентные катионы (например, натрий Na+) таким свойством не обладают.

Различают следующие виды жесткости.

Временная жесткость – обусловленная содержанием в воде гидрокарбонатов кальция и магния.

Постоянная жесткость – обусловленная содержанием в воде других соединений кальция и магния.

Временная и постоянная жесткость составляют общую жесткость, устраняемую добавлением соды.

Демонстрационный эксперимент

В пробирку наливаю 3-4 мл жесткой воды в другую мягкой. Затем наливаем 1 мл раствор мыла. Встряхнем пробирку. Что наблюдаем? Приливаем мыло порциями, встряхиваем до образования пены. В пробирку с жесткой водой прильем раствор соды. Что наблюдаем? Выпадает осадок карбоната кальция. Запишим уравнения реакций.

СаСl2+ Na2CO3 = Са CO3  + 2 NaСl

Все вы видели накипь в чайнике, чем она обусловлена? А тем, что содержащийся в воде гидрокарбонат кальция при кипячении переходит в карбонат кальция, выпадающий в виде осадка.

Са (НCO3)2 = Са CO3   + Н2O + CO2

Предложите способы устранения жесткости воды.

Откройте, пожалуйста, учебник на страницах 83-84. Запишите в тетради возможные последствия в бытовой сфере от использования  жесткой воды.

Для проверки демонстрируется слайд.

Единицы измерения

В мировой практике используется несколько единиц измерения жесткости, все они определенным образом соотносятся друг с другом. В России Госстандартом в качестве единицы жесткости воды установлен моль на кубический метр (моль/м3). Как концентрация содержания катионов в определенном объеме воды.

Кроме этого в зарубежных странах широко используются такие единицы жесткости, как немецкий градус (do, dH), французский градус (fo), американский градус, ppm CaCO3.

Соотношение этих единиц жесткости представлено в следующей таблице (см. слайд 11 презентации).

Происхождение жесткости

Жесткость воды колеблется в широких пределах, и существует множество типов классификаций воды по степени ее жесткости. В таблице (слайд 12 презентации) приведены целых четыре примера классификации. Две классификации из российских источников – справочника \”Гидрохимические показатели состояния окружающей среды\” и учебника для вузов \”Водоподготовка\”. A две – из зарубежных: нормы жесткости немецкого института стандартизации (DIN 19643) и классификация, принятая Агентством по охране окружающей среды США (USEPA) в 1986.

Таблица наглядно иллюстрирует гораздо более \”жесткий\” подход к проблеме жесткости \”у них\”. Тому есть причины, о которых – ниже.

Как, по вашему мнению, связано  химическое вещество – вода и регион – кавказские минеральные воды?

Назовите знакомые вам минеральные воды? В этом вам помогут этикетки минеральных вод на столе.

Ответы учеников.

Основные группы минеральных вод следующие:

1. Минеральные воды, действие которых определяется ионным составом и минерализацией.

2. Углекислые воды.

3. Сероводородные воды.

4. Железистые воды.

5. Бромные, йодные и йодобромные воды.

6. Кремнистые термальные воды.

7. Мышьяксодержащие воды.

8. Радоновые (радиоактивные) воды.

9. Борсодержащие воды.

10. Воды, обогащенные органическим веществом.

Так же существуют природные минеральные питьевые воды — это подземные воды различного химического состава, насыщенные двуокисью углерода (СО2) и используемые в качестве лечебных, лечебно-столовых и столовых вод.

К лечебным относят воды с минерализацией от 8 до 12 г/л. В отдельных случаях допускаются воды с более высокой минерализацией (баталинская — 21 г/л, лугела — 52 г/л), а также с минерализацией менее 8 г/л при наличии в воде увеличенных количеств мышьяка, бора и некоторых других веществ. Лечебные минеральные воды оказывают выраженное действие на организм и применяются только по назначению врача.

К лечебно-столовым относят воды с минерализацией от 2 до 8 г/л. Исключение составляет вода ессентуки № 4 с минерализацией до 10 г/л. Лечебно-столовые воды применяют как лечебные по назначению врача и в качестве столового напитка, но не систематически.

Столовые воды подразделяют на природные минеральные столовые (минерализация от 1 до 2 г/л или меньшая — при наличии биологически активных веществ) и природные столовые (минерализация менее 1 г/л), которые используются в качестве столового жаждоутоляющего и освежающего напитка.

Учитель: На ваших столах лежат этикетки минеральных вод. Опираясь на данные таблиц, определите, к какому виду они относятся по назначению и по химическому составу? Какие есть отклонения по процентному содержанию некоторых минералов?

«Архыз» – иодированая, столовая вода;

«Царская» – лечебно-столовая, с нормальным содержанием фосфора;

«Ессентуки» – лечебно-столовая, гидрокарбонатно-хлоридно-натриевая;

«Аквастандарт»- столовая, гидрокарбонатно-хлоридно-натриевая.

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

Переходными свойствами от жидких веществ к твердым кристаллическим обладают жидкие кристаллы (сокращённо ЖК). Честь открытия жидких кристаллов (ЖК) принадлежит немецкому ученому Рихарду Рейнитцеру. В 1888 году он обнаружил странности в поведении некоторых органических веществ. При нагревании эти вещества плавились и превращались в мутную жидкость. В дальнейшем, при повышении температуры, расплав, как и положено жидкости, без твердых примесей, становился совершенно прозрачным. Но оказалось, что оптические свойства этих веществ такие, как у кристаллов, а не как у жидкости.

Специфика жидких кристаллов заключается в особой форме молекул, имеющих форму, стержней. В жидком состоянии эти молекулы выстраиваются определенным упорядоченным образом, придавая жидкости свойства кристалла, при этом ЖК проявляют необычные свойства, например, изменение цвета. Благодаря своим свойствам они и нашли широкое применение.

Все формы жизни так или иначе связаны с деятельностью живой клетки, многие структурные звенья которой похожи на структуру жидких кристаллов. Таким образом, установление закономерностей поведения ЖК открывает новые перспективы в развитии молекулярной биологии. С помощью жидких кристаллов обнаруживают пары вредных химических соединений и опасные для здоровья человека гамма- и ультрафиолетовое излучения. На основе жидких кристаллов созданы измерители давления, детекторы ультразвука. Но самая многообещающая область применения жидкокристаллических веществ — информационная техника. От первых индикаторов, знакомых всем по электронным часам, до цветных телевизоров с жидкокристаллическим экраном размером с почтовую открытку прошло лишь несколько лет. Такие телевизоры дают изображение весьма высокого качества, потребляя ничтожное количество энергии от малогабаритного аккумулятора или батарейки.

Тамара Редько, учитель химии гимназии №24 города Ставрополя

В прикрепленных файлах: презентация, раздаточный материал, буклет.

Доклад Жесткость воды и ее устранение 9 класс сообщение

• Энциклопедия
• Разное
• Жесткость воды и ее устранение

Под жёсткостью воды понимается присутствие в ней таких физико-химических свойств, которые связанны с определённой величиной содержащихся в воде солей щёлочноземельных металлов в растворённом состоянии, чаще всего магния или кальция.

Исходя из определения, воду можно назвать жёсткой в том случае, если в её составе присутствует повышенное содержание солей, в то время как незначительное их содержание в составе воды делает её мягкой.

Вода может иметь либо временную, либо постоянную жёсткость. Временная жёсткость воды подразумевает несложную возможность устранения этой жесткости, и достигается это путём кипячения воды, во время которого происходит разложение соли под термическим воздействием. Постоянная же жёсткость зависит от наличия таких солей в составе, которые не выделяются при кипячении воды.

Если же температурное воздействие способно устранить только временную жёсткость, то в случае с постоянной жёсткостью требуется использование более эффективных и сложных методов. Примером может служить добавление в воду реагентов, а именно кальцинированной соды или ортофосфата натрия, входящего во многие бытовые препараты. Результатом такой химической реакции являются перешедшие в нерастворимые соединения соли, которые превращаются в осадок.

Наивысшей эффективности очистки воды возможно добиться путём её прохождения через специальные полупроницаемые полиамидные мембраны, в результате которой удаляются не только соли жёсткости, но и практически все присутствующие соли в воде. Однако такой метод не лишён недостатков, поскольку готовая вода имеет низкую минерализацию и достаточно высокую стоимость.

Чтобы добиться полного избавления от жёсткости воды необходимо прибегнуть к её дистилляции, в процессе которой испаренная жидкость проходит процесс охлаждения и конденсации, переходя обратно в жидкое, но уже очищенное состояние.

Важность использования воды с уровнем солей в пределах нормы или очищенной воды объясняется пагубным воздействием жесткой воды на человеческое здоровье. Регулярное использование жесткой воды повышает риск возникновения мочекаменной или почечнокаменной болезни в организме взрослого человека, а организм еще новорожденных детей от купания в такой воде подвержен риску развития атопического дерматита или экземы, которые способны привести к астме или пищевой аллергии у ребёнка.

Доклад №2

Можно часто услышать жалобы на жесткую воду и проблемы с ней связанные. Что же такое «жесткая вода»? Какие проблемы она несет? Как смягчить воду?

Жёсткость воды — свойства воды, связанные с содержанием в ней солей жесткости. При большом количестве солей щёлочноземельных металлов в воде она называется жесткой (название произошло от того, что после стирки в такой воде ткань более жесткая). Показатель жесткости воды различен и изменяется в течение года, для его контролирования в России установлен специальный стандарт.

Жесткая вода приносит человеку много неприятностей. В ней плохо пенится мыло, она губительно действует на кожу, создает накипь на стенках котлов, чайников, труб, способствует образованию камней в мочевом пузыре и почках.

Существует несколько способов борьбы с жесткой водой, но все они имеют свои плюсы и минусы.

Термический. При кипячении воды гидрокарбонаты магния и кальция разлагаются.

• Временное смягчение воды
• Выгодно применять в домашних условиях
• Отсутствие специального оборудования
• Образуется накипь.

Реагентное умягчение. В воду добавляются реагенты: кальцинированная сода, гашеная известь или ортофосфат натрия, в итоге соли жесткости выпадают в осадок.

Смягчение воды

• Невыгодность способа в домашних условиях
• Необходимость в реагентах
• Необходимость отделения осадка.

Катионирование. В воду помещают ионообменную гранулированную загрузку, которая поглощает катионы солей щёлочноземельных металлов и отдает ионы натрия и водорода.

Смягчение воды

• Невыгодность способа в домашних условиях
• Сложность способа.

Обратный осмос. Вода проходит через полупроницаемые мембраны, которые удаляют из жидкости практически все соли.

Большая эффективность (99,9%)

• Вода очищается от всех солей, а не только от солей жесткости
• Высокая стоимость, частая смена мембран
• Невыгодность способа в домашних условиях
• Предварительная подготовка воды.

Электродиализ. Такой процесс смягчения воды имеет большое сходство с обратным осмосом, но проходит под воздействием электрического поля.

• Большая эффективность
• Редкая смена мембран
• Отсутствие предварительной подготовки воды.
• Вода очищается от всех солей, а не только от солей жесткости
• Невыгодность способа в домашних условиях

Дистилляция. Воду нагревают, она испаряется, охлаждается и конденсируется.

• Большая эффективность
• Можно применять в небольших объемах (домашних условиях)
• Вода становится дистиллированной

Жесткая вода часто причиняет неудобства человеку, но существует множество способов, помогающих избавиться от излишней жесткости воды. Все методы имеют свои недостатки и преимущества, и каждый выбирает себе тот, который ему подходит.

9 класс

Жесткость воды и ее устранение

Популярные темы сообщений

• Вороны

  Ворона – очень умная птица. В ее характере присутствует осторожность, терпение и наглость. Эта птица загадочна и неповторима. Вороны – крупные птицы отряда Воробьинообразные. Они относятся к роду Вороны семейства Врановые.

• Творчество Гранина

  Известный советский а позже и российский писатель Даниил Александрович Герман более известный как Гранин. Родился в небольшом селе Волынь под Курском, в 1919 году первого января.

• Молния (природное явление)

  Часто во время грозы мы можем наблюдать на небе яркую вспышку света, которая затем сопровождается ударной звуковой волной – громом. Данный электрический разряд в атмосфере называется молнией. Молнии бывают не только на Земле.

• Астрид Линдгрен

  «Волшебница из Швеции» – так во всем мире уважительно называют великую сказочницу Астрид Анну Эмилию Линдгрен (1907 – 2002), из-под пера которой вышли десятки чудесных историй,

• Великие композиторы

  Мировая классическая музыка не мыслима без русских композиторов. Зарождение отечественной композиторской школы произошло еще в далеком XIX веке. Об основоположниках можно рассказывать долго, у каждого свой путь, своя судьба,

Жесткость воды — MEL Химия

Реагенты

• Хлорид кальция

• Гидрокарбонат натрия

Безопасность

• Наденьте защитные перчатки и очки.
• Проведите эксперимент на подносе.
• Поставьте плиту на пробковую подставку для горячих кастрюль. Не прикасайтесь к плите после эксперимента — подождите, пока она остынет.
• Снимите защитные перчатки перед тем, как зажечь свечу.

Общие правила безопасности

• Не допускайте попадания химических веществ в глаза или рот.
• Держите маленьких детей, животных и тех, кто не носит защитные очки, подальше от экспериментальной зоны.
• Храните этот экспериментальный набор в недоступном для детей младше 12 лет месте.
• Очистите все оборудование после использования.
• Убедитесь, что все контейнеры полностью закрыты и правильно хранятся после использования.
• Убедитесь, что все пустые контейнеры утилизированы надлежащим образом.
• Не используйте оборудование, которое не входит в комплект поставки или не рекомендовано в инструкции по эксплуатации.
• Не заменяйте продукты питания в оригинальной упаковке. Утилизируйте немедленно.

Общая информация по оказанию первой помощи

• При попадании в глаза: Промыть глаза большим количеством воды, при необходимости держать глаза открытыми. Немедленно обратитесь за медицинской помощью.
• При проглатывании: прополоскать рот водой, выпить немного пресной воды. Не вызывает рвоту. Немедленно обратитесь за медицинской помощью.
• При вдыхании: Вынести пострадавшего на свежий воздух.
• При попадании на кожу и при ожогах: промыть пораженный участок большим количеством воды не менее 10 минут.
• В случае сомнений немедленно обратитесь к врачу. Возьмите с собой химикат и его контейнер.
• В случае травмы всегда обращайтесь за медицинской помощью.

Консультации для присматривающих за взрослыми

• Неправильное использование химикатов может привести к травмам и ущербу для здоровья. Проводите только те опыты, которые указаны в инструкции.
• Этот экспериментальный набор предназначен для использования только детьми старше 12 лет.
• Поскольку способности детей сильно различаются даже в пределах возрастных групп, наблюдающие взрослые должны проявлять осторожность в отношении того, какие эксперименты подходят и безопасны для них. Инструкции должны позволять наблюдателям оценивать любой эксперимент, чтобы установить его пригодность для конкретного ребенка.
• Перед началом экспериментов надзирающий взрослый должен обсудить предупреждения и информацию о безопасности с ребенком или детьми. Особое внимание следует уделять безопасному обращению с кислотами, щелочами и горючими жидкостями.
• Территория, окружающая эксперимент, должна быть свободна от каких-либо препятствий и вдали от места хранения продуктов питания. Она должна быть хорошо освещена и проветрена, а также находиться рядом с водопроводом. Должен быть обеспечен прочный стол с термостойкой столешницей.
• Вещества в одноразовой упаковке должны быть израсходованы (полностью) в течение одного эксперимента, т.е. после вскрытия упаковки.

Часто задаваемые вопросы и устранение неполадок

Раствор в колбе не мутнеет после шага 6.

Вероятно, раствор в колбе еще недостаточно нагрелся. Подождите 5 мин. дольше.

Как пользоваться термостикером?

Наклейте наклейку на флягу или плиту. При температуре около 60–70 ^o С треугольник меняет цвет с черного на желтый, чтобы предупредить, что объект, к которому он был прикреплен, горячий и его нельзя трогать! Вы можете взять или прикоснуться к колбе, только когда она остынет и треугольник снова станет черным.

Другие эксперименты

Запальное железо

Ракетостроение

Отпечатки пальцев копоти

Травление железа

Пошаговые инструкции

1. Налить в колбу воду до отметки «40».
2. Добавить туда все 0,2М хлорида кальция CaCl ₂ раствор из флакона.
3. Возьмите плиту с топливными таблетками и поставьте на нее свечу. Снимите защитные перчатки и зажгите свечу. Установите на плиту рассеиватель пламени, как показано на рисунке.
4. Поместите колбу на рассеиватель пламени. Подождите 15 мин.
5. Вылейте весь 0,3 М раствор гидрокарбоната натрия NaHCO ₃ из флакона.
6. Вода в колбе станет мутной.

Утилизация

Твердые отходы утилизируйте вместе с бытовым мусором. Вылейте растворы в раковину. Смыть большим количеством воды.

Научное описание

Что такое жесткость воды?

Жесткость воды — это значение, отражающее количество растворенных в воде солей кальция, магния и железа. Существует временная жесткость (которую можно удалить) и постоянная жесткость. Временная жесткость вызвана бикарбонатами кальция и магния (Ca(HCO ₃ ) ₂ и Mg(HCO ₃ ) ₂ ), и постоянная жгут – по их сульфатам ((CaSO ₄ и MgSO ₄ ) и хлоридам (CaCl ₂ и MgCl ₂ ).

Таким образом, жесткая вода – это вода, содержащая одновременно много солей кальция, магния и железа.

Почему мы добавляем СаCl

₂ ?

Добавляя в воду хлорид кальция CaCl ₂ , мы искусственно повышаем ее жесткость. Как упоминалось выше, CaCl ₂ вызывает постоянную (т.е. неустранимую кипячением) жесткость воды. И первая часть эксперимента продемонстрировала этот факт: при кипячении на стенках не происходит заметных осадков.

Что произойдет, если мы добавим NaHCO

₃ ?

Добавление бикарбоната натрия NaHCO ₃ приводит к образованию бикарбоната кальция в растворе:

2NaHCO ₃ + СаCl ₂ ↔ Ca(HCO ₃ ) ₂ + 2NaCl

А за счет образования Ca(HCO ₃ ) ₂ жесткость нашей воды становится временной – теперь ее можно убрать кипячением.

Что происходит при нагревании воды?

Когда мы нагреваем воду, хорошо растворимый бикарбонат кальция превращается в плохо растворимый карбонат:

Ca(HCO ₃ ) ₂ → CaCO ₃ ↓ + CO ₂ ↑ + H ₂ O

Белый налет на дне и стенках колбы – это карбонат кальция.

Почему образуется накипь и как ее удалить?

Накипь (или известковый налет) представляет собой нерастворимый карбонат кальция CaCO ₃ , который выпадает в осадок при термическом разложении бикарбоната кальция Ca(HCO ₃ ) ₂ :

Ca(HCO ₃ ) ₂ → CaCO ₃ ↓ + CO ₂ ↑ + H ₂ O

Толстый серый слой накипи хоть и не украшает посуду, но и вреда не приносит. Кроме того, он может устранить чрезмерную жесткость водопроводной воды. Кроме того, накипь легко удаляется с чайников и кастрюль очисткой их лимонной кислотой С ₆ H ₈ O ₇ раствор:

3CaCO ₃ + 2С ₆ H ₈ O ₇ → Ca ₃ (C ₆ H ₅ O ₇ ) ₂ + 3CO ₂ + 3H ₂ O

В результате реакции образуется цитрат кальция Ca ₃ (C ₆ H ₅ O ₇ ) ₂ , хорошо растворимый в воде.

Узнать больше

Грязно-бежевый цвет накипи обусловлен присутствием оксида железа Fe ₂ O ₃ . Водопроводная вода содержит некоторое количество железа в виде ионов Fe ²⁺ , но при кипячении оно выпадает в осадок.

Интересно, что накипь имеет тот же химический состав, что и природный известковый налет. Иногда находят целые горы, образованные из этого минерала. Обычно в таких массивных природных образованиях есть многочисленные пещеры – излюбленные места спелеологов! Эти пещеры легко образуются в известняке: даже слабокислая природная вода на своем пути растворяет карбонаты, образуя причудливые ходы в минерале.

Кроме того, карбонат кальция является основным компонентом обычного мела, используемого для письма на доске или рисования на асфальте. Кроме того, в качестве пищевой добавки используется мел – пищевой краситель белый Е170.

Напомним, что карбонат кальция — это вещество, которое делает яичную скорлупу твердой. В наборе MEL Chemistry есть опыт «Химия продуктов питания», в котором карбонат кальция растворяют с помощью обычного уксуса (см. опыт «Резиновое яйцо»).

Как смягчить воду?

Вода, содержащая небольшое количество солей кальция и магния, называется мягкой. А процесс удаления жесткости воды – умягчение.

Самый простой способ умягчения воды, как показал наш эксперимент, это кипячение. При нагревании гидрокарбонаты кальция и магния (Ca(HCO ₃ ) ₂ и Mg(HCO ₃ ) ₂ ) подвергаются термическому разложению:

Ca(HCO ₃ ) ₂ → CaCO ₃ ↓ + CO ₂ ↑ + H ₂ O

Mg(HCO ₃ ) ₂ → MgCO ₃ + CO ₂ ↑ + H ₂ O

MgCO ₃ + H ₂ O → Mg(OH) ₂ ↓ + CO ₂ ↑

Кипячение (термическое умягчение) – древнейший способ умягчения воды для бытовых нужд. Конечно, этот процесс устраняет только временную (карбонатную) жесткость. Постоянная жесткость сохраняется, как мы можем наблюдать в первой части нашего опыта: вода, насыщенная хлоридом кальция CaCl ₂ не оставляет осадка при кипячении.

Перегонка тесно связана с кипячением. При перегонке испарившаяся жидкость последовательно конденсируется на охлаждаемой поверхности и, таким образом, собирается в виде капель. Вода, очищенная таким способом, называется дистиллированной и не содержит ионов металлов. Из-за низкой минерализации дистиллированная вода не пригодна для питья, так как «вымывает» минералы из организма. Однако дистиллированная вода широко используется в науке и промышленности.

Ниже вы можете найти более подробную информацию о современных методах смягчения воды.

Узнать больше

Очевидно, что кипячение — один из самых простых способов смягчения воды. Однако такой процесс имеет существенные недостатки, а именно низкий КПД и большие энергозатраты.

Еще один способ смягчения воды – использование реагентов. Они переводят ионы магния и кальция в нерастворимую форму путем добавления некоторых химических веществ, например, гидроксида кальция Ca(OH) ₂ (the process is called lime softening):

Ca(OH) ₂ + Ca(HCO ₃ ) ₂ → 2CaCO ₃ ↓ + 2H ₂ O

Mg(HCO ₃ ) ₂ + 2Ca(OH) ₂ → Mg(OH) ₂ ↓ + 2CaCO ₃ + 2H ₂ O

Аналогично кипячению, размягчение известью устраняет только карбонатную жесткость. Для того чтобы убрать постоянную (некарбонатную) жесткость необходимо более глубокое умягчение воды, поэтому помимо гашеной извести используют карбонат натрия Na ₂ CO ₃ :

Ca ²⁺ + Na ₂ CO ₃ → CaCO ₃ ↓ + 2Na ⁺

Mg ²⁺ + Na ₂ CO ₃ → MGCO ₃ ↓ + 2NA ⁺

MGCO ₃ + CA (OH) ₂ → MG (OH) ₂ ↓ + CACO ₃ ↓

22222222222222 гг. ионы кальция и магния из воды, используют «большие пушки» – фосфат натрия Na ₃ PO ₄ :

3Ca ²⁺ + 2Na ₃ PO ₄ → Ca ₃ (PO ₄ ) ₂ ↓ + 6Na ⁺

3Mg ²⁺ + 2Na ₃ PO ₄ → Mg ₃ (PO ₄ ) ₂ ↓ + 6Na ⁺

Недостатком этого метода умягчения воды является необходимость точного дозирования реагентов.

Наиболее широко используемый в промышленности метод умягчения воды включает ионообменные смолы . Вода проходит через специальный фильтр, задерживающий ионы кальция Ca ²⁺ , магния Mg ²⁺ , железа Fe ²⁺ и марганца Mn ²⁺ . Эти «пойманные» ионы замещаются выделившимися в раствор ионами калия К ⁺ , натрия Na ⁺ или водорода Н ⁺ .

Этот метод очень эффективен для умягчения воды. Преимуществами этого метода являются низкая стоимость реагентов и отсутствие сложных процедур, таких как осаждение и удаление осадка. Кстати, именно таким способом происходит смягчение воды в посудомоечной машине. Чтобы фильтр прослужил дольше, в посудомоечную машину высыпают соль NaCl, чтобы она заменила там кальций и магний и насытила фильтр ионами натрия.

В лаборатории часто используют другой процесс очистки воды, называемый обратным осмосом. Кроме того, этот метод иногда используется даже в домашних условиях. Вода проходит через мембрану, которая не пропускает соли металлов. Важно отметить, что обратный осмос может принимать только уже предварительно очищенную воду. Мембрана очень тонкая и нежная: она может быть повреждена при высокой концентрации солей. Обратный осмос — очень дорогой процесс очистки воды, но, в свою очередь, относительно быстрый и удобный.

Это интересно!

Что такое жесткость воды?

В химии под жесткостью воды понимается количество минералов, в основном ионов кальция и магния, растворенных в воде.

Жесткость воды является одним из важнейших параметров во многих отраслях пищевой промышленности, особенно в водоочистных сооружениях.

В основном, 9Уровень жесткости 0483 определяет, насколько хорошо мыло будет реагировать с водой, или свойство потребления мыла . Жесткая вода требует больше мыла для производства пены или пены. Поэтому для очистки с использованием жесткой воды может потребоваться больше мыла.

Примерами мягкой воды является водопроводная вода или питьевая вода (равная или ниже 60 ppm) . Интересно, что в горной воде очень мало минералов. С другой стороны, хорошим примером жесткой воды является морская вода по очевидным причинам. Морская вода богата растворенными солями и обычно имеет жесткость не менее 6 600 частей на миллион (очень жесткая).

Давайте обсудим дальше.

Содержание

Химия мыла с водой

Загрузите эти иллюстрации на Pinterest Ионы кальция (Ca2+) и ионы магния (Mg2+), растворенные в воде, реагируют с мылом . Обратите внимание, что также могут присутствовать ионы других тяжелых металлов, таких как Mn2+, Fe2+ и Al2+. Соли натрия в мыле превращаются в соответствующие соли кальция и магния. Эти соли очень легко растворяются в мягкой воде. Но в жесткой воде они выпадают в осадок в виде нерастворимого белого твердого вещества, называемого мыльной пеной.

Вам также могут быть интересны: Нерассказанная правда о облачном льду

Ключевые различия между мягкой и жесткой водой

Различия между мягкой и жесткой водой определяются количеством растворенных минералов, в первую очередь кальция и магния . Чем больше минералов содержится в воде, тем меньше мыльной пены образуется. См. таблицу ниже.

2 типа воды жесткость

Временная жесткость

Временная жесткость относится к жесткости воды, обусловленной карбонатами кальция и других металлов . Этот тип жесткости можно удалить кипячением. Повышенная температура превращает бикарбонаты кальция в карбонат кальция, воду и углекислый газ. Бикарбонат магния превращается в гидроксид магния и диоксид углерода. В то время как оксид углерода улетучивается, образующиеся соли карбонаты кальция и карбонаты магния нерастворимы в воде и осаждаются только на дно контейнера. Смотрите ниже реакцию.

Оставшиеся ионы Ca2+ и Mg2+ можно удалить фильтрацией, превращая воду в мягкую.

Временная твердость очень заметна в оборудовании, связанном с теплом, таком как бойлеры и чайники. Твердые отложения обычно белые, но цвет может варьироваться в зависимости от присутствующих металлов. Железо отвечает за красновато-коричневый цвет. Одним из примеров этого является ваша коричневая раковина. Вы добываете воду под землей? Возможно, он богат железом.

Вам также может быть интересно: Руководство по использованию хлора в пищевой промышленности

Помимо кипячения и фильтрации, постоянная жесткость также может быть устранена методом Кларка , также называемым умягчением известью. Метод Кларка заключается в добавлении извести или гидроксида кальция (Ca(OH) ₂₎ для осаждения ионов кальция и магния. _{Используйте известь с осторожностью. Поскольку Ca(OH) 2 сам по себе является источником ионов кальция, его следует использовать очень осторожно.}

Постоянная жесткость s

Постоянная жесткость относится к жесткости воды из-за содержания хлоридов и сульфатов кальция, магния и других металлов. Он так называется, потому что кипячение неэффективно для его удаления. Вместо этого может быть применен химический метод, такой как следующий:

• Метод Калгона

При использовании метода Калгона вода обрабатывается гексаметафосфатом натрия (NaPO ₃ ) _6. Это вытесняет ионы кальция, образует ионы натрия и в процессе вода мягкая.

• Ионообменный метод

Как следует из названия, ионообменная работа путем обмена ионов кальция и магния в воде на ионы натрия . Благодаря своей способности удалять другие вещества ионный обмен также используется для денитрификации, декальцинации и дезинфекции.

• Обработка содой для стирки

Сода для стирки — это общее название карбоната натрия (Na ₂ CO ₃ ). На самом деле мы используем стиральную соду в виде моющего средства для мытья посуды или при стирке. Его иона карбоната хорошо реагируют с растворенными в воде ионами кальция и магния . Образовавшиеся осадки CaCO ₃ и MgCO ₃ удаляют фильтрованием, чтобы сделать воду мягкой.

• Метод синтетических смол

Метод синтетических смол использует синтетические ионообменные смолы (RNa ⁺ ) , которые при обработке хлоридом натрия (NaCl) заменяют ионы натрия на ионы Ca2+ и Mg2+. После удаления ионов Ca2+ и Mg2+ вода становится мягкой.

В пищевой промышленности

Жесткость воды тщательно контролируется, особенно на установках по умягчению воды и питьевой воде.

Уровень жесткости воды является обязательной частью производства пищевых продуктов. Это особенно актуально для процессов, требующих нагрева воды. Возьмем, к примеру, машину для мытья бутылок при производстве безалкогольных напитков, для которой требуется мойка при температуре около 158 °F (70 °C). Бутылкомоечная машина имеет множество трубок и форсунок. Чтобы предотвратить его эффективную работу (без засорения), необходимо использовать мягкую воду, чтобы предотвратить образование накипи. Чтобы добиться этого, жесткость поддерживается на низком уровне с помощью определенного метода умягчения воды, одним из которых является метод Кларка. Твердость неукоснительно контролируется и регистрируется.

Уровень жесткости должен поддерживаться равным или ниже 60 частей на миллион CaCO ₃ . Накипь или накипь могут образоваться, если оборудование длительное время находилось в контакте с жесткой водой.

Некоторые неблагоприятные последствия образования накипи в оборудовании для пищевой промышленности включают:

• Засорение деталей оборудования

• Снижение эффективности

• Снижение срока службы оборудования

5 Увеличение расхода чистящего средства0006

• Процессы обходятся дороже

В лаборатории использование жесткой воды категорически запрещено. Это связано с тем, что его использование только добавит больше ионов кальция и магния и даст вам ложные показания. Вместо этого используйте дистиллированную или деионизированную воду.

Дома

Когда вы в последний раз мыли руки, вы чувствовали, что на них остались следы? Как насчет того, когда вы в последний раз мыли посуду? Если вы это сделали, возможно, вы используете дома жесткую воду. Не беспокойтесь, так как это не опасно для вашего здоровья. Но, как и в любой другой отрасли, жесткая вода вызывает беспокойство по нескольким причинам.

Вот некоторые.

При нагревании карбонат кальция в воде выпадает в осадок и прилипает ко дну и стенкам чайника  

• Затруднение вспенивания мыла

• Отложения накипи на стеклянной посуде, раковинах, смесителях, душах с нагревателем и ваннах

• Повышенный расход топлива при приготовлении пищи (повышенная температура кипения воды)

• Потребность в кондиционере для белья при стирке

• Повышенное энергопотребление приборов (засорение форсунок и труб)

Анализ жесткости воды

Когда мы определяем уровень жесткости воды, мы обычно говорим об общей жесткости , сумме временной и постоянной жесткости.

Общая жесткость воды

Общая жесткость воды представляет собой сумму временной и постоянной жесткости . Его определяют химическим титрованием. Результат обычно выражается в частях на миллион (ppm) или миллиграммах на литр (мг/л) в виде карбоната кальция. Вот как это делается.

Что вам нужно:

• Этилендиаминтетрауксусная кислота (ЭДТА) – хелатирующий агент, реагирующий с ионами Ca и Mg
• Буферный раствор аммиака – для поддержания уровня pH на уровне 10 вода
• Бюретка 50,0 мл
• Проба воды

1. Для этого наполните бюретку ЭДТА. Убедитесь, что вы уже промыли его деионизированной водой и ЭДТА.
2. Используя промытую пипетку на 10,0 мл, перенесите 10,0 мл вашего образца в коническую колбу.
3. Добавьте 5,0 мл буферного раствора аммиака, чтобы поддерживать pH на уровне 10.
4. Добавьте немного индикатора EBT. 2 капли достаточно. Это придаст образцу винно-красный цвет.
5. Титруйте образец раствором ЭДТА до тех пор, пока цвет не изменится с винно-красного на синий, что является конечной точкой. К этому моменту все ионы Ca и Mg уже находятся в комплексе с ЭДТА.
6. Титруйте образец трижды, чтобы получить 3 результата точности.
7. Рассчитайте общую жесткость воды по приведенной ниже формуле.

Временная и постоянная жесткость

Итак, выше указана только общая жесткость воды, верно? Как найти временную жесткость? Постоянная жесткость?

Это просто.

Вскипятить воду. Это устранит временную жесткость воды. Теперь титруйте кипяченую воду. Как и ожидалось, вы получите меньшее значение — это постоянная жесткость воды.

Вот пример.

Допустим, до кипячения общая жесткость воды составляла 50 ppm CaCO ₃ .

Затем после кипячения вместо 50 ppm CaCO ₃ значение снижается до 38 ppm CaCO ₃ . Поскольку вы удалили временную жесткость кипячением, это 38 ppm CaCO ₃ теперь является вашей постоянной жесткостью. Чтобы получить значение временной жесткости, просто вычтите 38 из 50. Это даст вам временную жесткость 12 ppm CaCO ₃ .

Классификация жесткости воды

Как правило, любая вода с жесткостью 60 частей на миллион или ниже считается мягкой.

Классификация приведена в таблице ниже.

Hardness type	PPM	Grains per gallon	German degrees	Clark degrees
Soft	<60	1026	3.36	4,2
Умеренно жесткий	61-120	1043-2052	3,42-6,72	4.27-8.4
Hard	121-180	2069-3078	6.78-10.1	8.47-12.6
Very hard	>180	>3078	>10. возврат денег обмен Оплата при получении быстрая доставка 100% безопасность платежей