| Катионы | Анионы |
| Кальций (Са2+) | Гидрокарбонат (HCO3-) |
| Магний (Mg2+) | Сульфат (SO42-) |
| Стронций (Sr2+) | Хлорид (Cl-) |
| Железо (Fe2+) | Нитрат (NO3-) |
| Марганец (Mn2+) | Силикат (SiO32-) |
На практике стронций, железо и марганец оказывают на жёсткость столь небольшое влияние, что ими, как правило, пренебрегают. Алюминий (Al3+) и трёхвалентное железо (Fe3+) также влияют на жёсткость, но при уровнях рН, встречающихся в природных водах, их растворимость и, соответственно, "вклад" в жёсткость ничтожно малы. Аналогично, не учитывается и незначительное влияние бария (Ва2+).
Чем выше концентрация указанных двухзарядовых катионов Mg2+ и Са2+ в воде, тем вода жёстче. Наличие в воде этих катионов приводит к тому, что при использовании, например при стирке, обычного мыла (но не синтетического моющего средства) часть его расходуется на образование с этими катионами нерастворимых в воде соединений так называемых жирных кислот (мыло представляет собой смесь натриевых и калиевых солей этих кислот):
2С17 Н35 СОО- + Са2+ = (С17Н 35СОО)2Са
2С17Н 35 СОО- + Мg2+ = (С17Н 35СОО)2Mg
и пена образуется лишь после полного осаждения ионов.
Временная жёсткость воды обусловлена наличием в воде гидрокарбонатов, например, гидрокарбоната кальция Ca(HCO3)2 и магния Mg(HCO3)2.
При кипячении воды гидрокарбонаты разлагаются с образованием осадка среднего или основного карбоната:
Ca(HCO3)2 = СаСО3 + СО2+ Н2О,
Mg(HCO3)2 = Мg2 (ОН) 2 СО3 + 3СО2 + Н2О,
и жёсткость воды снижается. Поэтому гидрокарбонатную жёсткость называют временной.
Остальная часть жёсткости, сохранившаяся после кипячения воды, называется постоянной жёсткостью (или некарбонатная). Она обусловлена присутствием в ней сульфатов, хлоридов и других растворимых соединений кальция и магния, которые хорошо растворимы и так просто не удаляются.
Также различают и общую жёсткость воды. Она определяется суммарной концентрацией ионов кальция и магния. Представляет собой сумму карбонатной (временной) и некарбонатной (постоянной) жёсткости.[2]
Общая и временная жесткость воды определяется путем титрования пробы воды растворами точно известной концентрации, а постоянная рассчитывается по разнице между общей и временной жесткостью.
Метод определения общей жесткости основан на образовании прочного комплексного соединения трилона Б с ионами кальция и магния.
Определение ионов железа
Оборудование и реактивы: 50% раствор KNCS, HCl-24%
Приближенное определение ионов Fe
| Окрашивание, видимое при рассмотрение пробирки сверху вниз на белом фоне | Примерное содержание ионов железа Fe+3 |
| ОтсутствиеЕдва заметное желтовато-розовое Слабое желтовато-розовоеЖелтовато-розовое Желтовато-красноеЯрко-красное | менее 0, 05от 0, 05до 0, 1от 0, 1 до 0, 5от 0, 5 до 1, 0 от 1, 0 до 2, 5более 2, 5 |
Определение
К 10мл исследуемой воды прибавляют 1-2 капли HCl и 0, 2 мл (4 капли) 50%-го раствора KNCS. Перемешивают и наблюдают за развитием окраски. Примерное содержание железа находят по таблице2. Метод чувствителен, можно определить до 0, 02 мг/л.
Fe3+ + 3NCS- = Fe(NCS)3
Определение сульфатов (качественное определение с приближённой количественной оценкой)
Оборудование и реактивы: Штатив лабораторный с пробирками, пипетки 5 и 10 см3 с делениями на 0, 1 см3, колбы мерные вместимостью 100, 500 и 1000 см3, пробирки колориметрические с притертой пробкой и отметкой на 10 см3, палочки стеклянные, воронки стеклянные, HCl(1:5), BaCl2. (5%), калий сернокислый, серебро азотнокислое, вода дистиллированная. Подготовка к анализу. Приготовление основного стандартного раствора сернокислого калия: 0, 9071 г K2SO4 растворяют в мерной колбе вместимостью 1 дм3 в дистиллированной воде и доводят объем раствора дистиллированной водой до метки. 1 см3 раствора содержит 0, 5 мг сульфат-иона.
Приготовление рабочего стандартного раствора сернокислого калия
Основной раствор разбавляют 1 : 10 дистиллированной водой. 1 см3 раствора содержит 0, 05 мг сульфат-иона.
Приготовление 5 %-ного раствора хлористого бария
5 г ВаСl2 растворяют в дистиллированной воде и доводят объем до 100 см3.
Приготовление 1, 7 %-ного раствора азотнокислого серебра
8, 5 г AgNO3 растворяют в 500 см3 дистиллированной воды и подкисляют 0, 5 см3 концентрированной азотной кислоты.
Проведение анализа
В колориметрическую пробирку диаметром 14-15 мм наливают 10 см3 исследуемой воды, добавляют 0,5см3 соляной кислоты (1:5). Одновременно готовят стандартную шкалу. Для этого в такие же пробирки наливают 2, 4, 8 см3 рабочего раствора сернокислого калия и 1, 6; 3, 2; 6, 4 см3 основного раствора K2SO4 и доводят дистиллированной водой до 10 см3, получая таким образом стандартную шкалу с содержанием: 10, 20, 40, 80, 160, 320 мг/дм3 сульфат-иона. Прибавляют в каждую пробирку по 0, 5 см3 соляной кислоты (1:5), затем в исследуемую воду и образцовые растворы по 2 см3 5 %-ного раствора хлористого бария, закрывают пробками, перемешивают и сравнивают со стандартной шкалой.
Определение иона свинца (качественное)
Йод калий дает в растворе с ионами свинца характерный осадок PbI2: Исследования производятся следующим образом. К испытуемому раствору прибавить немного KI, после чего, добавив CH3COOH, нагреть содержимое пробирки до полного растворения первоначально выпавшего мало характерного желтого осадка PbI2. Охладить полученный раствор под краном, при этом PbI2 выпадет снова, но уже в виде красивых золотистых кристаллов Pb2+ +2I- . = PbI2
Определение ионов меди (качественное)
В фарфоровую чашку поместить 3-5мл исследуемой воды, выпарить досуха, затем прибавить 1каплю конц. раствора аммиака. Появление интенсивно синего цвета свидетельствует о появлении меди
2Сu2+ +4NH4. ОН = 2[Cu(NH3)4]2+ +4H2O
Определение органических веществ в воде
Оборудование и реактивы: пробирки, пипетка на 2мл, HCl (1:3), KMnO4
Определение: Наливают в пробирки 2 мл фильтрата пробы, добавляют несколько капель соляной кислоты. Затем готовят розовый раствор KMnO4 и приливают его к каждой пробе по каплям. В присутствии органических веществ KMnO4 будет обесцвечиваться. Можно считать, что органические вещества полностью окислены, если красная окраска сохраняется в течение одной минуты. Посчитав количество капель, которое потребуется для окисления всех органических веществ, узнаем загрязненность пробы[5]
Методы устранения жёсткости воды
Для избавления от временной жёсткости необходимо просто вскипятить воду. При кипячении воды гидрокарбонаты разлагаются с образованием осадка среднего или основного карбоната:
Ca(HCO3)2 = СаСО3 + СО2+ Н2О,
Mg(HCO3)2 = Мg2 (ОН) 2 СО3 +3СО2 + Н2О,
и жёсткость воды снижается. Поэтому гидрокарбонатную жёсткость называют временной.
Умягчить жёсткую воду можно и обработкой воды различными химическими веществами. Так, временную (карбонатную) жёсткость можно устранить добавлением гашеной извести:
Са2+ +2НСО-3 + Са2+ + 2ОН- = 2СаСО3+ 2Н2О
Mg2+ +2НСО-3 + Са2+ + 4ОН- = Mg(ОН) 2+2СаСО3+ 2Н2О.
При одновременном добавлении извести и соды можно избавиться от карбонатной и некарбонатной жёсткости (известково-содовый способ). Карбонатная жёсткость при этом устраняется известью (см. выше), а некарбонатная - содой:
Са2+ + СО2-3 = СаСО3 Mg2+ + СО2-3 = Mg СО3
и далее Mg СО3 + Са2+ + 2ОН- = Mg(ОН) 2+СаСО3
Вообще, с постоянной жёсткостью бороться труднее. Кипячение воды в данном случае не приводит к снижению её жёсткости. [10]
Для борьбы с постоянной жёсткостью воды используют такой метод, как вымораживание льда. Необходимо просто постепенно замораживать воду. Когда останется примерно 10 % жидкости от первоначального количества, необходимо слить не замершую воду, а лёд превратить обратно в воду. Все соли, которые образую жёсткость, остаются в незамерзшей воде.
Ещё один способ борьбы с постоянной жёсткостью - перегонка, т.е. испарение воды с последующей её конденсацией. Так как соли относятся к нелетучим соединениям, то они остаются, а вода испаряется.
Также, чтобы избавиться от постоянной жёсткости, можно, например, к воде добавить соду:
СаСl2 + Na2CO3 = CaCO3 + 2NaCl.
В настоящее время для борьбы с жёсткой водой существуют и более современные способы, чем кипячение воды или вымораживание, например, установка фильтров-умягчителей. Они смягчают воду и в результате, она обладает лучшими вкусовыми качествами и более благоприятно воздействует на кожу человека.[4]
Способы очистки воды
Способы очистки воды сегодня, могут порадовать своим многообразием от почти бесплатных и народных до высокотехнологичных и дорогих.
Очистка воды частичным замораживанием
Очистка воды по принципу обратного осмоса
Очистка воды озоном
Очистка воды методом опреснения воды
Подбирая систему водоочистки для своего жилища, надо отдавать себе отчет в том, что вода будет использоваться как в хозяйственно-бытовых целях, так и для питья и приготовления пищи.Такие системы подразделяют на те, которые устанавливаются там, где вода поступает в дом, и на те, которые ставятся в точке пользования, например, на кухне. Первые делают воду "хозяйственно-бытовой": с ней нормально работает стиральная машина, можно помыть посуду, ополоснуться под душем. Вторые - готовят питьевую воду.