Жорсткість води

Кафедра неорганічної хімії

Курсова робота

студентки І курсу

хімічного факультету

групи Х-113

Машкіної А.Ю

Науковий керівник Кириченко.А.В.

старший викладач

ХАРКІВ 2015

Реферат

Тема данного курсового проекта “Жёсткость воды”.

Жёсткость воды - это физико-химические свойства воды,

характеризующиеся наличием в ней солей кальция и магния и кислотных остатков.

В моей работе указаны классификация видов жёсткости воды, её расчёт, и основные методы устранения. Приведены данные для перевода единиц жёсткости виды, требования к наличию “солей жёсткости” в Украине согласно Государственным санитарным правилам и нормам Украины и допустимые уровни жёсткости воды в других странах.

Теоретическая часть подкреплена практической работой по определению общей и временной жёсткости, проведены соответствующие расчёты, а также расчёт постоянной жёсткости.

Актуальность моей работы обусловлена необходимостью в

количественном определении жёсткости воды и методах её регулировки или устранения для бытовых и производственных целей.

Курсовая содержит 36 страницы, 2 раздела, ….. рисунков. Использовано...источников.

Ключевые слова: жёсткость воды, “соли жёсткости”, “жёсткая” вода, магний, кальций.

Реферат

Тема даного курсового проекту "Жорсткість води".

Жорсткість води - це фізико-хімічні властивості води, що характеризуються наявністю в ній "солей жорсткості".

У моїй роботі вказані класифікація видів жорсткості води, її розрахунок, і основні методи усунення. Наведено дані для перекладу одиниць жорсткості види, вимоги до наявності "солей жорсткості" в Україні згідно Державним санітарним правилам і нормам України і порявняні із допустимими значеннями жорсткості води в інших країнах.

Теоретична частина підкріплена практичною роботою по визначенню загальної і тимчасової жорсткості, проведені відповідні розрахунки, а також розрахунок постійної жорсткості.

Актуальність моєї роботи обумовлена ​​необхідністю в

кількісному визначенні жорсткості води і методах її регулювання або усунення для побутових і виробничих цілей.

Курсова містить 36 сторінок, 2 розділу,... малюнків. Використано... джерел.

Ключові слова: жорсткість води, "солі жорсткості", "жорстка" вода, магній,

Abstract

The theme of this course project "Water hardness".

Water hardness - is the physical and chemical properties of water, characterized by the presence in it "hardness salts."

My course work contain of classification of water hardness, its calculation, and the basic methods of elimination. Рresented the transfer of units of hardness species and requirements for the presence of "hardness salts" in Ukraine, according to the State sanitary rules and norms of Ukraine and the value of water hardness in other countries.

The theoretical part is supported by practical work on the definition of common and temporary hardness, corresponding calculations are carried out, as well as the calculation of constant stiffness.

The relevance of my work due to the need to quantitative determination of water hardness and adjust its methods of removal or for domestic and industrial purposes.

Coursework includes 36 pages, 2 of... pictures. Used... authorship.

Keywords: water hardness "salt of rigidity," "rigid" water, magnesium, calcium.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Целью моей работы является изучение жёсткости воды, методов её количественного определения и устранения.

Водоподготовка в настоящее время является незаметным, но важным элементом в жизни человека. Для питьевой воды и воды для тушения пожаров или полива растений уровень жёсткости воды не имеет принципиального значения, но для современной бытовой техники, систем водоснабжения и отопления, сантехники устранение жёсткости является необходимой мерой для продления срока службы оборудования и экономии моющих средств. Поэтому регулировка жёсткости воды крайне актуальна для применения воды в быту - мытья посуды, стирки и др. Именно это подтверждает актуальность моей работы.

Моя курсовая работа содержит общие сведения о понятии “жёсткость воды”, её классификации по количеству и по качественному составу “солей жёсткости”. Также в работе приведены методы устранения жёсткости и методы её количественного определения.

Особое внимание уделено способам устранения “солей жёсткости из воды.”

Практической частью моей работы является определение уровня общей, постоянной и временной в разных образцах воды.

Для написания работы были использованы литературные источники по курсу общей химии………

1.ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1 Понятия о жёсткости воды

Жёсткость воды — совокупность химических и физических свойств воды, обусловленная содержанием в ней растворённых солей щёлочноземельных металлов, преимущественно, кальция и магния (так называемых «солей жёсткости»).

Таблица 1.1

Катионы	Анионы
Кальций (Mg^2+)	Гидрокарбонат (HCO3^-)
Магний (Ca^2+)	Сульфат (SO4^2-)
Стронций (Sr^2+)	Нитрат (NO3^-)
Железо (Fe^2+, Fe^3+)	Хлорид (Cl^-)
Марганец (Mn^2+)	Силикат (SiO3^2-)

Наибольшее влияние на уровень жёсткости влияют ионы кальция и магний. Стронций, двухвалентное железо и марганец не влияют на жёсткость столь сильно, поэтому солями этих металлов, как правило, пренебрегают. Встречаются и соли алюминия, и трёхвалентного железа, они также влияют на жёсткость, но при уровнях рН, встречающихся в природных водах, их растворимость и, соответственно, "вклад" в жёсткость ничтожно малы. Не учитывается и незначительное влияние бария.

Из вышесказанного можно сделать вывод, что чем выше концентрация указанных катионов кальция и магния в воде, тем вода жёстче.

Различают карбонатную (временную) жёсткость и некарбонатную (постоянную) жёсткость. Карбонатная (временная) вызвана содержанием в воде гидрокарбоната кальция и магния. Такая жёсткость легко устраняется кипячением. При этом соли разлагаются на СаСО₃ и Mg(OH)₂ с выделением СО₂. Некарбонатная (постоянная) обусловлена кальциевыми и магниевыми солями минеральных кислот. Например, CaSO₄, CaCl₂, MgSO₄, MgCl₂, Ca(NO₃) ₂ и др.

Также выделяют кальциевую и магниевую жёсткости. Кальциевая жесткость - это количество растворенной в воде извести. Магниевая жёсткость определяется количеством выделяемого при известковании гидроксида магния.

Жёсткой называется вода с большим содержание солей кальция и магния, с малым содержанием — мягкой.

Термин «жёсткая вода» сформировался с течением времени из-за того, что ткань после стирки мылом на основе жирных кислот становилась более жёсткой на ощупь. Это объясняется сорбцией тканью кальциевых и магниевых солей жирных кислот, образующихся в процессе стирки. А также тем, что волокна ткани обладают ионообменными свойствами, и, как следствие, свойством сорбировать многовалентные катионы — на молекулярном уровне.

Ниже в таблице приведены виды жёсткости воды и соответствующие им количества “солей жёсткости” на литр объёма.

Таблица 1.2

Единицы измерения жёсткости воды	Концентрация
мг/л	мэкв/л
Мягкая	<17,1	<2
Средней жёсткости	60-120	2-6
Жёсткая	120-180	6-10
Очень жёсткая	>180	>10

Жёсткость природных вод может варьироваться в довольно широких пределах: от 0,1-0,2 ммоль экв/л в реках и озерах, расположенных в зонах тайги и тундры, до 80-100 ммоль экв/л и более в подземных водах, морях и океанах. Различают воду мягкую (общая жесткость до 2 ммоль экв/л), средней жесткости (2-10 ммоль экв/л) и жесткую (более 10 ммоль экв/л). В поверхностных водоисточниках, где преобладает, как правило, карбонатная жесткость (70-80% от общей), а магниевая жесткость обычно не превышает 30%, реже 60% от общей, наибольшего значения жесткость воды достигает в конце зимы, наименьшего - в период паводка. Так, в Волге (г. Горький) максимальная жесткость воды бывает в марте (4,3 ммоль экв/л), минимальная - в мае (0,5 ммоль экв/л). В подземных водах жесткость воды более постоянна и меньше изменяется в течение года. Увеличивается жёсткость из-за испарения воды, уменьшается в сезон дождей, а также в период таяния снега и льда.

1.2 Образование жёсткой воды

Одна из причин появления жёсткости воды это горные породы (известняки, доломиты), которые растворяются в результате контакта с природной водой.

Дождевые осадки, попадая на поверхность и проникая в недра земли, растворяют минералы кальция и магния. Это в основном карбонаты. Вода вымывает из почвы частички и других минералов, таких, как гипса, доломитов, известняков, а также горных пород. Затем вода, насыщенная углекислотой, взаимодействует с ними. В результате, нерастворимые карбонаты превращаются в растворимые гидрокабонаты кальция и магния. Эти вещества относятся к кислым солям. Именно в таком растворённом виде катионы кальция и магния находятся в воде и обуславливают её временную или карбонатную жёсткость.

Соли жёсткости образовываются таким образом:

CaCO₃ + H₂O + CO₂ = Ca(HCO₃)₂

MgCO₃ + H₂O + CO₂ = Mg(HCO₃)₂

Таким образом можем сделать вывод, что жесткость воды зависит от химического состава почвы, через который проходит вода, содержания в воде оксида углерода (IV) и степени загрязнения ее органическими веществами.

1.3 Жёсткость воды в быту и промышленности.

Влияние жёсткости воды на организм человека

Жёсткая воды оказывает влияние как на жизнь человека, в быту и производстве, так на его организм. Высокий уровень жёсткости воды, например, при умывании сушит кожу и увеличивает расход мыла при стирке, поскольку часть его образует с катионами и нерастворимый осадок (например, стеаратов кальция и магния (Ca(C₁₇H₃₅C00)₂ и Mg(C₁₇H₃₅COO)₂)), который препятствует образованию пены. Качество тканей, стираемых в жесткой воде, и тканей, при отделке которых она применяется, ухудшается вследствие осаждения на тканях кальциевых и магниевых солей высших жирных кислот мыла, что способствует быстрому изнашиванию вещей.

Использование жёсткой воды в производстве вызывает появление осадка (накипи) на стенках паровых котлов, отопительных приборах и бытовой металлической посуде, что значительно снижает интенсивность теплообмена, так как соли кальция и магния плохо проводят тепло, что приводит к большому перерасходу топлива и электроэнергии, а затем перегреву металлических поверхностей и быстрому изнашиванию приборов. Также накипь способствует уменьшению диаметра водопроводных труб в 2-3 раза, что чревато повреждениям труб.

Что касается быта, в воде с высокой жесткостью плохо развариваются овощи и мясо, так как катионы Са²⁺ и Mg²⁺ образуют с углеводами и белками пищевых продуктов сложные нерастворимые соединения. Большая магниевая жесткость влияет на вкус воды, придавая воде горький привкус, поэтому содержание катионов Mg²⁺ в питьевой воде не должно превышать 100 мг/л. Вкус природной питьевой воды, например, воды родников, обусловлен именно присутствием солей жёсткости.

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

Потребление жёсткой или мягкой воды, конечно, обычно не является опасным для здоровья. Есть данные о том, что высокая жёсткость способствует образованию камней в почках, но они не доказаны. Но существуют данные о том, что высокое содержание “солей жёсткости” она провоцирует появление болезней суставов и аллергии, а низкая — незначительно увеличивает риск сердечно-сосудистых заболеваний.

К слову о влиянии “жёсткой” воды на организм, стоит сказать, что при резком переходе от употребления мягкой воды к твердой, а особенно, когда в воде являются сульфаты магния, что случается в туристических или экспедиционных условиях, при смене места жительства, могут возникать временные диспепсические явления (расстройства органов пищеварения). Также при исследовании данного вопроса, английские учёные заметили обратную зависимость между уровнем жёсткости в питьевой воде и уровнем смертности.

Не стоит забывать, что умеренная жёсткость - это необходимое качество воды, из которой мы получаем необходимое количество кальция, необходимого нашему организму, и что ни чрезмерно жёсткая, ни чрезмерно мягкая вода не приносят организму какой-либо очевидной пользы.

1.4 Уровень жёсткости воды

Существуют некоторые нормы, касательно уровня жёсткости воды. Они определяются ГОСТом и варьируются в разных странах. Ниже приведены нормы уровня жёсткости воды в разных странах.

Таблица 1.3

Единица жёсткости	Страна	Соответствие	Множитель для перехода к моль-экв/л
ммоль-экв/дм³ (ДСанПіН 2.2.4-171-10)	Украина	20,04 мг Ca^2+ или 12,16 мг Mg^2+ в 1 дм³ (л) воды
°Ж	Россия	20,04 мг Ca^2+ или 12,16 мг Mg^2+ в 1 дм³ (л) воды
°DH (°dH, °dGH)	Германия	10 мг CaО или 7,194 мг MgО в 1 дм³ (л) воды	0,357
°Clark (°e)	Велико- британия	10 мг CaСО3 в 0,7 дм³ (л) воды	0,285
°F (°fh, °f, °TH)	Франция	10 мг CaСО3 в 1 дм³ (л) воды	0,2
ppm (°usH)	США	1 мг CaСО3 в 1 дм³ (л) воды	0,02

Для численного выражения жёсткости воды указывают концентрацию в ней катионов кальция и магния.

Рекомендованная единица СИ для измерения концентрации - моль на кубический метр (моль/куб.м), однако, на практике для измерения жёсткости чаще используется миллимоль на литр (ммоль/л).

В странах СНГ жесткость воды выражают в ммоль-экв/л: карбонатная жесткость отвечает той части катионов кальция и магния, которая эквивалентна содержащимся в воде анионам НСО₃^-, некарбонатная - анионамSO₄^2-, NO₃^- и др. (1 ммоль экв/л соответствует 20,04 мг/л катионов Са^{2 +} или 12,16 мг/л катионов Mg²⁺). В России для измерения жёсткости чаще используется нормальная концентрация ионов кальция и магния, выраженная в миллиграмм-эквивалентах на литр (мг-экв/л). Один мг-экв/л соответствует содержанию в литре воды 20,04 миллиграмм кальция или 12,16 миллиграмм магния (атомная масса делённая на валентность).

В других странах для выражения жесткости воды часто используют так называемые градусы жесткости. Например, градус жесткости немецкий, соответствующий 0,01 г СаО в 1 л воды, равен 0,357 ммоль экв/л.

Общая жесткость питьевой воды во избежание ухудшения ее органолептических свойств должна быть не более 7 ммоль-экв/л; по согласованию с органами санитарно-эпидемиологической службы иногда допускается увеличение общей жесткости воды до 10 ммоль экв/л.

1.5 Способы устранения жёсткости воды

Для устранения или уменьшения жесткости воды применяют специальные методы. Например, из реагентных методов наиболее распространен известково-содовый, который позволяет устранить карбонатную и некарбонатную жесткость воды. С помощью ионообменных методов умягчают воду с преобладающей некарбонатной жесткостью воды (Na⁺-катионирование) или карбонатной (Н⁺-катионирование); комбинированием этих методов получают глубоко умягченную воду. А, например, временную жёсткость можно удалить обычным кипячением.

Некоторыми способами можно удалить из воды не только “соли жёсткости”, но даже произвести более глубокую очистку.

Процесс удаления из воды бытовых, технических и химических примесей называется водоподготовкой.

Ниже приведены различные способы умягчения воды. [методичка]

Дата добавления: 2015-07-19