Х И М И ЯРеферат
на тему:
«Методы умягченияводы»
Ученика 10а класса
Марковской гимназии
Скибы Андрея
2004 г.
I.Вступление. Вода в природе.
Передвигаясь по земле и под землей и соприкасаясь с горными породами, вода обогащаетсяразличными солями и металлами. О масштабах разрушительной работы рек по тому, что каждый год реки приносят в моря и океаны 3265 млн. тразличных растворенных веществ. Во всех океанах и морях растворено до 20 млн.км³ разных минеральных солей. Если бы эти соединенияизвлечь, то они покрыли бы всю сушу земного шара слоем толщиною в 130 м. Только в одном озере Эльтон запасы превышают 3 млрд. т.
Природная вода содержит различные примеси минеральных и органических веществ, атакже газы и микроорганизмы. Но, кроме растворенных веществ (соли кальция,алюминия, магния, хлорид натрия, органические соединения и газы), в водесодержатся во взвешенном состоянии и механические примеси, от которыхнеобходимо освободится (мельчайшие частицы глины, песка, остатки растений иживотных).
Вода,в которой имеется большое количество растворенных солей кальция и магния,называется жесткой.
II.Единицы измерения и виды жесткой воды.
Жесткость воды является одним из основных показателей ее качества и определенияпригодности к использованию. Жесткость воды измеряется в специальных единицах –миллиграмм-эквивалент на литр (мг-экв/л); 1 мг-экв жесткости обозначает, что в 1 л воды содержится 20,04 мг кальция или 12,16мгмагния.
Различают жесткость карбонатную («временную»), некарбонатную(«постоянную») и общую. Некарбонатная жесткость обусловливаетсяналичием растворенных в воде хлоридов, сульфатов и других солей кальция имагния, которые при кипячении выпадают в осадок (осадок наблюдается только приупаривании воды, когда водный раствор окажется пересыщенный этими солями).Карбонатная жесткость характеризуется содержанием в воде бикарбонатов кальция имагния, способных при кипячении воды разлагаться и выпадать в осадок:
Ca (HCO3) 2 = CaCO3 + H2O + CO2
Такаяжесткость может быть устранена предварительным подогревом воды и последующимотфильтрованием выпавшего осадка.
Общая жесткость воды выражает содержание в ней всех солей кальция и магния.Если их количество в воде в целом не превышает 3 мг-экв/л, то такая водасчитается мягкой, при наличии 3-6мг-экв/л – средней и свыше 6мг-экв/л– жесткой. Для сравнения отметим, что жесткость воды ладожском озересоставляет 0,6мг-экв/л воды, в Неве – 0,7мг-экв/л, в Амуре –2,9мг-экв/л, Днестре – 5,7мг-экв/л, Доне – 7,0мг-экв/л,Балтийском море – 13,9мг-экв/л, Черном – 46мг-экв/л, Каспийском– 74,0 мг-экв/л
При исследовании жесткой воды, кроме жесткости и сухого остатка послеиспарения, учитывают также ее температуру, цвет, запах, вкус, прозрачность,наличие мути, изменения при хранении, содержание двуокиси углерода, а также определяюткислую и щелочную реакцию.
III.Очистка и подготовка воды к потреблению (умягчение).
Очисткеи подготовке воды уделяют огромное внимание. Мировая статистика показывает, чтоежегодно примерно 500 млн. человек становятся жертвами болезней из-затого, что не имеют в достаточном количестве чистой воды. Чтобы получить нужноеколичество питьевой волы, удовлетворяющей санитарным требованиям, необходимо еедолго и тщательно обрабатывать. Каждая водопроводная станция представляет собойсложное сооружение. При отборе воды из реки или озера она проходит черезметаллические сетки, оставляя на них водоросли, щепки и другие крупныезагрязнения. Дальнейшее оседание механических примесей происходит вотстойниках. Затем в воду добавляют специальные вещества (коагулянты), которыепомогают мельчайшим частичкам мути собраться в более крупные сгустки, оседающиена фильтре, состоящем из песка и гравия. Затем воду обеззараживают хлором,поскольку в каждом ее кубическом сантиметре содержатся тысячи микробов.
Карбонатнуюжесткость устраняют, прибавляя к воде Ca(OH) 2 в количестве, строго отвечающим найденному анализусодержанию бикарбонатов. При этом по реакции весь карбонат переходит внормальный карбонат и осаждается:
Ca (HCO3) 2 + Ca (OH) 2 = 2CaCO3↓+ 2H2O
От некарбонатной жесткости освобождаются добавлением к воде соды, котораявызывает образование осадка по реакции:
CaSO4+ Na2CO3 = CaCO3↓+ Na2SO4
Водедают затем отстояться и лишь после этого пользуются ею в производстве. Воду дляпитания котельных, электростанций и технологических процессов умягчаюттермохимическим методом. Во время нагрева добавляют такие химические соединениякак известь, соду, щелочи, фосфаты натрия с последующим отфильтрованиемвыпавшего осадка:
CaSO4+ Na2CO3 = CaCO3 + Na2SO4
MgCl2+ 2NaOH = Mg (OH) 2 + 2NaCl
3CaSO4+ 2Na3PO4 = Ca3 (PO4) + 3Na2SO4
Все болееширокое применение для умягчения воды получают ионообменные материалы(ионитами). Это твердые, нерастворимые в воде и других растворителях вещества(чаще всего в виде зерен), обладающие способностью обменивать содержащиеся вних катионы и анионы на другие катионы или анионы, находящиеся в растворе,пропускаемом через ионит. Применяемые в настоящее время иониты – этосинтетические смолы, но есть и природные иониты: пермутиты, глауконит и другиеминералы. Выпускаемые промышленностью иониты делятся на два основных класса:катиониты и аниониты. Именно иониты помогли успешно решить вопрос. Которыйволновал человечество: как морскую воду сделать пресной? Как же умягчается водаионитами? Для этого устанавливают обычно две колонны: с катионитом и анионитом,через которые последовательно пропускается жесткая вода. В катионитеобмениваются катионы солей, растворенных в воде, а в анионите – анионы. Длябольшей надежности можно пропустит воду через буферный фильтр. В результатеобмена ионов в ионитах в воде остаются только хорошо растворимые соли,неспособные к образованию накипи. После насыщения ионита поглощенные им ионылегко удаляются; одновременно с этим ионообменные свойства смолы полностьювосстанавливаются (иониты заряжаются). С этой целью катионы промывают кислотами(HCl или NaCl),а аниониты – растворами щелочей.
Очищенная вода таким методом почти не имеет солей, вызывающих жесткость, и посвоим качествам не уступает дистиллированной.
Не случайно многие ученые считают. Что открытие такого способа опресненияморской воды, при котором цена пресной воды будет немного превышать ее обычнуюстоимость, по своему значению и результатам равноценно открытию атомнойэнергии.
Список литературы:
· В.А. Крицман «Книга для чтения понеорганической химии».
· Б.В. Некрасов «Учебник общейхимии».