Определение общей и временной жесткости воды методами комплексонометрии и ацидиметрии

Лабораторная работа № 7

Компьютерное искусство

Постмодернизм и трансавангард

Концептуализм

Гипперреализм

Поп-арт

Абстрактный экспрессионизм

Сюрреализм

Дадаизм

Неопластицизм

Метафизическая живопись

Футуризм

Кубизм

Экспрессионизм

Фофизм

Френк Ллойд Райт

Ле Корбюзье

Людвиг Мис ван дер Роэ

Владимир Татлин

Супрематизм

Казимир Малевич

Павел Филонов

Василий Кандинский

Марк Шагал

Кузьма Петров-Водкин

«Бубновый валет»

«Ослиный хвост»

Вальтер Гропиус и «Баухаус»

Историческая обстановка: чудовищные мировые войны, тоталитарные режимы, гонка вооружений, абсолютная потеря «истин» эпохи Возрождения и Просвещения. Человек остался наедине с новым грозным непонятным миром как в первобытные времена.

Художественные тенденции: стирание национальных и государственных рамок, огромное разнообразие направлений, особенно авангардных (франц. avant-garde – «передний край»). Переосмысление отношений «действительность-художник-зритель»: от поиска новых форм старых ценностей – до полного отрицания каких либо форм знакомой эстетики.

Искусство России: рацвет стиля модерн (нач ХХв. – 30гг.), «советский период»(30 – 80гг.), сочетания разных стилей в разных формах, заново открыта иконопись, городская, народная культура(лубок, вывеска, афиша). В начале 10гг. – первые проявление абстракционизма (беспредметного искусства), СОЦАРТ(соц.реализм). С 1932 г.- гос. системы творческих союзов: Союз художников, Союз архитекторов,…). Все, что кроме СОЦАРТА в подполье.

Природная вода рек и озер представляет собой сложную систему, химический состав которой зависит от природы подстилающих грунтов, почв прибрежной зоны, сезонных и погодных условий, хозяйственной деятельности человека. Обычно она содержит в своем составе ионы растворенных солей: катионы Са²⁺ > Na⁺ > Mg²⁺ > K⁺ и др., анионы HCO₃^– > SO₄^2– > Cl^– и др., а также во взвешенном состоянии коллоидные примеси – простейшие микроорганизмы (планктон), глинистые и кварцевые частицы, частицы гумусовых веществ (высокомолекулярные гуминовые и фульвокислоты). Последние являются продуктами биохимической деструкции остатков растительного и животного происхождения. Вода минеральных источников содержит значительно меньше коллоидных примесей, но в ней в большем количестве присутствуют растворенные соли. Химический состав бутылированной минеральной воды обычно указывают на этикетке.

На станциях водоподготовки из природной воды удаляют методом коагуляции коллоидные примеси – эта процедура называется осветлением воды, далее проводят ее дезинфекцию и подают в водопроводные сети. При этом ионный состав питьевой воды практически не меняется и соответствует природному источнику.

Жёсткость воды – это совокупность химических и физических свойств воды, связанных с содержанием в ней растворённых солей щёлочноземельных металлов, главным образом, кальция и магния (так называемых «солей жёсткости»). Их поступление в поверхностные воды связано, главным образом, с растворением в грунтовых водах при участии растворенного углекислого газа, которым насыщена дождевая вода, гипса СаSО₄∙2Н₂О и карбонатных пород, например, известняка СаСО₃ и доломита СаСО₃∙MgСО₃ (см. задачу в конце методички):

СаСО₃ (тв) + СО₂ (грунт. вода) + Н₂О → Са(НСО₃)₂ (р–р)

СаСО₃∙MgСО₃ (тв) + 2СО₂ (грунт. вода) + 2Н₂О → Са(НСО₃)₂ (р–р) + Mg(НСО₃)₂ (р–р)

Вода с большим содержанием солей кальция и магния называется жёсткой, с малым содержанием — мягкой. В жесткой воде плохо развариваются мясо и овощи, она сушит кожу при умывании, вызывает появление осадка (накипи) на стенках домашней посуды, котлов, в трубах. Термин «жёсткая» по отношению к воде исторически сложился из-за свойств тканей после их стирки с использованием мыла, изготовленного на основе солей жирных кислот — ткань, постиранная в жёсткой воде, оказывается более жёсткой на ощупь. Это объясняется тем, что содержащиеся в мыле растворимые натриевые соли жирных карбоновых кислот переходят в жесткой воде в нерастворимые кальциевые и магниевые соли тех же кислот, которые и оседают на поверхности тканей, придавая им жесткость.

Жёсткость природных вод может меняться в довольно широких пределах и в течение года непостоянна. Увеличивается жёсткость из-за испарения воды, уменьшается в сезон дождей, а также в период таяния снега и льда. Вкус природной питьевой воды, например, воды родников, обусловлен именно присутствием в ней солей жёсткости.

Различают временную (карбонатную) жёсткость, обусловленную гидрокарбонатами кальция и магния Са(НСО₃)₂; Mg(НСО₃)₂, и постоянную (некарбонатную) жёсткость, вызванную присутствием других солей этих металлов, не выделяющихся при кипячении воды: в основном, сульфатов и хлоридов (CaSO₄, CaCl₂, MgSO₄, MgCl₂).

Суть устранения жесткости (умягчения) воды заключается в связывании ионов Са²⁺ и Mg²⁺ и последующего их удаления.

1 Термоумягчение. Основано на кипячении воды, в результате которого термически нестойкие гидрокарбонаты кальция и магния разлагаются с образованием накипи:

Ca(HCO₃)₂ → CaCO₃↓ + CO₂ + H₂O;

Mg(HCO₃)₂ → Mg(OH)₂↓ + 2 CO₂.

Кипячение устраняет только временную (карбонатную) жёсткость. Находит применение в быту.

2 Реагентное умягчение. Метод основан на добавлении к воде кальцинированной соды Na₂CO₃ или гашёной извести Ca(OH)₂. При этом соли кальция и магния переходят в нерастворимые соединения и выпадают в осадок. Например, добавление гашёной извести приводит к переводу солей кальция в его нерастворимый карбонат:

Ca(HCO₃)₂ + Ca(OH)₂ → 2CaCO₃↓ + 2H₂O;

добавление соды переводит соли магния в его малорастворимый гидроксокарбонат:

2 MgCl₂ + 3 Na₂CO₃ + 2 H₂O → (MgOH)₂CO₃↓ + 2 NaHCO₃ + 4 NaCl

Лучшим реагентом для устранения общей жесткости воды является ортофосфат натрия Na₃PO₄, входящий в состав большинства препаратов бытового и промышленного назначения для умягчения воды:

3Ca(HCO₃)₂ + 2Na₃PO₄ → Ca₃(PO₄)₂↓ + 6NaHCO₃

3MgSO₄ + 2Na₃PO₄ → Mg₃(PO₄)₂↓ + 3Na₂SO₄

Осадки малорастворимых веществ легко отделяются механическим фильтрованием. Этот метод оправдан при умягчении относительно небольших объемов воды, поскольку связан с решением ряда специфических проблем – фильтрацией осадка, точной дозировкой реагента.

3 Ионный обмен. Метод основан на использовании синтетических ионообменных смол (ионитов), представляющих собой не растворимые в воде твердые полимеры (R), вдоль цепи которых располагаются ионогенные группировки – остатки кислот или оснований. В первом случае смола называется катионитом, поскольку кислотные остатки, например, сульфогруппы R–SО₃Н или карбоксильные группы R–СООН, содержат подвижные катионы Н⁺, способные к ионному обмену на катионы из раствора. Во втором случае смола называется анионитом, где ионогенными являются аминогруппы:

R–NH₂ + H₂O → R–NH₃OH,

которые содержат подвижные анионы ОН^–, способные к ионному обмену на анионы из раствора. Синтетические ионообменные смолы выпускаются промышленностью в виде небольших зерен (гранул) диаметром 0,5 – 1 мм, которые перед употреблением вымачивают в воде для набухания. Далее из них формируют ионообменные фильтры, через которые фильтруют воду.

а) Умягчение воды с помощью катионитов. Сначала через катионит R–SО₃Н фильтруют раствор хлорида натрия, заменяя подвижный катион Н⁺ смолы на катион Na⁺ из раствора:

R–SО₃Н (смола Н–форма) + NaCl (раствор)→ R–SО₃Na (смола Na-форма) + НСl (раствор).

Далее через катионит в Na– форме фильтруют жесткую воду, из которой катионы кальция и магния переходят на смолу, а катионы натрия переходят в воду:

2 R–SО₃Na(смола Na-форма) + Са²⁺(Mg²⁺) (вода)→[R–SО₃]₂Ca (Mg)(смола) + 2Na⁺ (вода).

Отработанный катионит регенерируют с помощью раствора хлорида натрия.

б) Обессоливание воды – удаление из нее как катионов, так и анионов растворенных солей. Сначала воду фильтруют через катионит в Н– форме, в результате чего все катионы солей переходят на смолу, заменяя в эквивалентном количестве ионы Н⁺.:

z R–SО₃Н (смола Н–форма) + Kat^z+ (вода) → [R–SО₃]_z Kat(смола) + z H⁺ (вода)

После этой процедуры смесь солей исходной воды заменяется эквивалентной смесью минеральных кислот – хлороводородной, серной, угольной и др. Далее образовавшуюся кислую воду фильтруют через анионит в ОН– форме, при этом анионы кислот из воды переходят на смолу, заменяя в эквивалентном количестве гидроксид– ионы ОН^–:

z R–NH₃OH(смола ОН-форма) + An^z– (вода)→ [R–NH₃]_z An (смола) + z OH^– (вода).

Переходящие в воду гидроксид – ионы ОН^– нейтрализуют ионы Н⁺:

H⁺ + OH^– → Н₂О.

Использованные смолы регенерируют, фильтруя через катионит раствор хлороводородной кислоты, а через анионит – раствор гидроксида натрия.

4 Обратный осмос. Метод основан на продавливании предварительно очищенной от коллоидных примесей воды через полупроницаемые мембраны (как правило, полиамидные) под действием избыточного внешнего давления, в 2 – 3 раза превышающего осмотическое давление исходной воды. Вместе с солями жёсткости удаляется и большинство других солей. Эффективность очистки может достигать 99,9 %, но данный метод достаточно дорог.

5 Дистилляция (перегонка) – этот метод очистки воды, в том числе и от солей жесткости, широко используется в лабораторной практике.

Количественной характеристикой жесткости воды (Ж) является суммарное количество миллимолей эквивалентов катионов кальция 1/2Са²⁺ и катионов магния 1/2Mg²⁺, содержащихся в одном литре воды, ммоль/л:

Ж, ммоль/л = [ c(1/2Са²⁺) + c(1/2Mg²⁺)] ·10³ = , (1)

где с(…) –молярные концентрации эквивалентов ионов кальция и магния, моль/л;

10³ – переводной множитель от моль/л к ммоль/л;

ρ (…) – массовые концентрации ионов кальция и магния, мг/л;

20,04 и 12,15 г/моль – молярные массы эквивалентов кальция и магния.

С 1 января 2005 года в России введен ГОСТ жесткости воды – она выражается в градусах жесткости (°Ж). Один градус жесткости °Ж соответствует молярной концентрации эквивалента ионов щелочноземельного металла 1/2 М²⁺ равной с(1/2М²⁺) = 1 ммоль/л.

По величине общей жёсткости различают воду мягкую (до 2 °Ж), средней жёсткости (2–10 °Ж) и жёсткую (более 10 °Ж).

Санитарная норма для питьевой воды составляет Ж < 7 °Ж.

Дата добавления: 2017-01-13