"Химия", Журин А.А.
Жёсткость воды — свойство, которое появляется из-за растворённых солей кальция и магния. Она влияет на бытовые процессы: мыло хуже пенится, а при нагревании образуется накипь. Различают временную жёсткость, связанную с гидрокарбонатами и уменьшающуюся при кипячении, и постоянную, вызванную другими солями. Их сумма называется общей жёсткостью. Знание состава воды помогает выбрать подходящий способ её умягчения.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Жёсткость воды — свойство воды, обусловленное растворёнными солями кальция и магния. Ионы Ca²⁺ и Mg²⁺ влияют на действие мыла, нагревание и некоторые химические реакции. Поэтому по жёсткости оценивают не внешний вид воды, а наличие в ней определённых растворённых частиц.
Временная, или карбонатная, жёсткость связана главным образом с гидрокарбонатами кальция и магния: Ca(HCO₃)₂ и Mg(HCO₃)₂. При кипячении такие соли разлагаются, и жёсткость уменьшается. Это объясняет, почему для некоторых бытовых целей достаточно прокипятить воду.
Постоянная, или некарбонатная, жёсткость вызвана солями кальция и магния, которые не удаляются кипячением. К ним обычно относят сульфаты и хлориды, например MgSO₄ и MgCl₂. Для устранения такой жёсткости нужны специальные реагенты или фильтры.
Общая жёсткость — это суммарное проявление временной и постоянной жёсткости. Иначе говоря, она учитывает все основные растворённые соединения кальция и магния. Такое понятие нужно, чтобы оценить жёсткость воды в целом, а не только её часть, устраняемую кипячением.
Ионы кальция и магния попадают в природную воду при растворении горных пород и минералов. Вода просачивается через почву и породы, постепенно захватывая растворимые соединения. Чем больше таких ионов оказалось в растворе, тем сильнее проявляется жёсткость.
Гидрокарбонаты вызывают временную жёсткость, потому что они неустойчивы при нагревании. Например, Ca(HCO₃)₂ при кипячении превращается в малорастворимый CaCO₃, углекислый газ и воду. Карбонат кальция выпадает в осадок, а углекислый газ улетучивается, поэтому часть ионов удаляется из раствора.
Сульфаты и хлориды кальция и магния вызывают постоянную жёсткость. При кипячении эти соли не дают осадка, который надёжно удалял бы соответствующие ионы из воды. Поэтому нагревание меняет температуру раствора, но не устраняет его некарбонатный состав.
Мыло плохо пенится в жёсткой воде из-за реакции его растворимых частиц с Ca²⁺ и Mg²⁺. Образуются малорастворимые соединения, которые выглядят как хлопья или налёт и забирают часть мыла. По этой причине для стирки требуется больше моющего средства.
Накипь появляется там, где жёсткую воду нагревают или испаряют. При разложении гидрокарбонатов образуются малорастворимые карбонаты, прежде всего CaCO₃, а другие соединения могут участвовать в отложениях. Поэтому накипь покрывает нагревательные элементы, стенки чайников и внутреннюю поверхность труб.
Жёсткость уменьшают разными способами, потому что состав воды бывает различным. Кипячение подходит прежде всего для временной жёсткости, реагенты переводят растворённые ионы в осадок, а фильтры задерживают или обменивают их. Выбор способа зависит от того, какие именно соли кальция и магния присутствуют в воде.
| Признак | Временная жёсткость | Постоянная жёсткость |
|---|---|---|
| Какие соли её вызывают | Гидрокарбонаты кальция и магния | Сульфаты, хлориды и другие некарбонатные соли кальция и магния |
| Что происходит при кипячении | Гидрокарбонаты разлагаются, жёсткость уменьшается | Соли в основном остаются растворёнными, жёсткость сохраняется |
| Образующиеся вещества или осадок | Карбонат кальция, углекислый газ и вода | Осадок при обычном кипячении не образуется |
| Способ устранения | Кипячение, подходящие реагенты или фильтры | Специальные реагенты, ионообменные и другие фильтры |
Чтобы пользоваться таблицей, сначала определите анион соли: гидрокарбонат указывает на временную жёсткость, а сульфат или хлорид — обычно на постоянную. Затем сравните результат с действием кипячения. Если в воде есть оба вида солей, кипячение устранит только временную часть.
Укажите, какие вещества вызывают жёсткость воды: Ca(HCO₃)₂, MgSO₄, NaCl. Нужно проверить, содержатся ли в составе каждой соли ионы кальция или магния. Натрий к возникновению жёсткости не относится.
Ответ: жёсткость вызывают Ca(HCO₃)₂ и MgSO₄; NaCl её не вызывает.
Запишите уравнение разложения гидрокарбоната кальция при кипячении и назовите вид жёсткости, который устраняется. Сначала определяем, что гидрокарбонат относится к карбонатной части жёсткости. Затем записываем продукты нагревания: осадок, газ и воду.
Ответ: устраняется временная жёсткость, а образование осадка CaCO₃ показывает, почему кальций удаляется из раствора.
В воде растворены Ca(HCO₃)₂ и MgCl₂. Нужно определить, какая часть жёсткости исчезнет после кипячения, и записать соответствующую реакцию. Для этого сравниваем анионы обеих солей с признаками временной и постоянной жёсткости.
Ответ: устраняется временная часть жёсткости, вызванная Ca(HCO₃)₂; жёсткость от MgCl₂ сохраняется.
Любые соли кальция и магния удаляются кипячением. Так считают, потому что после кипячения часть накипи действительно исчезает. Проверяйте анион: кипячение прежде всего устраняет гидрокарбонаты, а не все соли этих металлов.
Временная и постоянная жёсткость — одно и то же. Ошибка возникает, если запомнить только общий признак присутствия кальция и магния. Сопоставляйте состав соли: гидрокарбонаты дают временную жёсткость, сульфаты и хлориды — постоянную.
Соли натрия и калия делают воду жёсткой. Иногда путают любые растворённые соли с соединениями, ответственными за жёсткость. Проверьте формулу: в ней должны присутствовать Ca или Mg, а не только Na или K.
В уравнении кипячения нет осадка CaCO₃. Без осадка непонятно, почему кальций удаляется из раствора. Проверьте продукты реакции: для Ca(HCO₃)₂ нужны CaCO₃↓, CO₂↑ и H₂O.
Для понимания темы нужны знания о составе солей, растворимости веществ и осадках. Также важно уметь составлять уравнения реакций разложения и различать растворимые и малорастворимые соединения.
Жёсткость воды связана с ионными реакциями, растворами и очисткой воды. Эти знания помогают объяснить свойства природной воды и выбрать бытовой способ её подготовки: кипячение, обработку реагентами или фильтрацию.
Почему жёсткая вода плохо пенится с мылом?
Ионы кальция и магния реагируют с мылом, образуя малорастворимые соединения. Поэтому часть мыла расходуется на осадок, а пены образуется меньше.
Какие соли вызывают временную жёсткость?
Главным образом временную жёсткость вызывают гидрокарбонаты кальция и магния: Ca(HCO₃)₂ и Mg(HCO₃)₂. При кипячении они разлагаются, поэтому такая жёсткость уменьшается.
Почему кипячение не устраняет постоянную жёсткость?
Сульфаты и хлориды кальция и магния при кипячении не разлагаются до нерастворимых веществ. Поэтому их ионы остаются в воде, хотя часть воды испаряется.
Из чего образуется накипь?
Накипь появляется при нагревании воды, содержащей соединения кальция и магния. При разложении гидрокарбонатов образуется малорастворимый карбонат кальция и другие отложения.
Можно ли определить жёсткость воды только по её внешнему виду?
Надёжно определить жёсткость только по внешнему виду нельзя: раствор обычно остаётся прозрачным и бесцветным. О ней могут косвенно говорить плохое пенообразование и накипь, но точное определение требует анализа или специального теста.
37. Жёсткость воды
