Жесткость воды и методы ее устранения
Суммарное содержание ионов Ca2+ и Mg2+ в воде называется ее общей жесткостью. Она подразделяется на карбонатную (временную) и некарбонатную (постоянную). Количественно временную жесткость характеризуют содержанием гидрокарбонатов, удаляющихся из воды при ее кипячении в течение часа. Жесткость, оставшаяся после кипячения, называется постоянной жесткостью. Жесткость воды выражают суммой миллимоль эквивалентов ионов Ca2+ и Mg2+, содержащихся в 1 л воды. Один миллимоль эквивалентов жесткости отвечает содержанию 20,04 мг/л Ca2+ или 12,16 мг/л Mg2+.
Карбонатная жесткость обусловлена присутствием в воде растворимых гидрокарбонатов кальция и магния. Способы ее устранения основаны на выводе катионов Ca2+ и Mg2+ из воды в виде нерастворимых солей:
1) Кипячение (используется в быту):
Ca(HCO3)2 CaCO3 + CO2 + H2O
Mg(HCO3)2 Mg(OH)2 + 2CO2.
2) Действие известкового молока Ca(OH)2 или соды Na2CO3 (используется в промышленности):
Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 = 2CaCO3 + 2H2O
Ca(HCO3)2 + Na2CO3 = CaCO3 + 2NaHCO3
Mg(HCO3)2 + Ca(OH)2 = Mg(OH)2 + CaCO3 + CO2 + H2O
Mg(HCO3)2 + Na2CO3 = MgCO3 + 2NaHCO3.
Некарбонатная, или постоянная, жесткость обусловлена присутствием сульфатов, хлоридов, нитратов и фосфатов кальция и магния.
Постоянная жесткость при кипячении воды не устраняется. Ее устраняют добавлением соды или фосфата натрия:
CaSO4 + Na2CO3 = CaCO3 + Na2SO4
3CaSO4 + 2Na3PO4 = Ca3(PO4)2 + 3Na2SO4
Для устранения жесткости методом ионного обмена воду пропускают через слой катионита. Вещества, которые способны обменивать свои ионы на катионы из раствора, называются катионообменниками (катионитами); на анионы из раствора – анионообменниками (анионитами). При этом катионы Ca2+ и Mg2+ обмениваются на катионы Na+, содержащиеся в применяемом катионите.
Жесткость воды может быть рассчитана по формуле:
где
mB – масса растворенного вещества (г);
- молярная
масса эквивалента вещества (г/моль);
V – объем воды (л).
Также жесткость воды можно вычислить по формуле:
где
[Ca2+] и [Mg2+] – концентрации ионов Ca2+ и Mg2+, мг/л.
По значению жесткости воду условно делят на мягкую (до 4 ммоль(экв)/л), средней жесткости (4-8 ммоль(экв)/л), жесткую (8-12 ммоль(экв)/л) и очень жесткую (более 12 ммоль(экв)/л).
Побочная подгруппа II группы
Строение внешнего электронного уровня выражается общей электронной формулой ...(n - 1)s2p6d10ns2.
Химическая активность уменьшается от цинка к ртути. Цинк и кадмий вытесняют водород из разбавленных кислот, ртуть не вытесняют водород.
Гидроксид цинка Zn(OH)2 амфотерен, гидроксид кадмия Cd(OH)2 - слабое основание. Гидроксиды ртути HgOH и Hg(OH)2 тоже основные; разлагаются в момент образования.
Цинк и кадмий образуют на воздухе плотную пленку оксида, ртуть на воздухе не окисляется. Пары кадмия и ртути очень ядовиты.
Цинк и кадмий
В природе встречаются в виде сульфидных руд: ZnS – цинковая обманка, ZnS.CdS – гринокит, ZnCO3 – галмей. Процесс получения цинка и кадмия из руд проводят в две стадии. Сначала обжигом на воздухе переводят сульфид в оксид, а затем восстанавливают оксид металла углем:
2ZnS + 3O2 = 2ZnO + 2SO2
ZnO + C = CO + Zn
Образующиеся в процессе последней реакции пары металла увлекаются током СО и сгущаются в конденсаторах.
Помимо восстановления оксида цинка углем для выделения металла часто пользуются электролизом. В этом случае полученный обжигом оксид растворяют в серной кислоте. Образующийся раствор ZnSO4 и служит электролитом, из которого осаждают цинк на катоде.
Химические свойства
1. Цинк и кадмий - активные металлы. Реагируют с галогенами, кислородом, серой. Не взаимодействуют с азотом, водородом, углеродом.
2. Легко растворяются в разбавленных кислотах:
4Zn + 10HNO3 = 4Zn(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O
3. В щелочах растворяется только цинк:
Zn + 2NaOH + 2H2O = Na2[Zn(OH)4] + H2
4. Оксиды цинка и кадмия - тугоплавкие белые порошки, плохо растворимые в воде. Получаются термическим разложением гидроксидов или карбонатов:
Cd(OH)2 = CdO + H2O
5. Гидроксид цинка амфотерен:
Zn(OH)2 + 2NaOH = Na2[Zn(OH)4]
6. Соли цинка и кадмия в основном бесцветны, кроме сульфида кадмия CdS (ярко-желтого цвета), который используется в качестве краски. Получение CdS:
CdCl2 + Na2S = CdS + 2NaCl
В качестве белой краски используется смесь ZnS + BaSO4 – литопон и цинковые белила – ZnO. Zn и Cd используются в сплавах (бронзы, латуни) и в качестве защитных покрытий на сталях.
Ртуть
В природе встречается в виде минерала HgS – киноварь и в самородном состоянии. Получается обжигом сульфида:
HgS + O2 = Hg + SO2
Пары ртути очень ядовиты, их ПДК в воздухе 0,005 мг/м3.