Твердість води і способи її усунення.
ПЛАН
1. Карбонатна кислота, її дисоціація і розклад.
2. Солі карбонатної кислоти – карбонати і гідрокарбонати. Практичне значення карбонатів, перетворення карбонатів в природі. САМОСТІЙНО
3. Твердість води і способи її усунення.
4. Кругообіг Карбону в природі. САМОСТІЙНО
5. Колоїдні розчини. САМОСТІЙНО
6. Силікатна кислота і її солі – силікати.
7. Будівельні матеріали на основі силікатів. САМОСТІЙНО
- Карбонатна кислота, її дисоціація і розклад.
Карбонатна (вугільна) кислота – нестійка кислота середньої сили, що існує тільки в розчині. При нагріванні вона розкладається на оксид карбону (ІV) і воду. Вона дисоціює ступінчасто:
H2CO3 H+ + HCO3–
HCO3– H+ + CO32–
Сила кислоти залежить від того, скільки атомів Оксигену, не з’єднаних з Гідрогеном, зв’язано з центральним атомом, тобто мають подвійний зв’язок. Атоми Оксигену сильно електронегативні та відтягують на себе електронну густину. В цьому випадку іон Н+ легко відривається від молекули. Чим більше таких атомів Оксигену в молекулі, тим легше відривається іон Н+ , тобто тим сильніша кислота.
Солі карбонатної кислоти – карбонати і гідрокарбонати. Практичне значення карбонатів, перетворення карбонатів в природі.
Карбонатна кислота утворює два ряди солей – середні солі – карбонати (з аніоном СО32- наприклад, кальцій карбонат — СаСО3, натрій карбонат — Na2CO3) та кислі – гідрокарбонати (з аніоном НСО3– наприклад, натрій гідрокарбонат — NaHCO3, амоній гідрокарбонат — NH4HCO3).
Карбонати й гідрокарбонати зазвичай являють собою безбарвні або білі кристалічні сполуки. У воді розчиняються тільки карбонати лужних металів (окрім Літію) та амонію. На відміну від середніх солей, кислі солі, гідрокарбонати, усі розчинні. Розчини карбонатів і гідрокарбонатів проявляють лужну реакцію за рахунок реакції гідролізу:
Na2CO3 + Н2О NaHCO3 + NaOH,
СО32– + Н2О НСО3– + ОН–
Розчинні карбонати металів (Na2CO3, K2CO3) при нагріванні не змінюються аж до температури плавлення, а нерозчинні карбонати при нагріванні розкладаються на оксид металу та вуглекислий газ:
СаСО3 СаО + СО2
На відміну від карбонатів, усі гідрокарбонати розчиняються у воді. Однак уже при несильному нагріванні (до +80 °С) гідрокарбонати розкладаються згідно з рівняннями:
2NaHCO3 Na2CO3 + СО2 + Н2О,
Са(НСО3)2 СаСО3 + СО2 + Н2О
Із цими реакціями люди зіштовхуються в побуті при кип'ятінні води в чайнику, адже вапняний наліт на стінках чайника та на нагрівальній спіралі пральної машини це не що інше, як суміш карбонатів Кальцію, Магнію й Феруму, що утворилися при розкладі відповідних гідрокарбонатів.
Усі карбонати й гідрокарбонати взаємодіють із більш сильними кислотами, ніж карбонатна, наприклад з оцтовою (СН3СООН) або хлоридною (НС1) кислотами. При цьому виділяється вуглекислий газ і утворюються відповідні солі:
MgCO3 + 2НС1 MgCl2 + Н2О + СО2,
NaHCO3 + СН3СООН CH3COONa + СО2 + Н2О.
Оскільки гідрокарбонати являють собою кислі солі, то вони вступають у взаємодію з основами. При цьому утворюються карбонати й вода:
2КНСО3 + 2NaOH K2CO3 + Na2CO3 + 2Н2О,
Можливий також і зворотний процес добування гідрокарбонатів з карбонатів. Для цього через розчин пропускають вуглекислий газ. При цьому відбуваються такі перетворення:
Na2CO3 + СО2 + H2O 2NaHCO3
Отже, ми можемо пояснити такий експеримент: через розчин кальцій гідроксиду (Са(ОН)2) пропускають вуглекислий газ. При цьому розчин спочатку мутніє, а потім стає знову прозорим. Очевидно, що при взаємодії кальцій гідроксиду з вуглекислим газом утворюється нерозчинний кальцій карбонат, через що й утворюється біла каламуть:
Са(ОН)2 + СО2 СаСО3 + Н2О
При подальшому пропусканні вуглекислого газу розчин знову стає прозорим за рахунок утворення кальцій гідрокарбонату:
СаСО3 + СО2 + Н2О Са(НСО3)2
Твердість води і способи її усунення.
Твердість води — це природна властивість води, обумовлена присутністю в ній розчинених солей Кальцію та Магнію. Сумарну концентрацію йонів Магнію й Кальцію називають загальною твердістю води. Розрізняють постійну й тимчасову твердість води, їхня порівняльна характеристика подана в таблиці.
Характеристика | Тимчасова твердість, або карбонатна | Постійна твердість, або некарбонатна |
Причини твердості | Наявність розчинених гідрокарбонатів Магнію та Кальцію Mg(HCO3)2 та Ca(HCO3)2 | Наявність сульфатів, хлоридів або деяких інших солей Кальцію й магнію (наприклад CaSO4, MgCl2) |
Джерела твердої води | Річкові й озерні води, водопровідна вода, різні газовані мінеральні води. | Морська вода, вода солоних озер, природні негазовані мінеральні води. |
Усунення твердості води | Усувається при кип’ятінні, при додаванні кислот або соди (Na2CO3) | Не усувається при кип’ятінні, але зникає при додаванні соди (Na2CO3) або при використанні іонообмінних смол. |
Морська вода непридатна для миття рук через її твердість — у твердій воді мило не милиться. Тверда вода так само непридатна для прання, тому що основний компонент прального порошку утворює хімічну сполуку з йонами Магнію та Кальцію. Природна помірна твердість води необхідна для нормального вмісту Кальцію в організмі та повноцінного розвитку його кісток, але при надмірному її вживанні з'являється ймовірність утворення в нирках каменів, які являють собою Кальцієві й Магнієві солі щавлевої кислоти: MgC2O4 – магній оксалат та СаС2О4 – кальцій оксалат.
У трубах з гарячою водою, у котлах і чайниках відкладається вапняний наліт, що перешкоджає нормальному теплообміну й у свою чергу призводить до надмірної витрати палива, а надалі й до течі труб, вибуху котлів та плавлення чайників. Для того щоб позбутися вапняного нальоту в чайнику, слід залити його на ніч столовим оцтом (9 % водним розчином оцтової кислоти).
- Силікатна кислота і її солі – силікати.
Силікатна (кремнієва) кислота дуже слабка (слабкіша за карбонатну), у воді малорозчинна, під час нагрівання вона легко розкладається:
H2SiO3 = SiO2 + H2O
Як двохосновна кислота, дисоціює ступінчасто:
Н2SіО3 Н+ + НSіО3–
НSіО3– Н+ + SiО32–.
Солі силікатної кислоти називають – силікатами. Силікати натрію та калію розчинні у воді, через що їх називають розчинним склом, а їх водні розчини – рідким склом. Ці розчини використовуються для виробництва замазок, конторських клеїв.
Розрізняють природні та штучні силікати. Природні силікати – це солі полікремнієвих кислот невизначеного складу. Серед них слід назвати такі:
каолін – Al2O3 · 2SiO2 · 2H2O
ортоклаз – K2O ·Al2O3 · 6SiO2
Силікати, до складу яких входить алюміній, називають алюмосилікатами. Найважливішими алюмосилікатами – польові шпати.