Судың кермектілігін анықтау

Судың кермектілігі – оның сапасын анық таушы кө рсеткіштердің бірі. Табиғ и сулардың кермектілігі олардағ ы кальций жә не магний тұ здарының болуына байланысты. Ол Са²⁺ жә не Мg²⁺ иондарының бір литр судағ ы жалпы милимоль мө лшерімен бейнеленеді. Кермектілік екі топқ а жіктеледі: уақ ытша жә не тұ рақ ты.

Уақ ытша (карбонатты) кермектілік К_у, негізінен, суда кальций жә не магний гирокорбанаттары Са(НСО₃)₂ мен Мg(НCО₃)₂ болуымен сипатталады, олар суды қ айнатқ ан кезде ерімейтін тұ здарғ а айналады жә не қ атты тұ нба тү рінде тұ нады:

Са(НСО₃)₂ ® СаСО₃ + СО₂ + Н₂О

Мg(НСО₃)₂ ® МgСО₃ + СО₂ + Н₂О

Тұ рақ ты (корбанатты емес) кермектік К_т судағ ы кальций жә не магний хлоридтері, сульфаттары, нитраттары мө лшерімен анық талады, олар суды қ айнатқ ан кезде де ерітіндіде еріген кү йде болады.

Судың уақ ытша жә не тұ рақ ты кермектілігінің қ осындысы жалпы кермектілікті береді.

Табиғ и сулар жалпы кермектілік бойынша: жұ мсақ (Қ _у < 2); орташа кермек (Қ _у =2¸ 10) жә не кермек (Қ _у > 10) суларғ а жіктеледі.

Суды жұ мсарту. Суғ а кермектілік беретін кальций жә не магний қ осылыстарынан тазалау, суды жұ мсарту деп аталады. Суды жұ мсартудың ең тиімді ә дістерінен бірі ә кті-содалы ә дісті фосфатты ә діспен ү йлестіру болып табылады. Жұ мсарту процесі тө мендегі процестерге негізделген:

1) уақ ытша кермектілікті жою, темір иондарын жою жә не СО₂ байланыстыру ү шін сө ндірілген ә кпен ө ң деу:

Са(НСО₃)₂ + Са(ОН)₂ ® 2СаСО₃¯ + 2Н₂О

Мg(НСО₃)₂ + 2Са(ОН)₂ ® 2СаСО₃¯ + Мg(ОH)₂¯ + 2Н₂О

FеSО₄ + Cа(ОH)₂ ® Fе(ОH)₂¯ + CаSО₄¯

CО₂ + Cа(ОH)₂ ® CаCО₃¯ + H₂О

2) тұ рақ ты кермектілікті жою ү шін кальцилендірілген содамен ө ң деу:

3) Cа²⁺ жә не Мg²⁺ иондарын толық тұ ндыру ү шін тринатрийфосфатпен ө ң деу:

3Са(НСОз)₂ + 2Nа₃PО₄ ® Cа₃(РО₄)₂¯ + 6NаHCО₃

3МgCl₂ + 2Nа₃PО₄ ® Мg₃(PО₄)₂¯ + 6NаCl

Кальций жә не магний фосфаттарының ерігіштігі ө те тө мен болғ андығ ы, фосфатты ә дістің тиімділігін қ амтамасыз етеді.

Қ азіргі кезде суды жұ мсарту, тұ зсыздандыру жә не кремнийсіздендіру ү шін ион алмасу ә дісі кең інен қ олданылуда. Ол ә дістің мазмұ ны, қ атты дене – ионит – электролит ерітіндісіндегі оң жә не теріс зарядты иондарды эквивалент мө лшердегі сондай зарядталғ ан басқ а иондармен алмастыру арқ ылы жү реді. Алмастырылатын иондар заряды тү ріне қ арай иониттер – катиониттер жә не аниониттерге бө лінеді.

Катиониттер – негізінен суда ерімейтін заттар болып, суда ерімейтін анионды тұ з немесе қ ышқ ыл кү йінде болады; иониттегі катиондар (натрий немесе сутегі) белгілі бір жағ дайда ерітіндідегі катиондармен алмасу реакциясына тү седі. Ондай катиондар – Nа-катиониттер немесе Н-катиониттер деп аталады.

Аниониттер – кермек суда ерімейтін катиондардың негізері немесе тұ здары. Аниониттер қ ұ рамында белсенді гидроксил тобы болады (ОН-аниониттер).

Nа-катиониттері ретінде алюмосиликаттар: глауконит, цеолит, пермутит жә не басқ алар; Н-катиониттер ретінде – сульфокө мір, синтетикалық шайырлар қ олданылады. ОН-аниониттерге қ ұ рамы кү рделі синтетикалық шайырлар, мысалы карбамидтер қ олданылады.

Ерітінді мен ионит арасындағ ы ион алмасу гетерогенді сипатқ а ие химиялық реакция болып табылады. Ион алмасу ә дісімен тазаланғ ан судағ ы қ оспалар тұ нба тү збейді жә не бұ лай ө ң деу кезінде компоненттерді ү немі қ осып тұ ру талап етілмейді.

Иониттердің негізгі сипаттамаларының бірі алмасу сыйымдылығ ы деп аталады, ол иониттің белгілі бір жағ дайда белгілі мө лшердегі иондарды жұ туын кө рсетеді. Алмасу сыйымдылығ ы ионитті фильтрлер жұ мысшы циклының ұ зақ талағ ымен анық талады. Иониттің алмасу сыйымдылығ ы белгілі бір шекке жеткен соң, оны қ алпына келтіріу процесі жү реді (қ арсы қ ұ рамдағ ы ион алмасу процесін жү ргізу арқ ылы).

Катионды жұ мсарту процесінің негізінде катиониттердегі натрий жә не сутегі иондарының Са²⁺ жә не Мg²⁺ иондарына алмасу реакциясы жү реді. Натрий иондарының алмасуы Nа –катиондалу, сутегі иондарының алмасуы Н-катиондалу деп аталады:

2R/Nа⁺ + Cа²⁺ Û R₂/Cа²⁺ + Nа⁺

2R/Nа⁺ + Мg²⁺ Û R₂/Мg²⁺ + Nа⁺

бұ ндағ ы R – комплексті матрицалар жә не ион алмасу реакциясына қ атыспайтын функционалды топтар (бір валентті деп алғ ан).

Н-катиондалуда катион алмасу тө мендегі реакция бойынша жү реді:

2R/Н⁺ + Cа²⁺ Û R₂/Cа²⁺ + Н⁺

2R/Н⁺ + Мg²⁺ Û R₂/Мg²⁺ + Н⁺

R/Н⁺ + Nа⁺ Û R/Na⁺ + Н⁺

Катиониттердегі алмасу сыйымдылығ ы белгелі бір шекке жеткен соң, олар NaCl немесе кү кірт қ ышқ ылы H₂SО₄ ерітінділерімен жуу арқ ылы қ айта қ алпына келтіріледі.

Катионитті NаCl ерітіндісімен қ айта қ алпына келтіруде тө мендегі реакциялар жү реді:

R₂/Cа²⁺ + nNа⁺ Û 2R/Nа⁺ + Cа²⁺ + (n - 2)Nа⁺

R₂/Мg²⁺ + nNа⁺ Û 2R/Nа⁺ + Мg²⁺ + (n - 2)Nа⁺

бұ ндағ ы (n–2) – стехилметрикалық шамамен салыстырғ анда артық ша алынғ ан NаCl.

Н-катион фильтрінің қ айта қ алпына келтіру 1-1, 5% ті кү кірт қ ышқ ылы ерітіндісімен тө мендегі реакцияларғ а сә йкес жү реді:

R₂/Cа²⁺ + nН⁺ Û 2R/Н⁺ + Cа²⁺ + (n - 2)Н⁺

R₂/Мg²⁺ + nН⁺ Û 2R/Н⁺ + Мg²⁺ + (n - 2)Н⁺

R/Nа⁺ + nН⁺ Û R/Н⁺ + Nа⁺ + (n - 1)Н⁺

Анионит қ абаттары арқ ылы суды фильтрлеу кезінде тө мендегі реакцияғ а сә йкес жү ретін аниондардың сорбциясы жү реді:

R/ОH^- + Cl^- Û R/Cl^- + ОH^-

2R/ОН^- + SО₄^2- Û R₂/SО₄^2- + 2ОH^-

Анионитті фильтрлердің қ айта қ алпына келуі, негізінен, 4% ды NаОН ерітіндісімен тө мендег реакцияғ а сә йкес жү ргізіледі:

R/Cl^- + nОH^- Û R/ОH^- + Cl^- + (n – 1)ОH^-

R₂/SО₄^2- + nОH^- Û 2R/ОH^- + SО₄^2- + (n – 2)ОH^-

Жұ мыстың мақ саты: Судың кермектілігін анық тау жә не кермектілікті жоюдың тү рлі тә сілдерінің тиімділігін анық тау.

Қ ондырғ ылар мен материалдар: лабораториялық иономер, суды қ айнатуғ а қ ажетті ыдыс, электр плитасы, ә р тү рлі су (бұ лақ, жаң быр, ө зен, су жү йелерінен алынғ ан сулар).

Жұ мыс барысы:

1. Лабораториялық иономердің кө мегімен ә р тү рлі сулардың кермектігін анық тау.

2. Суды 15-20 минут кө лемінде қ айнатып, лабораториялық иономер кө мегімен кермектілігін анық тау.

3. Ион алмасу ә дісімен судың кермектілігін жойып, лабораториялық иономер кө мегімен кермектілігін анық тау.