Nước cứng là gì? Lý thuyết, phân loại, tác hại, phương pháp làm mềm
1) Nước cứng là gì?
♦ Nước cứng là nước có chứa nhiều cation Ca2+, Mg2+. Nước chứa ít hoặc không chứa các ion trên được gọi là nước mềm.
2) Phân loại nước cứng
♦ Căn cứ vào thành phần các anion gốc axit có trong nước cứng, người ta chia nước cứng ra 3 loại:
a) Nước cứng tạm thời là gì?
Tính cứng tạm thời của nước cứng là do các muối Ca(HCO3)2, Mg(HCO3)2 gây ra:
Ca(HCO3)2 → Ca2+ + 2HCO3–
» Gọi là tạm thời vì độ cứng sẽ mất đi khi đun sôi:
M(HCO3)2 $\xrightarrow{{{t}^{0}}}$ MCO3 + CO2 + H2O
b) Nước cứng vĩnh cửu:
Tính cứng vĩnh cửu của nước là do các muối CaCl2, MgCl2, CaSO4, MgSO4 gây ra,gọi là vĩnh cữu vì khi đun nóng muối đó sẽ không phân hủy:
c) Nước có tính cứng toàn phần:
Là nước có cả tính cứng tạm thời và vĩnh cửu.
– Nước tự nhiên thường có cả tính cứng tạm thời và vĩnh cửu.
3) Tác hại của nước cứng:
* Về mặt đời sống thường ngày:
♦ Giặt áo quần bằng xà phòng (natri stearat C17H35COONa) trong nước cứng sẽ tạo ra muối không tan là canxi stearat (C17H35COO)2Ca, chất này bán trên vải sợi, làm cho quần áo mau mục nát.
2C17H35COONa +MCl2 →(C17H35COO)2M↓ +2NaCl
♦ Nước cứng làm cho xà phòng có ít bọt, giảm khả năng tẩy rửa.
♦ Nếu dùng nước cứng để nấu thức ăn, sẽ làm cho thực phẩm lâu chín và giảm mùi vị do phản ứng của các ion và các chất trong thực phẩm.
* Về mặt sản xuất công nghiệp:
♦ Khi đun nóng,ở đáy nồi hay ống dẫn nước nóng sẽ gây ra lớp cặn đá kém dẫn nhiệt làm hao tổn chất đốt ,gây nổ nồi hơi và tắt nghẽn ống dẫn nước nóng (không an toàn)..
♦ Làm hỏng nhiều dung dịch cần pha chế.
» Vì vậy, việc làm mềm nước cứng trước khi dùng có ý nghĩa rất quan trọng.
4. Các phương pháp làm mềm nước cứng:
♦ Nguyên tắc làm mềm nước cứng là giảm nồng độ các cation Ca2+, Mg2+ trong nước cứng.
a) Phương pháp kết tủa:
* Đối với nước có tính cứng tạm thời
♦ Đun sôi nước có tính cứng tạm thời trước khi dùng, muối hiđrocacbonat chuyển thành muối cacbonat không tan:
Ca(HCO3)2 $\xrightarrow{{{t}^{0}}}$ CaCO3↓ + CO2↑ + H2O
Mg(HCO3)2 $\xrightarrow{{{t}^{0}}}$ MgCO3↓ + CO2↑ + H2O
→ Lọc bỏ kết tủa được nước mềm.
♦ Dùng một khối lượng vừa đủ dung dịch Ca(OH)2, Na2CO3 để trung hòa muối hiđrocacbonat thành muối cacbonat kết tủa. Lọc bỏ chất không tan, được nước mềm:
Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 → 2CaCO3 ↓+ 2H2O
Mg(HCO3)2 +2Ca(OH)2→Mg(OH)2↓ +2CaCO3↓ +2H2O
M(HCO3)2 +Na2CO3→MCO3↓ +2NaHCO3
* Đối với nước có tính cứng vĩnh cửu:
♦ Dùng dung dịch Na2CO3, Ca(OH)2 và dung dịch Na3PO4 để làm mềm nước cứng:
Ca2+ + CO32- → CaCO3↓
3Ca2+ + 2PO43- → Ca3(PO4)2↓
Mg2+ + CO32- + Ca2+ + 2OH– → Mg(OH)2↓ + CaCO3↓
b) Phương pháp trao đổi ion:
♦ Phương pháp trao đổi ion được dùng phổ biến để làm mềm nước. Phương pháp này dựa trên khả năng trao đổi ion của các hạt zeolit (các alumino silicat kết tinh, có trong tự nhiên hoặc được tổng hợp, trong tinh thể có chứa những lỗ trống nhỏ) hoặc nhựa trao đổi ion.
– Thí dụ:
Cho nước cứng đi qua chất trao đổi ion là các hạt zeolit thì số mol ion Na+ của zeolit rời khỏi mạng tinh thể, đi vào trong nước nhường chỗ cho các ion Ca2+ và Mg2+ bị giữ lại trong mạng tinh thể silicat.
