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

 

1. 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⁺ + CO₃^2–

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 СО₃^2- 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,

СО₃^2– + 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).

 

1. 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⁺ + SiО₃^2–.

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.