Duritatea apei
Duritatea apei
Dintre toate sărurile dizolvate în apă, carbonații, în special carbonatul de calciu, reprezintă un factor de care trebuie să se țină seamă la întrebuințările apei în industrie.
Prezența în apă a sărurilor mai ales de calciu și de magneziu, formează duritatea apei. Carbonații acizi (de calciu, de magneziu și, uneori, de fier) dizolvați în apă, prin fierbere, se descompun; carbonații neutri rezultați, fiind insolubili, pot fi îndepărtați din apă. Conținutul în carbonați acizi reprezintă duritatea temporară a apei. Celelalte săruri dizolvate care nu pot fi îndepărtate prin fierbere, de exemplu sulfații și clorurile de calciu și de magneziu, reprezintă duritatea permanentă a apei. Suma celor două durități (temporare și permanente) formează duritatea totală a apei.
Duritatea apei se exprimă în grade de duritate, un grad de duritate reprezentând duritatea cauzată prin dizolvarea a 10 mg CaO într-un litru de apă. Conținutul celorlalte săruri se calculează pe baza cantității echivalente de CaO; de exemplu 10 mg CaO sunt echivalente cu 7,14 mg MgO sau cu 24,3 mg CaSO4.
Duritatea apelor în natură variază în limite foarte largi; de exemplu apa de ploaie are duritatea 0,5-15°, apa de râu 4-14°, iar unele ape calcaroase pot avea duritatea până la 60°. Apele cu o duritate peste 30° sunt considerate foarte dure.
Apele dure nu fac spumă cu săpunul și formează piatră de cazan. Săpunul obișnuit este o sare de sodiu a acizilor grași; el este solubil în apă. Când apa este dură, din sulfatul de calciu conținut în apă și săpun rezultă o sare de calciu a acizilor grași care este insolubilă în apă. De aceea, în tehnică, înainte de folosire, apele sunt supuse unor operații de dedurizare.
Dedurizarea apei
De obicei, dedurizarea se realizează prin metode chimice. Astfel, duritatea temporară se îndepărtează prin tratarea apei cu lapte de var; carbonatul acid de calciu trece în carbonat neutru:
\(Ca(HCO_3)_2+Ca(OH)_2\rightarrow 2CaCO_3+2H_2O\)
Concomitent sunt îndepărtate și sărurile de magneziu eventual prezente, ca de exemplu:
\(MgCl_2+Ca(OH)_2\rightarrow Mg(OH)_2+CaCl_2\)
Duritatea permanentă se îndepărtează prin adăugarea de carbonat de sodiu care reacționează cu sulfatul de calciu din apă; precipită carbonatul de calciu:
Prin tratarea apelor dure cu var și sodă, dedurizarea nu este însă completă. De aceea, pentru o dedurizare mai avansată, se folosește fosfatul trisodic, Na3PO4, care precipită sărurile de calciu și de magneziu, sub formă de fosfați greu solubili:
\(3Ca^{2++2}PO_4^{2-}\rightarrow Ca_3(PO_4)_2\)
Alt procedeu de dedurizare folosește permutiții. Deoarece sărurile de sodiu rezultate prin tratarea apelor cu permutiți nu formează duritate, apele dedurizate cu permutit pot fi folosite pentru cazane cu abur.
În ultimul timp, pentru dedurizarea apelor industriale se folosesc rășini sintetice, schimbătoare de ioni. Asemenea rășini pot fi cationiți, adică schimbătoare de cationi:
\(CaSO_4+2RH\rightarrow H_2SO_4+R_2Ca\)
\(NaCl+RH\rightarrow HCl+RNa\)
\(H_2SO_4+2ROH\rightarrow 2H_2+R_2SO_4\)
\(HCl+ROH\rightarrow H_2O+RCl\)
în care R reprezintă scheletul rășinii sintetice de care se leagă ionii (cationi sau anioni).
Pentru obținerea unei ape pure, complet demineralizate, apa se tratează mai întâi cu un cationit (H+); aciditatea formată este apoi îndepărtată din apă prin tratarea acesteia cu un anionit (OH-) conform reacțiilor de mai sus.
Dintre toate sărurile dizolvate în apă, carbonații, în special carbonatul de calciu, reprezintă un factor de care trebuie să se țină seamă la întrebuințările apei în industrie.
Prezența în apă a sărurilor mai ales de calciu și de magneziu, formează duritatea apei. Carbonații acizi (de calciu, de magneziu și, uneori, de fier) dizolvați în apă, prin fierbere, se descompun; carbonații neutri rezultați, fiind insolubili, pot fi îndepărtați din apă. Conținutul în carbonați acizi reprezintă duritatea temporară a apei. Celelalte săruri dizolvate care nu pot fi îndepărtate prin fierbere, de exemplu sulfații și clorurile de calciu și de magneziu, reprezintă duritatea permanentă a apei. Suma celor două durități (temporare și permanente) formează duritatea totală a apei.
Duritatea apei se exprimă în grade de duritate, un grad de duritate reprezentând duritatea cauzată prin dizolvarea a 10 mg CaO într-un litru de apă. Conținutul celorlalte săruri se calculează pe baza cantității echivalente de CaO; de exemplu 10 mg CaO sunt echivalente cu 7,14 mg MgO sau cu 24,3 mg CaSO4.
Duritatea apelor în natură variază în limite foarte largi; de exemplu apa de ploaie are duritatea 0,5-15°, apa de râu 4-14°, iar unele ape calcaroase pot avea duritatea până la 60°. Apele cu o duritate peste 30° sunt considerate foarte dure.
Apele dure nu fac spumă cu săpunul și formează piatră de cazan. Săpunul obișnuit este o sare de sodiu a acizilor grași; el este solubil în apă. Când apa este dură, din sulfatul de calciu conținut în apă și săpun rezultă o sare de calciu a acizilor grași care este insolubilă în apă. De aceea, în tehnică, înainte de folosire, apele sunt supuse unor operații de dedurizare.
Dedurizarea apei
De obicei, dedurizarea se realizează prin metode chimice. Astfel, duritatea temporară se îndepărtează prin tratarea apei cu lapte de var; carbonatul acid de calciu trece în carbonat neutru:
\(Ca(HCO_3)_2+Ca(OH)_2\rightarrow 2CaCO_3+2H_2O\)
Concomitent sunt îndepărtate și sărurile de magneziu eventual prezente, ca de exemplu:
\(MgCl_2+Ca(OH)_2\rightarrow Mg(OH)_2+CaCl_2\)
Duritatea permanentă se îndepărtează prin adăugarea de carbonat de sodiu care reacționează cu sulfatul de calciu din apă; precipită carbonatul de calciu:
\(CaSO_4+Na_2CO_2\rightarrow CaCO_3+Na_2SO_4\)
\(3Ca^{2++2}PO_4^{2-}\rightarrow Ca_3(PO_4)_2\)
Alt procedeu de dedurizare folosește permutiții. Deoarece sărurile de sodiu rezultate prin tratarea apelor cu permutiți nu formează duritate, apele dedurizate cu permutit pot fi folosite pentru cazane cu abur.
În ultimul timp, pentru dedurizarea apelor industriale se folosesc rășini sintetice, schimbătoare de ioni. Asemenea rășini pot fi cationiți, adică schimbătoare de cationi:
\(CaSO_4+2RH\rightarrow H_2SO_4+R_2Ca\)
\(NaCl+RH\rightarrow HCl+RNa\)
Schimbătoarele de ioni pot fi și anioniți, adică schimbătoare de anioni:
\(H_2SO_4+2ROH\rightarrow 2H_2+R_2SO_4\)
\(HCl+ROH\rightarrow H_2O+RCl\)
în care R reprezintă scheletul rășinii sintetice de care se leagă ionii (cationi sau anioni).
Pentru obținerea unei ape pure, complet demineralizate, apa se tratează mai întâi cu un cationit (H+); aciditatea formată este apoi îndepărtată din apă prin tratarea acesteia cu un anionit (OH-) conform reacțiilor de mai sus.