Tvrdá voda
Teorie o tvrdé vodě ·
Vodu, která obsahuje větší množství rozpuštěných solí, vápníku a hořčíku, nazýváme tvrdá voda. Podle obsahu aniontů kyselin rozlišujeme přechodnou (uhličitanovou) a trvalou tvrdost vody, kterou způsobují zejména sírany. ·
Přechodnou tvrdost vody zapříčiňuje rozpuštěný hydrogenuhličitan vápenatý a hořečnatý. Během zahřívání vody se · hydrogenuhličitan vápenatý rozkládá na oxid uhličitý a málo rozpustný uhličitan vápenatý: ·
Ca (HCO3) ---------> CaCO3 · + H2O + CO2 ·
Rozpustnost oxidu uhličitého ve vodě se s teplotou snižuje a uhličitan vápenatý se usazuje jako tzv.. vodní kámen, např. na ohřívacích spirálách, topném potrubí nebo v hrncích. Povařením tedy lze přechodnou tvrdost vody odstranit. ·
Přechodná a trvalá tvrdost vody tvoří spolu celkovou tvrdost vody. · Tvrdost vody se v praxi hodnotí stupnicemi tvrdosti vody - měkká, středně tvrdá (optimální), tvrdá, příp. velmi tvrdá - v nichž je zahrnuta celková tvrdost vody. Poznání stupně tvrdosti je pro nás důležité, např. při dávkování pracích prostředků. Na obalech pracích prostředků se vyjadřuje tvrdost vody obsahem iontů v litru vody nebo slovně. Tvrdost vody lze běžně snížit přidáním např. Dekahydrát uhličitanu sodného (soda) nebo polyfosforečnanu sodného (např. Calgon). ·
Na území České republiky je tvrdost · vody velmi rozdílná a závisí na typu půdy a na ročním období. Voda z pramenů bohatých na srážky, která pochází z málo rozpustných vrstev hornin, je měkká. Voda v oblastech chudých na srážky je tvrdší. V oblastech bohatých na vápenec a sádrovec může být voda velmi tvrdá. ·
Tabulka ukazuje, co se stane, když se 10 ml každého roztoku v tabulce smíchá s 1 ml mýdlového roztoku: ·
Použitý roztok |
Přítomné ióny |
Reakce s tvrdou vodou |
chlorid sodný |
Na+, Cl- |
Žádná sraženina, hodně mýdlové pěny |
chlorid vápenatý |
Ca2+, Cl- |
Hodně vločkovité sraženiny, málo mýdlové pěny |
dusičnan draselný |
K+, NO3- |
Žádná sraženina, hodně ·mýdlové pěny |
dusičnan hořečnatý |
Mg2+, NO3- |
Hodně vločkovité sraženiny, málo mýdlové pěny |
síran sodný |
Na+, SO42- |
Žádná sraženina, hodně ·mýdlové pěny |
síran železnatý |
Fe2+, SO42- |
Hodně vločkovité sraženiny, málo mýdlové pěny |
PROČ se tvoří "pěna"?
Hlavní příčinou tvrdosti vody jsou Ca 2 + · · ionty. Mýdlo obsahuje soli jako palmitan a stearan sodný. Když se tvrdá voda smíchá s mýdlem, vápenaté ionty v tvrdé vodě reagují · s palmitanovými a stearanové ionty v mýdle vytvářejíc nerozpustnou vločkovitou sedlinu stearanu a palmitanu vápenatého. Tato usazenina je pěna. ·
·CaX2 (s)·">Ca2 + · (aq) · + · 2 X-· (aq) · · ----------> · CaX2 (s) ·
v tvrdé vodě · · · · · · · · v mýdle · · · · · · · · · · · · · · · · · · · pěna ·
Detergenty, jak roztoky na mytí nádobí, nedávají pěnu s tvrdou vodou. Na rozdíl od mýdel totiž neobsahují ionty, které reagují s ionty vápníku z tvrdé vody za vzniku usazeniny.
Jak vzniká tvrdá voda?
·
Když prší, déšť reaguje s oxidem uhličitým ve vzduchu za vzniku kyseliny uhličité ·
·H2CO3 (aq)·">H2O (l) + CO2 (g) · ------------> · H2CO3 (aq) ·
Když tento zředěný roztok kyseliny uhličité protéká přes vápenec nebo křídu, reaguje s uhličitanem vápenatým v skalách za vzniku hydrogenuhličitanu vápenatého ·
·Ca(HCO3)2 (aq)·">CaCO3 (s) + H2CO3 (aq) --------> · Ca (HCO3) 2 (aq) ·
ve vápenci · · · · v dešťové ve · · · · · · · · · · · · · · · v tvrdé vodě ·
Na rozdíl od CaCO3, hydrogenuhličitan je rozpustný ve vodě a · Ca2 + ionty dělají vodu tvrdou. Uhličitan vápenatý v křídě a vápenci je hlavní příčinou tvrdosti vody. ·
V některých oblastech síran vápenatý, který se vyskytuje jako sádrovec (CaSO4. 2 H2O) a anhydrid (CaSO4) také zapříčiňuje tvrdost. Síran vápenatý je jen nepatrně rozpustný ve vodě, ale dostatečně se rozpouští na vznik tvrdé vody. ·
Ve vápencových oblastech vznikly jeskyně, když dešťová voda reagovala s vápencovými skalami
· Změkčování tvrdé vody
Tvrdá voda obvykle chutná lépe než měkká voda. Rozpuštěné látky v tvrdé vodě pomáhají také produkovat tvrdé zuby a kosti, které obsahují uhličitan a fosforečnan vápenatý. Ale tvrdá voda má několik nevýhod v porovnání s měkkou vodou:
- Používá více mýdla než měkká voda ·
- Produkuje pěnu, která vypadá nevzhledně (Šupinatění bílá sraženina) ·
- Zapříčiňuje vznik "šupin" ve vodních trubicích a konvic, které mohou ucpat trubice a redukují výkonnost konvic ·
- Je nutné odstraňovat tvrdost vody v některých oblastech, což je příčinou extra výdajů
Když se tvrdá voda vyvaří nebo povr, hydrogenuhličitan vápenatý v ní se rozkládá na uhličitan vápenatý, vodu a oxid uhličitý:
CaCO3 (s) ·+ ·H2O (l) ·+ ·CO2 (g)·">Ca (HCO3) 2 (aq) · ----------> CaCO3 (s) · + · H2O (l) · + · CO2 (g) ·
Uhličitan vápenatý je nerozpustný a tvoří nánosy uvnitř konvice, či trubic. Tato reakce je reverzibilní k té, kterou vzniká tvrdá voda. Reakce také objasňuje tvorbu stalagmitů a stalaktitů ve vápencových jeskyních. Teplota uvnitř jeskyní je právě vhodná na rozklad některé tvrdé vody a nechává nepatrné vrstvy CaCO3. Více vody kape dolů a nánosy se zvětšují. Nánosy takto vznikají, kde kapky zasahují podlahu. Po stovkách let · nánosy rostou do obrovských stalagmitů a stalaktitů.
·
Jak se změkčuje tvrdá voda?
V některých oblastech látky, které zapříčiňují tvrdost vody musí být odstraněny. To se nazývá změkčování vody. Za účelem změkčování vody musíme odstranit vápenaté ionty. Možná to udělat několika způsoby:
Vařením: · se rozkládá Ca (HCO3) 2 · vytvořením nerozpustného CaCO3. (Viz výše.) Toto odstraní tvrdost zapříčiněnou bikarbonátem vápenatým, ale povařením neodstraní tvrdost zapříčiněnou síranem vápenatým. · Kvůli tomu tvrdost způsobena CaSO4 se nazývá trvalá tvrdost vody, na rozdíl od přechodné · tvrdosti vyvolané Ca (HCO3) 2 ·
Destilací: · vzniká čistá voda, odstraňují se obě, přechodná i trvalá tvrdost. ·
Přidáním mycí sody: · mycí soda a lázeňská sůl obsahují uhličitan sodný. Přidáním tohoto k tvrdé vodě se odstraní všechny vápenaté ionty jako sraženina uhličitanu vápenatého:
·CaCO3 (s)·">Ca2 + (aq) · + · CO32-(aq) · ---------------> · CaCO3 (s) ·
v tvrdé vodě · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · v mycí Sode
Výměnou iontů: · nejpohodlnější možností · změkčování vody je používání iontoměničů. Voda prochází přes sloupec obsahující speciální látku. Tato látka obsahuje sodné ionty, které nahradí vápenaté ionty, když tvrdá voda protéká sloupcem. Sodné ionty nezpůsobují tvrdost, takže voda je nyní měkká:
·Ca2+ (s) ·+ ·2 Na+ (aq)·">Ca2 + (aq) · + · 2 Na + (s) · ----------------> · Ca2 + (s) · + · 2 Na + (aq) ·
v tvrdé vodě · · v Iontoměniči · · · · · · · · · · · · v Iontoměniči · · v tvrdé vodě