Bài 19. Nước cứng và làm mềm nước cứng
Nội dung lý thuyết
I. Nước cứng
1. Khái niệm
- Khi nước ngầm, nước mặt chảy qua các vùng đất có khoáng vật calcite (đá vôi), gypsum (thạch cao), apatite,... sẽ hoà tan nhiều hợp chất của calcicum, magnesium và trở thành nước cứng.
- Nước cứng là nước chứa nhiều cation Ca2+ và Mg2+.
- Nước chứa ít hoặc không chứa cation Ca2+ và Mg2+ được gọi là nước mềm.
2. Phân loại
- Căn cứ vào thành phần anion gốc acid trong nước, nước cứng được chia thành ba loại:
| Nước có tính cứng tạm thời | Nước có tính cứng vĩnh cửu | Nước có tính cứng toàn phần |
| + Tính cứng tạm thời là tính cứng gây nên bởi các muối Ca(HCO3)2 và Mg(HCO3)2. | + Tính cứng vĩnh cửu là tính cứng gây nên bởi các muối sulfate, chloride của calcium và magnesium. | + Tính cứng toàn phần gồm tính cứng tạm thời và tính cứng vĩnh cửu. |
3. Tác hại của nước cứng
• Ống dẫn nước cứng, nồi hơi sử dụng nước cứng lâu ngày sẽ bị đóng cặn. Lớp cặn này làm giảm lưu lượng nước trong ống dẫn, làm hỏng thiết bị, làm tiêu hao thêm nhiên liệu khi đun nóng nồi hơi, thậm chí có thể gây nổ nồi hơi.
• Nước cứng làm giảm tác dụng của xà phòng; làm hại quần áo.
• Nước cứng làm giảm hương vị của trà khi pha và của thực phẩm khi nấu.
II. LÀM MỀM NƯỚC CỨNG
Nguyên tắc làm mềm nước cứng là làm giảm nồng độ của các cation Ca2+ và Mg2+ trong nước cứng.
1. Phương pháp kết tủa
- Cơ sở của phương pháp: chuyển cation Ca2+, Mg2+ trong nước về dạng chất không tan, có thể dễ dàng tách ra khỏi nước bằng cách lắng, lọc,...
- Khi đun sôi nước cứng, muối Ca(HCO3)2 và Mg(HCO3)2 bị phân huỷ tạo ra muối không tan, làm mất tính cứng tạm thời của nước.
Mg(HCO3)2(aq) \(\underrightarrow{t^o}\) MgCO3(s) + CO2(g) + H2O(l)
- Dùng Ca(OH)2 với lượng vừa đủ để phản ứng với muối Ca(HCO3)2 và Mg(HCO3)2 tạo ra hợp chất không tan, làm mất tính cứng tạm thời của nước.
Ca(HCO3)2(aq) + Ca(OH)2(aq) → 2CaCO3(s) + 2H2O(l)
- Dùng Na2CO3 hoặc Na3PO4 để làm mất tính cứng tạm thời và tính cứng vĩnh cửu của nước.
MgSO4(aq) + Na2CO3(aq) → Na2SO4(aq) + MgCO3(s)
Mg(HCO3)2(aq) + Na2CO3(aq) → 2NaHCO3(aq) + MgCO3(s)
3CaCl2(aq) + 2Na3PO4(aq) → 6NaCl(aq) + Ca3(PO4)2(s)
2. Phương pháp trao đổi ion
- Cơ sở của phương pháp: thay thế cation Ca2+ và Mg2+ trong nước bằng cation khác ít gây tác hại hơn.
- Cách thực hiện: cho nước cứng đi qua lớp vật liệu hay màng vật liệu trao đổi ion. Các vật liệu này có chứa cation kim loại, ví dụ Na+. Khi đó, các cation Ca2+ và Mg2+ đẩy cation Na+ ra khỏi vật liệu. Các cation Ca2+, Mg2+ bị giữ lại trên vật liệu.
- Hạn chế cơ bản của phương pháp: sau một thời gian sử dụng, khả năng giữ các cation Ca2+ và Mg2+ của vật liệu bị giảm. Khi đó, vật liệu cần được tái chế hoặc thay mới.