تعیین سختی آب

تعریف آب سخت:

آب سخـت آبـي اسـت كـه حـاوي گـچ، آهـك و ديــگر املاح محلول مي بـاشـد. در آب سـخـت سـطـــح برخي از املاح مـعـدني مـحـلـول در آب بيـشـــتر است. اين املاح معدني عمدتا شامل كربنات كلسيم و كربنات منيزيم مي باشند.اما املاحي مانند بي كربناتها، سولفاتها و سيليكات ها وهــمچنين آهن و منگنز را نيز در برميگيرد. با آنكه نوشيدآب سـخـت مشـكل خـاصـي بـراي سـلامـتـي شـما ايجادنمي كنـد (جـز آنـكه ميتواند تشكيل سنگ كليه را افزايش دهـد) چــه بسا ممكن است در برخي موارد مزيتهايي نيزداشـتــه باشد (مثلا شكستگي استخوانها سريعتر جوشمي خـورند و يا خوردگي را در لوله ها به حداقل ميرساند).

تغییرات سختی آب:

بر حسب آنکه آب در موقع نفوذ در زمین از قشرهای آهکی و منیزیمی و گچی گذشته و یا نگذشته باشد سختی آب کم یا زیاد می‌شود. آبهای نواحی آهکی سختی زیادتری تا آبهای نواحی گرانیتی و یا شنی دارند. سختی آب در عرض سال هم ممکن است تغییر نماید. معمولاً سختی آبها در فصل باران کم و در فصل خشکی زیاد می‌شود. و بعضی مواقع هم در فصول پر باران و مرطوب مثل غار ها ایجاد شود.

مضرات آب سخت:

آب سخت مضرات بسياري نيز دارا ميباشد كه به قرار زير ميباشد:

· موجب رسوب مواد آهكي بروي جداره داخلي كتريها، قوريها، لوله هاي آب گرم، لباس شوييها، ظرف شوييها، كولرها، شوفاژها و ديگهاي بخار ميگردد.

· كيفيت طعم و مزه چاي و قهوه را كاهش ميدهد.

· صابون، شامپو و ساير شوينده هاي خانگي با آب سخت خوب كف توليد نميكنند بنابراين

بازده شستشو كاهش يافته و مصرف شوينده ها افزايش مي يابد.

· سبب خشن و زبر شدن البسه، رنگ پريدگي لباسها و خاكستري شدن لباسهاي سفيد رنگ ميشود. عمر مفيد لباسها را كاهش ميدهد.

· كارايي و راندمان شوفاژ و ساير سيستمهاي گرمايشي كه در آنها آب جريان دارد راكاهش ميدهد.

· سبزيها به خوبي پخته نميگردند.

· شستن بدن حين استحمام با آب سخت سبب ميگردد قشري از نمكهاي نامحلول روي پوست و موهاي بدن رسوب كند. كه همين امر سبب مسدود شدن روزنه ها و خارش و سوزش پوست ميگردد. همچنين موها را رنگ پريده كرده و شانه كردن و برس كشيدن موها دشوار ميگردد. اين رسوبات رشد باكتريها را نيز تسهيل ميكند.

براي كاهش سختي آب ميتوانيد از فيلترهاي تصفيه كننده آب خانگي استفاده كنيد كه داراي سختي گير ميباشند. سختي گيرها با تبادل يونهاي كلسيم و منيزيم با يونهاي سديم و پتاسيم غلظت املاح سخت را كاهش مي دهند.

انواع سختی آب:

در آب سه نوع سختی وجود دارد:

سختی موقت ،سختی داﺋم ،سختی کل

سختی موقت:

سختی موقت (Temporary Hardner) را سختی کربناتی (Carbonate Hardner) نیز می‌نامند. این سختی ، مولود بی‌کربنات کلسیم و منیزیم است که عمدتا به کمک حرارت و یا ازدیاد PH کاهش می‌یابد. سختي موقت به خاطر وجود كربناتهاي كلسيم و منيزيم و آهن مي باشد. براي از ميان بردن اين سختي آب را مي جوشانند تا به صورت كربنات رسوب كند به اين علت به آن سختي موقت گويند.

Ca(HCO3)2 CaCo3 + Co2 + H2

Mg(HCO3)2 MgCo3 + Mg(OH)2 + 3 Co2 + H2o

سختی داﺋم:

سختی دائم (Permanent Hardner) را سختی غیرکربناتی (Noncarbonate Hardner) نیز می‌نامند. این سختی ، با حرارت دادن قابل حذف نیست .سختي دائم مربوط به ديگر املاح كلسيم و منيزيم مثل نمكهاي سولفات ها، كلريد يا نيترات آنهاست. درواقع تنها نمكهاي كربنات اين يونها با جوشاندن ته نشين مي شوند و ديگر نمكهاي اين يونها مانند نمكهايي با بنيان سولفات، كلريد و نيترات با جوشاندن از محلول خارج نمي شوند. اين نمكها در لوله هاي ديگهاي بخار ايجاد خوردگي مي كند. براي حذف اين گونه ها از روشهاي شيميايي استفاده مي شود.برای از بین بردن سختی دایم آب کافی است یون های عامل سختی را به گونه ای ته نشین کرد.

Na+ 2 + کلسیم کربنات(نا محلول) سدیم کربنات Ca2+ + (عامل سختی دایم)

سختی کل:

مجموع سختی های موقتی و داعمی را سختی کل گویند.

چون غلظت اين نمكها بسيار كم است از واحد m eqgram/lit كه معادل يك هزارم نرمال است استفاده مي شود. واحد رايج ديگر PPm است.

رفع سختی آب:

• در تجارت تعداد زيادي مواد شيميايي براي رفع سختي آب به فروش مي‌رسد كه داراي كربنات سديم هستند. اين مواد را قبل از ورود آب در ديگها سختي آنرا مي‌گيرند و يا در ديگ بر اثر افزودن اين مواد آهك و گچ را رسوب مي‌دهند و ديگر اين رسوب محكم به جدار ديگ نمي‌چسبد بطوري

كه می توان آنرا به آسانی پاک نمود.

• يكي از اجسام گيرنده سختي آب تري ناتريم فسفات Na3po مي‌باشد كه با اسم آلبرت‌تري بكار مي‌رود.
• يون كلسيم موجود در آب بر اثر ناتريم فسفات تبديل به "تري كلسيم فسفات"Ca3(po4)2 مي‌گردد و رسوب می نماید.

• بر اثر پختن بي‌كربنات كلسيم آب تبديل به كربنات مي‌شود و رسوب مي‌نمايد:

Ca3(po4)2 Caco3 + Co2 + H2o
• و بي كربنات كلسيم آب بر اثر كربنات سديم هم گچ و هم بي‌كربنات كلسيم به كربنات كلسيم تبديل مي‌شود و رسوب مي‌گردد:

Na2Co3 + Ca(HCo3)2 Na(HCo3)2 + CaCo3

Na2CO3 + CaSO4 Na2SO4 + CaCO3

اخيرا به مقدار زياد از صمغ‌هاي مصنوعي كه قادرند تعويض يون كنند براي رفع سختي آب استفاده مي‌كنند. صمغ لواتيت در آلمان و آمبرليت و دووكس در آمريكا استعمال مي‌گردد.

مقدار سختی آب ، علاوه بر اینکه در آبهای صنعتی اهمیت وافر دارد، از نظر بهداشت عمومی نیز اهمیت خاصی دارد. کلسیم که یکی از عوامل سختی آب است، در رشد استخوان و حفظ تعادل بدن دخالت داشته، ولی به همان اندازه ، سولفات کلسیم به علت کمی قابلیت هضم ، ناراحتیهایی در

دستگاه هاضمه بوجود می آورد.

گاهی توصیه می‌شود که جهت تامین بهداشت و سلامت مصرف کنندگان ، آهک به آب آشامیدنی افزوده شود. بعضی دانشمندان معتقدند، بهتر است کلسیم و منیزیم لازم بدن توسط غذا تامین شود و حتی‌الامکان از آبهای سبک برای شرب استفاده شود. باید توجه داشت که بدن نسبت به سنگینی موجود در آب مورد مصرف خود حساسیت دارد، چنانچه این نوشیدنی تغییر یابد، ممکن است در دستگاه گوارش ایجاد اخلال نماید و این موضوع را به اصطلاح آب به آب شدن می‌گویند.

درجه سختی آب:

درجه سختی آب را از روی مقدار کلسیم و منیزیم موجود در آن تعیین می‌کنند.
در آلمان اگر آبی ده میلی گرم Cao در یک لیتر داشته باشد می‌گویند درجه سختی آب یک است. در فرانسه اگر آبی در یک لیتر ده میلی گرم کربنات کلسیم یا همسنگ آن کربنات منیزیم داشته باشد می‌گویند که یک درجه سختی دارد. در انگلستان اگر آبی ده میلی گرم کربنات کلسیم و یا همسنگ آن کربنات منیزیم در 0.7 لیتر داشته باشد یک درجه سختی دارد.
برای تعیین سریع سختی آب کارخانه شیمیایی واقع در آلمان قرصهایی ساخته است. در یک لوله آزمایش مخصوص و مدرج آب مورد آزمایش را تا خط نشان لوله پر می‌‌نمایند و بوسیله معرفی که همراه بسته قرصهاست رنگ این آب را قرمز می‌کنند و آگاه آنقدر از این قرصها در آن می‌اندازند تا رنگ آب سبز گردد. شماره قرصهای ریخته شده در لوله آزمایش برابر درجه سختی آب می‌باشد. دقت این روش تا نیم درجه است.

نرم کردن آب با آهک و سوداش:

آهک و سودااش در فرآیندهای نوع سرد، گرم و داغ کاربرد فراوان دارند. در فرآیند سرد عمل ترسیب در درجه حرارت معمولی آب انجام می گیرد و در روش گرم نیز رسوبگذاری در دمائی حدود 50C صورت می پذیرد. نرم کردن آب به روش آهک- سودای داغ، در درجه حرارت جوش آب 100C بودو راندمان حذف سختی بسیار بالاست.

واکنشهای آهک:

آهک معمولا به صورت هیدراته برای حذف سختیهای کربناته و غیرکربناته مورد استفاده قرار می گیرد. اما در بعضی از دستگاههای بزرگ استفاده از آهک به صورت CaO مقرون به صرفه تر است. بنابراین در بیشتر مواقع لازم است آهک را قبل از استفاده بصورت هیدروکسید درآورد.

CaO + H2O → Ca(OH)2 سختی کربناته:

آهک هیدراته در واکنشهای شیمیایی، سختی کربناته را به صورت کربنات کلسیم و هیدروکسید منیزیم رسوب میدهد. در این روش در صورت وجود سختی کربناته در آب آنها از آب خارج میگردند.

Ca(OH)2 + Co2 → CaCo3 ↓+ H2O
Ca(HCo3)2 + Ca(OH)2→ 2CaCo3 + 2H2O
Mg(HCo3)2 + Ca(OH)2 →CaCo3 ↓+ MgCo3 + 2H2O
MgCo3 + Ca(OH)2 → MgCo3 ↓+ CaCo3 ↓

سختی غیرکربناته:

آهک هیدراته سختی غیرکربناته حاصل از منیزیم را به صورت هیدروکسید منیزیم رسوب میدهد و باعث پدیدآمدن کلرور، نیترات سولفات کلسم محلول میگردد که لازم است برای جداسازی این املاح از آب سودااش به آب اضافه نمود.

MgSo4 + Ca(OH)2 → Mg(OH)2 + CaSO4
CaSo4 + Na2Co3 → Na2So4 + CaCO3 ↓

MgCl2 + Ca(OH)2 → Mg(OH)2 + CaCl2
CaCl2 + Na2Co3 → 2NaCl + CaCo3 ↓

روش کار:

ابتدا ارلن را با آب می شوییم .5o MLآب شهر درون ارلن ریخته و به آن 8قطره شناساگر متیل اورانج اضافه می کنیم وسپس ارلن را روی کاغذ سفیدی می گذاریم.اکنون رنگ محلول داخل ارلن به صورت رنگ نارنجی کم رنگ دیده می شود.

بورت را پس از شستوشو با HCL از محلول 0.01مولار HCL پر می کنیم،آن را بالای سر ارلن قرار داده و به گیره متصل می کنیم .شیر بورت را باز کرده و اجازه می دهیم که محلول اسیدی قطره قطره به درون ارلن بریزد .از آنجایی که آب معمولی دارای مقداری املاح و نمک های Ca2+وMg2+ می باشد ،باز محسوب شده وبا محلول اسیدی واکنش داده و خنثی می شود .

بعد از گذشت مدتی آب به رنگ صورتی کم رنگ در می آید،در این هنگام شیر بورت را بسته و حجم باز مصرفی را می خوانیم.(va= 19.8 ml)

با استفاده از فرمول زیر نرمالیته آب شهر دزفول را بدست می آوریم:

Na . Va = Nb . Vb

(0.01)(19.8) = Nb (50)

Nb = 0.00396 eq/lit

با ضرب کردن نرمالیته آب در عدد 1000 سختی آب بدست می آید:

(0.00396) (1000) = 3.96 meq/lit

با توجه به جدول ،متوجه می شویم که نوع آب شهری نرم متوسط است.

برای بدس اوردن میلی اکیوالان گرمهای HCO3- در هر 1 لیتر محلول

3.96Meq/lit ×61 =241.56

تعیین سختی آب

مطالب مشابه :

تعیین سختی آب

تعیین سختی کل آب

تعیین سختی آب

گزارش کار تعیین سختی کل آب

تهیه محلول و تعیین سختی آب