2013年9月20日 星期五

水的硬度與軟化

水的硬度與軟化

分類:秘笈區
2008/05/19 09:43
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水的硬度

水中溶有可溶性鈣、鎂、鐵(II)等金屬氯化物、硫酸鹽或酸式碳酸鹽的水,稱為硬水。一般硬水可分為兩類:(1)暫時硬水:水中主要含有金屬(II)之酸式碳酸鹽,其金屬(II)離子可由煮沸而除去。(2)永久硬水:水中主要含金屬(II)之硫酸鹽或氯化物,不會因煮沸而除去金屬(II)離子。

肥皂為一種有機鈉鹽(RCOONa),包括親油性基及親水性基兩部分,肥皂清洗功效,為親油性基與油污相結合,而親水性基與水分子相結合,使油污懸浮水中,以除去油污,當肥皂溶在硬水時會生成不溶性,灰白色之渣,使肥皂不起泡沫,降低肥皂洗滌效果。
Ca2+(aq)+2C17H35COO-(aq) → Ca(C17H35COO)2(s) <鈣肥皂>
Mg2+(aq)+2C17H35COO-(aq) → Mg(C17H35COO)2(s) <鎂肥皂>

硬水在鍋爐加熱時,會產生鈣鹽和鎂鹽的沉澱,形成鍋垢,減低熱的傳導性,影響鍋爐效率,妨礙水在管中流動,甚至造成爆炸。

(1)暫時硬水受熱時:當鈣離子和酸式碳酸根離子加熱時,會產生碳酸鈣的沉澱。

Ca2+(aq)+2HCO3-(aq) → CaCO3(s)+CO2(g)+H2O(l)
Mg2+(aq)+2HCO3-(aq) → MgCO3(s)+CO2(g)+H2O(l)
(2)永久硬水受熱時:當硬水中含有硫酸根離子(SO42-)和鈣離子(Ca2﹢)時,加熱會產生硫酸鈣的沉澱。
Ca2﹢(aq) + SO42-(aq) → CaSO4(s)
但因CaSO4微溶於水,故加熱並無法將Ca2﹢完全沉澱,因此加熱、煮沸並不能完全軟化永久硬水。

硬度表示在溶液中含有鈣、鎂及鐵(II)之離子之總濃度,為了計算方便,將溶液中鈣、鎂及鐵(II)之離子之濃度皆當作CaCO3之濃度,若溶液中[Ca2﹢]+[Mg2﹢]+[Fe2﹢]為0.1M,如以硬度表示即含[CaCO3]= 0.1M。

硬度通常採用ppm(百萬分數)單位,即每百萬克溶液中含有CaCO3之克數,亦可為每升溶液所含CaCO3之毫克數。若溶液硬度為a ppm表示每升溶液含a mg之CaCO3。

硬水的軟化

硬水軟化法是將硬水中除去鈣,鎂與鐵(II)離子的方法,通常包括下面幾種方法:
(一)煮沸法:


暫時硬水可藉煮沸法除去水中之M2﹢離子,當加熱暫時硬水,則可溶性碳酸氫鹽生成碳酸鹽沈澱。
Ca2﹢(aq)+2HCO3-(aq)→CaCO3(s)+CO2+H2O
(二)藥品處理法:

(1)加入消石灰Ca(OH)2
Ca(HCO3)2+Ca(OH)2→2CaCO3(s)+2H2O
Mg(HCO3)2+Ca(OH)2→MgCO3(s)+CaCO3(s)+2H2O
(2)磷酸鹽法:
3CaSO4+2Na3PO4→Ca(PO4)2(s)+3Na2SO4
(3)錯離子劑法:
常用的試劑如EDTA(ethylenediamine tetraacetic acid 乙二胺四醋酸),與鈣、鎂等形成穩定錯化合物而減低硬度。
(-OOCCH2)2NCH2CH2N(CH2COO-)2 + Ca2﹢→[Ca(OOCCH2)2NCH2CH2N(CH2COO)2]2-
(三)離子交換法:
(1)天然沸石交換法:將硬水通過泡沸石(NaAlSiO4)或陽離子交換樹脂
Ca2+(aq)+2NaZ(s)→CaZ2(s)+2Na+(aq)
:NaZ表天然泡沸石,實驗式為NaAlSiO4 。

(2)陽離子交換樹脂:
磺酸化聚苯乙烯的鈉鹽:R-SO3Na,其中R-SO3-代表磺酸化聚苯乙烯的陰離子
Ca2+(aq)+2R-SO3Na(s)→CaCO3(s) + ( R-SO3)2(s)+2Na+(aq)
:R-SO3Na代表磺酸化聚苯乙烯的人工合成樹脂。

檢 驗水的硬度時,乃是利用EDTA與水樣品中的鈣、鎂離子作用,生成可溶性的錯離子化合物。滴定時先在水樣品中加入微量的EBT(Eriochrome Black T)指示劑,當滴入足量的EDTA溶液時,則水中所有的鈣、鎂都成為錯離子化合物,溶液由粉紅色變為藍色,此時即為滴定終點。

http://www.ksvs.khc.edu.tw/class_page/chem/chem90a/%A4%F4%AA%BA%B5w%AB%D7%BBP%B3n%A4%C6.htm
http://www.chem.ccu.edu.tw/~cyhung/Web-highschool/Chapter-1/Chapter-1.htm

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