3 Раздел I. Жесткость воды и методы ее устранения

Раздел I. Жесткость воды и методы ее устранения
(обзор литературных данных)

1. 
   Вода. Особенные свойства вода
   

1.1.1. Химические свойства воды.
Вода – оксид водорода – бинарное соединение неорганической природы. Формула – H₂O. Молярная масса – 18 г/моль. Может существовать в трех агрегатных состояниях – жидком (вода), твердом (лед) и газообразном (водяной пар). Вода – наиболее распространенный растворитель. В растворе воды существует равновесие, поэтому воду называют омфалитом:
H₂O ↔ H⁺ + OH^— ↔ H₃O⁺ + OH^—.
Химически чистая вода представляет собой простейшее устойчивое соединение водорода с кислородом, имеет химическую формулу Н₂О и является одним из самых важных соединений на Земле. Молекула массой составляет 11,1% водорода и 88,89% кислорода. При образовании воды с одним атомом кислорода соединяются два атома водорода.
Характерной особенностью молекул воды, есть особенность объединения, в агрегаты-соединения нескольких молекул. Это явление обусловлено, значительной полярностью молекулы, которая есть наследственным неравномерным разделением электрического заряда в самой молекуле воды. Молекула в точке нахождения атома кислорода имеет некоторый избыток отрицательного заряда, а на противоположной стороне, где расположены атоме водорода, - избыток положительного заряда. При достаточном сближении между собой под воздействием сил электростатического притяжения молекулы могут соединяться в агрегаты. В парообразном состоянии (при t >100°C) вода состоит главным образом из однородных простых молекул, которые называются гидролами и отвечают формуле Н₂О. Агрегат из двух простых молекул (Н₂О) имеет название дигидроль, а соединение из трех молекул (Н₂О) называется тригидролем. Агрегат может объяснить некоторые аномалии физических способностей воды.
Химически чистая вода в природе почти не встречается, ее можно получить лабораторным путем. Например, сжигание водорода в воздухе, получаем в воздухе пары воды. Такая вода не имеет цвета и запаха, но имеет неприятный вкус, но природная вода является хорошим растворителем.
Химический состав воды постоянно изменяется в меру прохождения через атмосферу и литосферу. Из атмосферы в воду попадают азот и кислород, частицы солей, окиси азота и другие вещества. Вода, что выпала на поверхность Земли в виде атмосферных осадков, растворяет вещества, которые тут находятся, и обеспечивают солями, органическими веществами газами. Еще больше изменяется химический состав воды, при проникновении ее в землю и кору породы. Большую роль при изменении химического состава играет сельская деятельность человека.
Химический состав природных вод разделяют на шесть основных групп: главные ионы, растворенные газы, биогенные вещества, микроэлементы, органические вещества и загрязненные вещества. Газы и органические вещества бывают в воде в виде молекул, соли –в виде ионов и частично комплексов, а некоторые биогенные и органические соединения – в виде коллоидов.
Для главных ионов солей относятся негативно заряженные ионы (анионы): хлоридные Cl^-, сульфатные SO₄^2- , гидрокарбонатные HCO₃^2- , карбонатные CO₃^2-; позитивно заряженные ионы (катионы): магния Mg²⁺, кальция Ca^2+, натрия Na⁺ и калия K^+.
За составом солей ( минерализация и соленость) природные воды разделяются на четыре группы: пресные –менее 1%, солоноватые – 1-25%, соленые ( морские солености)- 25-50%, высокосоленые – более 50%.
За предпочтением аниона все природные воды разделяются на три класса: гидрокарбонаты, сульфаты и хлориды; за предпочтение катиона – тоже на три группы: кальция, магний и натрия.
Речные воды преимущественные относятся к гидрокарбонатному классу и кальциевой группы; подземные воды нередко относятся к сульфатному классу и магниевой группы; воды морей и океанов принадлежат к хлорному классу и натриевой группы.
Концентрации распространенных двухвалентных катионов Ca²⁺ и Mg²⁺ обуславливает общую твердость воды. Огромное значение биохимических процессов. Которые происходят в материковых и океанических водах, имеют растворенные в воде газы. Это – кислород O_2, азот N₂, водород Н и другие.
Из растворенных газов наибольшее значение имеет кислород и диоксид углерода (углекислый газ). Природные воды обогащаются кислородом за счет нахождения его в атмосфере, вследствие выделения водорода растительностью в процессе фотосинтеза. Потеря кислорода в воде связана с процессом окисления органических веществ (дыхание водных организмов, брожение, гниение органических остатков), а также выделение его в атмосферу.
Также особое место занимает ион водорода, который имеет большое значение в химических и биохимических процессах, что происходят в воде.
Ион водорода в водной среде в малых количествах. Он появляется в результате диссоциации угольной кислоты Н₂СО₃ (НСО₃^-+Н^-) и самой воды Н₂О (Н⁺+ОН^-). Ион Н⁺ есть носителем кислотных свойств в растворе, а гидроксильных ионов ОН^- - щелочных. В химически чистой воде оба иона находятся в одинаковом количестве, из-за этого вода есть такой нейтральной, концентрация ионов в ней равняется 10 ^-7.
Следовательно, вода имеет нейтральную среду рН=7. При рН <7 кислая среда, при рН> 7 щелочная среда. Большинство природных вод имеют рН от 6,5 до 8,5.

1.