ИССЛЕДОВАНИЕ ЖЕСТКОСТИ ВОДЫ

Фарафонтова Валерия Владиславовна, ученица 8 класса

 МБОУ "Лицей №1 п. Первомайский" Оренбургского района

Попова Ольга Геннадьевна, учитель физики

МБОУ "Лицей №1 п. Первомайский" Оренбургского района

Вода – прекрасный передатчик давления, и используется в различных гидравлических машинах (гидравлический пресс и тормоз). Кроме того, у воды большая теплоемкость, и ее часто применяют для охлаждения нагретых приборов, а также для отопления жилых помещений. Жесткая же вода  способствует осаждению солей на подвижных частях механизмов и внутри труб отопительной системы, что увеличивает вероятность их износа, и, как следствие, приводит к поломке.

Актуальность нашей работы состоит в том, что в домашних условиях не всегда возможно точно определить жесткость воды, а лабораторные методы достаточно дорогостоящи. С помощью  методов, предложенных мною, можно не обращаясь в лаборатории и не прилагая особых усилий, определить жесткая ли вода, которой мы пользуемся. И если вода все-таки жесткая, то в данной работе предложены несколько способов устранения этой жесткости. Ведь во многом от жесткости воды зависит результат стирки и долговечность приборов, контактирующих с водой (в частности, электронагревательных, гидротормозов и гидравлических прессов).

Поэтому объектом  моего исследования является жесткость воды.

Предмет исследования – вода различной жесткости.

Цели работы:

1. Определение жесткости воды. 

2. Уменьшение жесткости воды различными способами.

Задачи:

1. Провести анализ научной и научно-популярной литературы  по теме исследования.

2.  Разработать методы определения жесткости воды в домашних условиях.

3. Различными способами уменьшить жесткость воды в домашних условиях.

Различают два вида жесткости: карбонатная и некарбонатная [1].

1) Карбонатная (временная) жесткость - образуется при растворении в воде именно бикарбонатов кальция и магния - Са(HCO₃)₂ и Mg(HCO₃)₂. При нагреве такой воды неустойчивые бикарбонаты снова переходят в нерастворимую форму - карбонаты - CaCO₃, и MgCO₃, образуется накипь (котельный камень). Данный тип жесткости почти полностью устраняется при кипячении воды и поэтому называется временной жесткостью.

2) Некарбонатная (постоянная) жесткость. Если вода растворила по пути другие минералы, содержащие кальций и магний, но не в виде карбонатов, а в виде хлоридов или сульфатов CaCl₂, CaSO₄, MgCl₂, MgSO₄, то накипи не образуется, но проявляются другие свойства жесткой воды.

Среди методов устранения жесткости в промышленных масштабах можно отметить термический  метод, основанный на нагревании воды до температуры выше точки кипения, с целью устранения карбоната кальция и карбоната магния. При умягчении воды реагентными методами используют реагенты, образующие при взаимодействии с кальцием и магнием малорастворимые соединения с последующим их отделением в фильтрах [3].
Кроме того, используют умягчение воды, основанное на разных скоростях диффузии этих веществ через полупроницаемую мембрану, разделяющую концентрированный и разбавленный растворы (мембранный метод). Магнитная обработка воды распространена для борьбы с образованием накипи. Сущность метода состоит в том, что при пересечении водой магнитных силовых линий образователи накипи выделяются не на поверхности нагрева, а в массе воды, и, образующиеся рыхлые осадки (шлам), удаляют. Наибольшее практическое применение получил ионообменный метод умягчения воды [4]. Сущность ионообменного метода заключается в способности ионообменных материалов (ионитов) поглощать из воды положительные или отрицательные ионы в обмен на такое же количество ионов ионита.

В домашних условиях тоже возможно уменьшение жесткости воды. Но для этого сначала необходимо определить жесткая ли она.

Для того чтобы определить жесткость воды понадобится следующее оборудование: мыло (в виде стружки), колба (или прозрачный стакан),  палочка или ложка (чтобы насыпать и перемешивать мыло).

Метод № 1 состоит в определении высоты пены. Берем колбу с исследуемой водой, насыпаем в нее размельченное мыло и интенсивно размешиваем. Далее проделываем ту же работу с другими образцами воды. Смотрим, какой образец дает большую пену. Мыло в мягкой воде мылится лучше, а значит, даст пену большую, чем в жесткой.

Метод № 2: наливаем в 2 сосуда исследуемую воду, насыпаем в один из них размельченное мыло и интенсивно размешиваем. Далее берем полученный раствор,  опускаем в него палец, затем смываем в сосуде без мыла. Если ощущения мылкости нет, то вода жесткая, а если наоборот, то мягкая.

Таким образом, по мылкости и высоте пены, мы можем определить жесткость воды в домашних условиях.

Пользуясь этими методами, мы решили провести анализ жесткости воды из различных источников.

1) Вода из-под крана.

2) Минеральная вода «Аква Вита» негазированная (жесткость не более 8 моль\л) Село Нежинка, Оренбургская область, Оренбургский район, скважина № 1.

3) Вода, взятая из  родника, находящегося в п. Экспериментальный Оренбургского района, Оренбургской области.

4) Вода из реки Урал в г. Оренбург.

По результатам нашего исследования получили, что вода минеральная вода «Аква Вита» достаточно мягкая, вода из-под крана немного жестче, вода из реки Урал еще более жесткая, а образец воды, взятый из родника обладает самой большой жесткостью и мыло в нем почти не мылится.

На основе анализа литературы и предыдущих опытов мы получили, что в домашних условиях можно уменьшить жесткость воды четырьмя способами.

Первый способ – это кипячение. Для того чтобы в большей степени уменьшить жесткость воды нужно прокипятить ее как минимум два раза.

Второй способ  –  это очищение воды фильтрами. Обычно для этого используют домашние фильтры например, «Аквафор» или «Барьер».

Третий способ – умягчение воды замораживанием. Включает замораживание воды и ее последующее оттаивание. Воду замораживают при температуре  -2...-7 ^оС,  с выдержкой при указанной температуре в течение 6-24 ч или 36 ч (в зависимости от массы воды). Соли замерзают в последнюю очередь, а замёрзшая вода и будет той смягчённой водой, которая нам требуется. Самое главное – это следить за процессом заморозки. Не нужно ждать, когда замёрзнет вся жидкость. Дождитесь, пока незамёрзшей воды останется мало, а потом просто слейте её и разморозьте ту, которая замёрзла. 

Четвертый способ – это добавления соды или «Калгона» (Дешевле использовать лимонную кислоту, входящую в состав «Калгона» и его аналогов). Добавление этих реагентов позволит в достаточно большой степени смягчить воду.

Таким образом, в домашних условиях можно определить и уменьшить жесткость воды. Анализируя  различные способы уменьшения жесткости воды, пришли к такому выводу, что лучшими из них являются использование фильтров и заморозка. Однако, пить мягкую воду долгое время не рекомендуется, т. к. это приводит к вымыванию кальция и некоторых солей в организме.

ЛИТЕРАТУРА.

1. Химическая энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия, 1990. Т. 2.  671c. [с. 145, «Жесткость»]

2. Лабораторный практикум с методическими указаниями по зоогигиене для студентов биотехнологического факультета по специальности «Технология производства и переработки сельскохозяйственной продукции»./ Докторова И.Н., Козлов В.В.,  Душкин В.В., Исаева Ю.В. – Ульяновск, УГСХА, 2005, 189 с. [тема № 12]

3. Химическая энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия, 1988. Т. 1.  625c. [с. 397, «Водоподготовка»]

4. Водоподготовка: Справочник. /Под ред. д.т.н., действительного члена Академии промышленной экологии С.Е. Беликова.  – М.: Аква-Терм, 2007. – 240 с. [c. 76, «Методы водоподготовки»]