Nước cứng | Khái niệm hoá học

1. Khái niệm

Nước có vai trò cực kì quan trọng đối với đời sống con người và hầu hết các ngành sản xuất, chăn nuôi, trồng trọt. Nước thường dùng là nước tự nhiên, được lấy từ sông, suối, hồ, nước ngầm. Nước này hòa tan một số muối như Ca(HCO₃)₂; Mg(HCO₃)₂, CaSO₄, MgSO₄, CaCl₂, MgCl₂. Vì vậy, nước trong tự nhiên có các caiton Ca²⁺, Mg²⁺. Nước cứng là nước chứa nhiều cation Ca²⁺ và Mg²⁺. Nước có chứa ít hoặc không chứa các ion trên được gọi là nước mềm.

2. Phân loại nước cứng

Căn cứ vào thành phần của anion gốc axit có trong nước cứng, người ta phân thành 3 loại: Nước có tính cứng tạm thời, nước có tính cứng vĩnh cửu và nước có tính cứng toàn phần. 

a. Nước cứng tạm thời là nước cứng chứa ion HCO₃^- ( dạng muối Ca(HCO₃)₂ và Mg(HCO₃)₂ )

- Nước cứng tạm thời đun nóng sẽ làm mất tính cứng của nước

b. Nước cứng vĩnh cửu là nước cứng chứa ion Cl^-, SO₄^2- ( dạng muối CaCl₂, MgCl₂, CaSO₄, và MgSO₄)

- Nước cứng vĩnh cửu đun nóng sẽ không làm mất tính cứng của nước

c. Nước cứng toàn phần là nước cứng chứa cả anion HCO₃^- lẫn Cl^-, SO₄^2-.

- Nước cứng toàn phần đun nóng sẽ làm giảm tính cứng của nước 

3. Tác hại

-  Làm hỏng các thiết bị nồi hơi, ống dẫn nước

-  Làm giảm mùi vị thức ăn

-  Làm mất tác dụng của xà phòng 

4. Phương pháp làm mềm

a. Phương pháp kết tủa.

-   Đối với mọi loại nước cứng ta dùng Na₂CO₃ hoặc Na₃PO₄ để làm mềm nước

M²⁺ + CO₃^2- → MCO₃↓

2M²⁺ + 2PO₄^3- → M₃(PO₄)₂↓

-  Đối với nước cứng tạm thời, ngoài phương pháp dùng Na₂CO₃, Na₃PO₄ ta có thể dùng thêm NaOH hoặc Ca(OH)₂ vừa đủ, hoặc là đun nóng.

+ Dùng NaOH vừa đủ.

Ca(HCO₃)₂ + 2NaOH → CaCO₃↓ + Na₂CO₃ + 2H₂O

Mg(HCO₃)₂ + 2NaOH → MgCO₃↓ + Na₂CO₃ + 2H₂O

+ Dùng Ca(OH)₂ vừa đủ

Ca(HCO₃)₂ + Ca(OH)₂ → 2CaCO₃↓ + 2H₂O

Mg(HCO₃)₂ + Ca(OH)₂ → MgCO₃↓ +  CaCO₃↓ + 2H₂O

+ Đun sôi nước, để phân hủy Ca(HCO₃)₂ và Mg(HCO₃)₂ tạo thành muối cacbonat không tan. Để lắng gạn bỏ kể tủa được nước mềm. 

b. Phương pháp trao đổi ion

Phương pháp trao đổi ion được dùng phổ biến để làm mềm nước. Phương pháp này dựa trên khả năng trao đổi ion của các hạt zeolit (các alumino silicat kết tinh có trong tự nhiên hoặc được tổng hợp, trong tinh thể có chứa những lỗ trống nhỏ) hoặc nhựa trao đổi ion.

Thí dụ: cho nước cứng đi qua chất trao đổi ion là các hạt zeolit thì một số ion Na⁺ của zeolit rời khỏi mạng tinh thể, đi vào trong nước nhường chỗ cho các ion Ca²⁺ và Mg²⁺ bị giữ lại trong mạng tinh thể silicat.