2. Некоторые определения аналитической химии
Нормальность раствора - это его концентрация, выраженная числом грамм - эквивалентов вещества, содержащегося в 1 л раствора.
Грамм - эквивалент - это число граммов вещества, равное массе его химического эквивалента.
Химический эквивалент кислоты, основания, соли равен молекулярной массе, деленной на число ионов водорода (кислота), на число гидроксильных групп (основание), на сумму зарядов, образующим соль, катионов и анионов.
Молекулярная масса - это значение массы молекул выраженная в атомных единицах массы.
Атомная единица массы определяется как 1/12 массы изотопа углерода с массовым числом 12, и численно равна (1, 66043 +/- 0,000031) * 10 – 24 г.
Массовое число - это число нуклонов (протонов и нейтронов) в атомном ядре. Оно обозначается буквой А и указывается обычно слева сверху рядом с символом элемента. Например, 32 S означает изотоп серы с массовым числом А = 32.
Титрование – метод объемного анализа, заключающийся в постепенном прибавлении раствора известной концентрации к анализируемому с целью установления концентрации последнего. При прямом титровании проба анализируемого раствора титруется стандартным раствором до того момента, когда визуально наблюдается изменение окраски индикатора (точка эквивалентности). При этом количество стандартного раствора эквивалентно количеству определяемого вещества.
Стандартный раствор — это раствор с точно известной концентрацией химического реактива. Простейший способ его приготовления – это использование фиксанала: сухого вещества или раствора в количестве, необходимом для получения 1 л раствора определенной концентрации. Фиксанал готовится в заводских условиях или крупной лаборатории и помещается в стеклянную ампулу, которая запаивается.
3. Показатели качества воды. Жесткость.
Одним из наиболее важных показателей качества воды является жесткость, численное значение которой зависит от концентрации в воде ионов кальция и магния (см. приложение 1).
Жесткость - показатель, определяющий содержание в воде катионов накипеобразователей кальция и магния. Величина жесткости в исходной воде определяет выбор схем химводоочисток (ХВО), наличие того или иного оборудования и режимов его работы. Эксплуатационное обеспечение норм жесткости является основой нормальной (безнакипной) работы нагревательных и испарительных поверхностей котлов.
Именно жесткость в значительной степени обусловливает возникновение шлама в воде и отложений (накипи) на внутренних поверхностях труб котлов и в проточной части турбин.
Различают следующие формы жесткости: общую Ж0, кальциевую ЖСа, магниевую ЖМg, карбонатную (временную) Жк и некарбонатную (постоянную) Жнк.
Общая жесткости Ж0 представляет собой сумму карбонатной и некарбонатной жесткостей, т.е. суммарную концентрацию и воде катионов Са2+ и Mg2+ . Соли кальция и магния могут находиться в виде следующих соединений: СaS04 , MgSO4 , хлористых – СаСl2 , MgCI2 , азотистых - Са(NО3)2, Mg(NО3)2 , кремнекислых СаSiO3 , MgSiO3 , фосфорно- кислых - Са(РО4)2 , Mg(PO4)2, двууглекислых - Са(НСО3)2 , Mg(НСО3)2 .
Жесткость измеряется в миллиграмм-эквивалентах на один 1 кг раствора ( мг-экв/кг ). Например, величина 1 мг-экв/кг жесткости соответствует содержанию 20,04 мг/кг иона Са2+ или 12,16 мг/кг иона Мg2+ . Тогда общая жесткость воды, выраженная в эквивалентных единицами суммарной концентрации катионов Са и Мg, определяется из уравнения:
Ж0 = Са2+ / 20, 04 + Мg2+ / 12,16
Карбонатная жесткость Жк обуславливается совместным приcутствием в воде ионов Са2+, Mg2+ и НСО3 в виде бикарбонатов ( двууглекислых солей ) — Са (HCO3)2 и Mg(НСО3)2 .
Если воду нагревать выше 45 0С, то находящиеся в ней бикарбонаты будут разлагаться с выделением углекислоты СО2 и плохо растворимых углекислых кальция и магния — СаСО3 и MgСО3, поэтому эта жесткость называется временной.
Соли, определяющие некарбонатную жесткость, будут постепенно кристаллизоваться и выделяться в виде твердых отложений. На поверхностях нагрева таким образом появляется накипь. Накипь, имея малый коэффициент теплопроводности, снижает эффективность теплообмена в котельных установках, ведет к перегреву металла поверхностей нагрева вплоть до его разрушения. Откладываясь внутри труб, она нарушает гидродинамический режим работы поверхностей нагрева котлов и тепловых сетей. При грубых нарушениях водно-химического режима по нормам жесткости возможно полное закупоривание труб с выходом котельного агрегата из строя.
Величина карбонатной жесткости равна выраженной в эквивалентных единицах концентрации в воде анионов бикарбонатов Са и Mg:
Жк = НСО3Ї / 61,02
где НСО3 - концентрация в воде бикарбонатов кальция и магния, мг/кг;
61,02 - их эквивалентная масса, мг/мг-экв.
Некарбонатная жесткость Жп вызывается присутствием солей, в который Са и Mg связаны с анионами сильных кислот - соляной, серной, азотной и др. Эти соли при нагревании не разлагаются, а выделяются только при выпаривании раствора. Некарбонатная жесткость определяется из выражения:
Жнк = Жо - Жк
Установлена следующая классификация общей жесткости:Ж0 < 1,5 мг-экв/л - малая жесткость;Ж0 = (1,5...3,0) мг-экв/л - средняя;Ж0 = (3,0...6,0) мг-экв/л - повышенная;Ж0 = (6,0...12,0) мг-экв/л - высокая;Ж0 > 12,0 мг-экв/л - очень высокая.