Умягчение воды пермутитом

Эффективным средством умягчения воды являются цеолиты из группы каркасных силикатов. Чтобы описать строение цеолитов, необходимо учесть, что некоторые химические элементы обладают способностью имитировать кремний Si частично замещая его в структуре кислородных соединений. Это в первую очередь относится к элементу алюминию – Аl. Например, в кристаллах нефелина, в состав которого входят атомы кислорода – О, кремния – Si, алюминия – Аl и натрия – Nа, атомы алюминия, также как и атомы кремния окружены атомами кислорода по тетраэдру. Кремнекислородные тетраэдры [SiО₄] сосуществуют с алюмокислородными [АlО₄]. Обобщая свои вершины, эти тетраэдры образуют трёхмерный каркас, в пустотах которого находятся атомы натрия. Химическая формула этого каркасного минерала запишется в виде Nа[АlSiО₄]. Он относится к группе так называемых алюмосиликатов.

При фильтровании воды через слой цеолита происходит ионный обмен: катионы Са²⁺ и Мg²⁺ поглощаются, а в воду переходит эквивалентное количество катиона Nа⁺. Когда обменная способность цеолита истощается, его регенерируют, обрабатывая 5-10 %-ным раствором хлорида натрия NаСl.

Для смягчения воды обычно используют искусственно полученные цеолиты (пермутиты), синтез которых осуществляется при добавлении горячего раствора сульфата алюминия Аl₂(SО₄)₂ к раствору, содержащему жидкое стекло Nа₂SiО₃ и кальцинированную соду Nа₂СО₃.

Очень важную для промышленности группу каркасных алюмосиликатов составляют цеолиты, структуры которых содержат более или менее широкие "каналы". В каналах находятся молекулы воды, довольно слабо связанные с каркасом. При осторожном нагревании вода постепенно удаляется без разрушения кристаллической структуры. Замечательно, что вслед за тем вода снова может быть поглощена в том же количестве или заменена другими молекулами. Таким образом, кристаллическая структура цеолитов способна играть роль молекулярного "сита", избирательно пропускающего молекулы не слишком большого размера.

Порядок выполнения работы

Воду, подлежащую исследованию, в количестве 250 мл 2-3 раза пропускают через слой минерала. Во время фильтрации происходят обменные реакции между катионами минерала и катионами солей жёсткости, растворённых в воде. Отбирают 100 мл умягчённой воды, добавляют 3-4 капли метилового оранжевого и определяют её щёлочность.

Оставшуюся воду ещё раз пропускают через слой минерала и вновь определяют щёлочность, сравнивая её со щелочностью предыдущей порции.

Опыт 6.Умягчение воды методом катионирования

Из трубки с катионитом сливают избыток воды. При этом следят за тем, чтобы уровень воды в трубке был выше слоя катионита во избежание по­явления воздушных пузырьков внутри катионита. Заливают катионит ис­следуемой водой, жёсткость которой необходимо определить. Медленно пропускают воду через слой катионита так, чтобы вода выходила каплями, и следят за уровнем воды в трубке. Первые 20-30 мл фильтрата от­брасывают. Затем отмеряют 100 мл воды, пропущенной через слой катионита, переносят пробу в коническую колбу для титрования и определяют об­щую жёсткость воды по методике, приведённой в опыте 1. Сравнивают жё­сткость воды до и после её умягчения, а также результаты, полученные при умягчении воды реагентным и ионообмен­ным методами, и делают соответствующие выводы. Результаты опыта сводят в таблицу.

ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОЙ РАБОТЫ В ХИМИЧЕСКОЙ

ЛАБОРАТОРИИ

1. Работы в химической лаборатории проводят в хлопчатобумажном халате, с длинным рукавом.

2. В лаборатории запрещается находиться в верхней одежде (пальто, куртки), а также раздеваться в лабораториях и вешать верхнюю одежду и головные уборы на лабораторную мебель и оборудование.

3. Прежде чем приступить к работе, внимательно ознакомьтесь с заданием, с правилами безопасности работ, оборудованием, материалами и инструментом.

4. Со всеми веществами (реактивами) в лаборатории необходимо обращаться как с более или менее ядовитыми, так как большая часть применяемых в лаборатории веществ ядовиты.

5. Растворы следует отмерять мерными цилиндрами, а сыпучиевещества следует брать шпателем или ложечкой, следя за тем, чтобы реактивы и их растворы не попали на руки. Нельзя брать реактивы руками, категорически запрещается пробовать ре­активы на язык.

6. При нагревании раствора необходимо находиться воз­ле нагревательного прибора.

7. При попадании кислоты на кожу поражённое место промывают сначала большим количеством воды, а затем 10 %-ным раствором соды (карбонат натрия – Nа₂СО₃).

8. В случае попадания на кожу едкого вещества (КОН, NаОН) необходимо нейтрализовать его действие 3 %-ным раствором уксусной кислоты (СН₃СООН), а при попадании в глаза – обильное промывание 2 %-ным раствором борной кислоты (Н₃ВО₃).

9. В случае пореза, например при работе со стеклянной химический посудой, края раны следует обработать спиртовым раствором иода и наложить повязку.

10. Запрещается в лаборатории пить воду и принимать пищу.

11. По окончании работы приведите в порядок своё рабочее место. После уборки заявите руководителю об окончании ра­боты и только после этого можете оставить лабораторию.

12. После работы следует тщательно вымыть руки с мылом.