Nước cứng

Bài học Hóa 12: Nước cứng đưa ra nội dung chi tiết khái niệm nước cứng là gì? Các loại nước cứng và phương pháp làm mềm nước cứng.

1. Khái niệm

Nước cứng là nước có chứa nhiều cation Ca²⁺, Mg²⁺. Nước chứa ít hoặc không chứa các ion trên được gọi là nước mềm.

2. Phân loại nước cứng

Căn cứ vào thành phần các anion gốc axit có trong nước cứng, người ta chia nước cứng ra 3 loại:

2.1. Nước cứng tạm thời

Nước cứng tạm thời: Là nước cứng chứa các muối Ca(HCO₃)₂, Mg(HCO₃)₂

Ca(HCO₃)₂ → Ca²⁺ + 2HCO₃^–

Gọi là tạm thời vì độ cứng sẽ mất đi khi đun sôi

M(HCO₃)₂ MCO₃ + CO₂ + H₂O

2.2. Nước cứng vĩnh cửu

Là tính cứng gây nên bởi các muối sunfat, clorua của canxi và magie, khi đun sôi các muối này không phân hủy nên tính cứng không mất đi. 

Thí dụ: Tính cứng vĩnh cửu của nước là do các muối CaCl₂, MgCl₂, CaSO₄, MgSO₄ 

2.3. Nước có tính cứng toàn phần

Là nước có cả tính cứng tạm thời và vĩnh cửu.

Nước tự nhiên thường có cả tính cứng tạm thời và vĩnh cửu.

Thí dụ: dung dịch chứa nhiều muối CaCl₂, MgSO₄, Ca(HCO₃)₂.

3. Tác hại của nước cứng

3.1. Về mặt đời sống thường ngày

• Giặt áo quần bằng xà phòng (natri stearat C₁₇H₃₅COONa) trong nước cứng sẽ tạo ra muối không tan là canxi stearat (C₁₇H₃₅COO)₂Ca, chất này bán trên vải sợi, làm cho quần áo mau mục nát.

2C₁₇H₃₅COONa + MCl₂ →(C₁₇H₃₅COO)₂M↓ + 2NaCl

• Nước cứng làm cho xà phòng có ít bọt, giảm khả năng tẩy rửa.
• Nếu dùng nước cứng để nấu thức ăn, sẽ làm cho thực phẩm lâu chín và giảm mùi vị do phản ứng của các ion và các chất trong thực phẩm.

3.2. Về mặt sản xuất công nghiệp

Khi đun nóng,ở đáy nồi hay ống dẫn nước nóng sẽ gây ra lớp cặn đá kém dẫn nhiệt làm hao tổn chất đốt, gây nổ nồi hơi và tắt nghẽn ống dẫn nước nóng (không an toàn)..

Làm hỏng nhiều dung dịch cần pha chế.

Vì vậy, việc làm mềm nước cứng trước khi dùng có ý nghĩa rất quan trọng.

4. Cách làm mềm nước cứng

4.1. Phương pháp kết tủa

Đối với nước có tính cứng tạm thời

• Đun sôi nước có tính cứng tạm thời trước khi dùng, muối hiđrocacbonat chuyển thành muối cacbonat không tan:

Ca(HCO₃)₂ CaCO₃↓ + CO₂↑ + H₂O

Mg(HCO₃)₂ MgCO₃↓ + CO₂↑ + H₂O

→ Lọc bỏ kết tủa được nước mềm.

• Dùng một khối lượng vừa đủ dung dịch Ca(OH)₂, Na₂CO₃ để trung hòa muối hiđrocacbonat thành muối cacbonat kết tủa. Lọc bỏ chất không tan, được nước mềm:

Ca(HCO₃)₂ + Ca(OH)₂ → 2CaCO₃ ↓+ 2H₂O

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

M(HCO₃)₂ + Na₂CO₃ → MCO₃↓ + 2NaHCO₃

Đối với nước có tính cứng vĩnh cửu:

Dùng dung dịch Na₂CO₃, Ca(OH)₂ và dung dịch Na₃PO₄ để làm mềm nước cứng:

Ca²⁺ + CO₃^2- → CaCO₃↓

3Ca²⁺ + 2PO₄^3- → Ca₃(PO₄)₂↓

Mg²⁺ + CO₃^2- + Ca²⁺ + 2OH^– → Mg(OH)₂↓ + CaCO₃↓

4.2. 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.

Sử dụng vật liệu vô cơ hoặc hữu cơ có khả năng trao đổi ion với Ca²⁺, Mg²⁺, thường là các polime có khả năng trao đổi cation, gọi chung là cationit.