Неорганические соединения магния.

Mg

МАГНИЙ

 

 

 

 

 

План:

       1. Характеристика элемента.

       2. Получение магния.

       3. Свойства магния.

3.1. Физические свойства магния.

3.2. Химические свойства магния.

4. Соединения магния.

4.1. Неорганические соединения

       4.2. Магнийорганические соединения

       5. Природные соединения магния

       6. Определение магния в почвах, в воде

       7. Биологическое значение магния

       8. Области применения магния

       9. Жесткость воды

10. Практическая работа «Определение жесткости воды»

 

Характеристика элемента

Название «магнезия» встречается уже в III веке н.э., хотя не вполне ясно, какое вещество оно обозначает. Долгое время магнезит - карбонат магния - ошибочно отождествляли с известняком - карбонатом кальция. Слово магнезия происходит от названия одного из Греческих городов - Магнесии. До XVIII века соединения магния считали разновидностями кальциевых или натриевых солей. Открытию магния способствовало изучение состава минеральных вод. В 1695 году английский врач Крю сообщил, что им выделена из воды эпсомского минерального источника соль, обладающая лечебными свойствами, и вскоре был доказан её индивидуальный характер. Затем стали известны и другие соединения магния. Карбонат магния получил название "белая магнезия", в отличие от «чёрной магнезии» - оксида марганца. Отсюда и созвучие названий металлов, выделенных впоследствии из этих соединений.

Впервые магний был получен Деви (XIX в.) из окиси магния. Бюсси, Либих, Девильс, Карон и др получали магний действием паров калия или натрия на хлористый магний.

В 1808 г. английский химик Г. Деви электролизом увлажнённой смеси магнезии и оксида ртути получил амальгаму неизвестного металла, которому и дал название "магнезии", сохранившееся до сих пор во многих странах. В России с 1831 года принято название "магний". В 1829 г. Французский химик А. Бюсси получил магний, восстанавливая его расплавленный хлорид калием. Следующий шаг к промышленному получению сделал М. Фарадей. В 1830 г. он впервые получил магний электролизом расплавленного хлористого магния.

Промышленное производство магния электролитическим способом предпринято в Германии в конце XIX в. Перед второй мировой войной началось освоение термических способов получения магния.

В настоящее время наряду с развитием электролитического способа совершенствуются силикотермический и карботермический способы получения магния. На первой стадии развития магниевой промышленности в качестве сырья применяли хлористые соли карналлит, природные рассолы, хлоромагниевые щёлочи калийной промышленности.

Сейчас наряду с хлористыми солями широко используют доломит и магнезит. Большой интерес представляет применение в качестве сырья для производства магния из морской воды. В России электролитический метод получения магния впервые разработал П.П. Федотьев в 1914 г. в Петроградском политехническом институте. В 1931 г. в Ленинграде вступил в строй первый опытный магниевый завод. Промышленное производство магния в СССР начато в 1935 г.

 

₊₁₂Mg))) 1S² 2S²   2P⁶   3S² 3P⁰ – электронная формула нормального атома

282  

 

При затрате необходимой энергии один из электронов переходит в P-состояние, т.е. оба электрона становятся неспаренными. Поэтому магний проявляет степень окисления +2.

 

3S²-валентные электроны

 

1S² 2S² 2P⁶  3S¹    3P¹

                                   - электронная формула возбуждённого атома

 

₊₁₂Mg +P¹²,n⁰12

              e12

Строение внешней электронной оболочки магния, обладающей структурой 3S², с двумя слабо связанными электронами объясняет восстановительный характер типичных реакций, в которых магний переходит в двухвалентный катион Mg²⁺. Благодаря большому химическому сродству к кислороду, магний способен отнимать кислород у многих окислов и хлор у хлоридов. Это свойство в последнее время используется при магниетермическом получении титана, циркония, урана. При комнатной температуре на воздухе компактный магний химически стоек. На его поверхности образуется окисная пленка, предох­раняющая от окисления. При нагревании химическая активность магния воз­растает. Считается, что верхний температурный предел устойчивости магния в кислороде находится в интервале 350-400 ^оС. Кипящую воду магний разлагает с выделением водорода. 

На магний не оказывает заметного действия дис­тиллированная вода, фтористоводородная кислота любой концентрации, хромовая кислота, водные растворы фтористых солей и др. 

Разрушающее действие оказывает на магний морская и минеральная вода, водные растворы соля­ной, серной, азотной, фосфорной, кремнефтористоводородной кислот, вод­ные растворы галоидных солей, сернистых соединений, аммиак и его вод­ные растворы, органические кислоты, гликоли и гликолевые смеси, многи альдегиды.

Магний - один из самых распространенных в земной коре элементов, по распространенности занимает шестое место после кислорода, кремния, алюминия, железа и кальция. Содержание магния в литосфере, по А.П. Ви­ноградову, сотавляет 2,10%. В природе магний встречается исключительно в виде соединений и входит в состав многих минералов: карбонатов, си­ликатов и др. Важнейшими являются следующие из них: магнезит MgCO₃, доломит MgCO₃*CaCO₃, карналлит MgCl₂*KCL*6H₂O, бруцит Mg(OH)₂, кизерит MgSO₄, эпсонит MgSO₄*7H₂O, каинит MgSO₄*KCl*3H₂O, оливин (Mg,Fe)₂ [SiO₄], серпентин H₄Mg₃Si₂O₉.

Природный или естественный маг­ний представляет собой смесь трех устойчивых изотопов ²⁴Mg -78,6 %, ²⁵Mg -10,1 %, ²⁶Mg -11,3 %.

В реакциях магний практически всегда проявляет степень окисления +2 (валентность II). Для того, чтобы перевести атом магния из состояния 3S² в реакционноспособное состояние 3S¹3P¹, нужно затратить 259 КДж/моль, а при последовательном отрыве электронов, т.е. ионизации Mg до Mg⁺ и Mg⁺², требуется соответственно 737 КДж/моль и 1450 КДж/моль. Магний кристаллизуется в гексагональную плотноупакованную решетку.

 

 

ПОЛУЧЕНИЕ МАГНИЯ.

Преобладающий промышленный способ получения магния - электролиз расплава смеси MgCl₂

 

MgCl₂ Mg²⁺ 2Cl^-

К -) А +)

Mg²⁺ _+2e Mg⁰ 2Cl^- _-2e Cl₂⁰

 

    ЭЛ-3

2MgCl₂    2Mg + 2Cl₂

  расплава

 

в безводных MgCl₂, KCl, NaCl. Для получения расплава исполь­зуют обезвоженный карналлит или бимофит, а также MgCl₂, полученный хлорированием MgO или как отход при производстве Ti.

Температура электролиза 700-720 ^оС, аноды графитовые, катоды стальные. Со­держание MgCl₂ в расплаве 5-8 %, при снижении концентрации до 4 % уменьшается выход магния по току, при повышении концентрации MgCl₂ вы­ше 8 % увеличивается расход электроэнергии. Для обеспечения оптимально­го содержания MgCl₂ периодически отбирают часть отработанного электро­лита и добавляют свежий карналлит или MgCl₂. Жидкий магний всплывает на поверхность электролита, откуда его отбирают вакуумным ковшом. Изв­лекаемый магниевый сырец содержит 0,1% примесей. Для очистки от неме­таллических примесей магний переплавляют с флюсами - хлоридами или фторидами K,Ba,Na,Mg. Глубокую очистку осуществляют перегонкой в вакуу­ме, зонной плавкой, электролитическим рафинированием. В результате по­лучают магний чистотой 99,999 %.

Кроме магния при электролизе получают также Cl₂. В термических спосо­бах получения магния сырьем служит магнезит или доломит, из которых прокаливанием получают MgO. 2Mg+O₂=2MgO. В реторных или вращающих печах с графитовыми или угольными нагревателями оксид восстанавливают до металла кремнием (силиконотермический способ) или CaC₂ (карбидотермический способ) при 1280-1300 ^оС, либо углеродом (карботермический способ) при темпратуре выше 2100 ^оС. В карботермическом способе (MgO+C Mg+CO) образующуяся смесь CO и паров магния быстро охлаждают при выходе из печи инертным газом для предотвращения обратной реакции с магнием.

 

 

СВОЙСТВА МАГНИЯ.

Физические свойства магния.

Магний - серебристо-белый блестящий металл, сравнительно мягкий и пластичный, хороший проводник тепла и электричества. Почти в 5 раз легче меди, в 4,5 раза легче железа; даже алюминий в 1,5 раза тяжелее магния. Плавится магний при темпратуре 651 ^оС, но в обычных усло­виях расплавить его довольно трудно: нагретый на воздухе до 550 ^оС он вспыхивает и мгновенно сгорает ослепительно ярким пламенем. По­лоску магниевой фольги легко поджечь обыкновенной спичкой, а в атмос­фере хлора магний самовозгорается даже при комнатной температуре. При горении магния  выделяется большое количество ультрафиолетовых лучей и тепла - чтобы нагреть стакан ледяной воды до кипения, нужно сжечь все­го 4 г магния.

Магний расположен в главной подгрупп второй группы периодической сис­темы элементов Д.И. Менделеева. Порядковый номер его - 12, атомный вес - 24,312. Электронная конфигурация атома магния в невозбужденном сос­тоянии 1S²2S²P⁶3S²; валентными являются электроны наружного слоя, в соответствии с этим магний проявляет валентность II. В тесной связи со строением электронных оболочек атома магния находится его реакционная способность. Из-за наличия на внешней оболочке только двух электронов атом магния склонен легко отдавать их для получения устойчивой восьми­электронной конфигурации; поэтому магний в химическом отношении очень активен.

На воздухе магний окисляется, но образующаяся при этом окисная пленка предохраняет металл от дальнейшего окисления. Нормальный электронный потенциал магния в кислой среде равен -2,37в, в щелочной - 2,69в. В разбавленных кислотах магний растворяется уже на холоде. Во фтористо­водородной кислоте нерастворим вследствие образования пленки из труд­норастворимого в воде фторида MgF₂; в концентрированной серной кислоте почти нерастворим. Магний легко растворяется при действии растворов солей аммония. Растворы щелочей на него не действуют. Магний поступает в лаборатории в виде порошка или лент. Если поджечь магниевю ленту, то она быстро сгорает с ослепительной вспышкой, развивая высокую темпера­туру. Магниевые вспышки применяют в фотографии, в изготовлении освети­тельных ракет. Температура кипения магния 1107 ^оС, плотность = 1,74 г/см³, радиус атома 1,60 НМ.

 

Химические свойства магния.

Химические свойства магния довольно своеобразны. Он легко отнимает кислород и хлор у большинства элементов, не боится едких щелочей, со­ды, керосина, бензина и минеральных масел. С холодной водой магний почти не взаимодействует, но при нагревании разлагает ее с выделением водорода. В этом отношении он занимает промежуточное положение между бериллием, который вообще с водой не реагирует и кальцием, легко с ней взаимодействующим. Особенно интенсивно идет реакция с водяным паром, нагретым выше 380 ^оС:

                    _-2e

Mg⁰(тв)+H₂⁺O(газ) Mg⁺²O(тв)+H₂⁰ (газ).

 

Поскольку продуктом этой реакции является водород ясно, что тушение горящего магния водой недопустимо: может произойти образование гремучей смеси водорода с кислородом и взрыв. Нельзя потушить горящий магний и углекислым газом: магний восстанавливает его до свободного углерода _-4е

2Mg⁰ + C⁺⁴O₂     2Mg⁺²O+C⁰,

Прекратить к горящему магнию доступ кислорода можно засыпав его пес­ком, хотя и с оксидом кремния (IV) магний взаимодействует, но со зна­чительно меньшим выделением теплоты:

                         _-4е

2Mg⁰ + Si⁺⁴O₂=2Mg⁺²O+Si⁰

 

этим и определяется возможность использования песка для тушения крем­ния. Опасность возгорания магния при интенсивном нагреве одна из при­чин, по которым его использование как технического материала ограниче­на.

В электрохимическом ряду напряжений магний стоит значительно левее во­дорода и активно реагирует с разбавленными кислотами с образованием солей. В этих реакциях есть у магния особенности. Он не растворяется во фтороводородной, концентрированной серной и в смеси серной и в смеси азотной кислот, растворяющей другие металлы почти столь же эффективно, как "царская водка" (смесь HCl и HNO₃). Устойчивость магния к растворе­нию во фтороводородной кислоте объясняется просто: поверхность магния покрывается нерастворимой во фтороводородной кислоте пленкой фторида магния MgF₂. Устойчивость магния к достаточно концентрированной серной кислоте и смеси ее с азотной кислотой объяснить сложнее, хотя и в этом случае причина кроется в пассивации поверхности магния. С растворами щелочей и гидроксида аммония магний практически не взаимодействует. А вот с растворами аммонийных солей реакция хотя и медленно, но происхо­дит:

2NH⁺₄+Mg=Mg²⁺ + 2NH₃ + H₂

 

Удивительного в этой реакции нет. Эта реакция та же по существу, что и реакция вытеснения металлами водорода из кислот. В одном из определе­ний кислотой называют вещество, диссоциирующее с образованием ионов водорода. Именно так может диссоциировать и ион NH4:

 

NH₄⁺ NH₃+H⁺

 

Реакция же

                                                                            _-2e

Mg⁰ + 2HCl=Mg⁺²Cl₂+H⁰₂

 

2H⁺+Mg Mg²⁺ + H⁰₂

 

При нагревании магния в атмосфере галогенов происходит воспламенение и образование галоидных солей.

        _-2e

      

     Mg + Cl₂⁰ Mg⁺²+Cl₂^-

 Причина воспламенения - очень большое тепловыделение, как и в случае реакции магния с кислородом. Так при образовании 1 моль хлорида магния из магния и хлора выделяется 642 КДж. При нагревании магний соединяется с серой (MgS), и с азотом (Mg₃N₂). При повышенном давлении и нагревании с водородом магний обра­зует гидрид магния

                    _-2e

Mg⁰ + H₂⁰    Mg⁺²H₂^-.

 

Большое сродство магния к хлору позволило создать новое металлургичес­кое производство - "магниетермию" - получение металлов в результате реакции

 

MeCln+0,5nMg=Me+0,5nMgCl₂

 

этим методом получают металлы, играющие очень важную роль в современ­ной технике - цирконий, хром, торий, бериллий. Легкий и прочный "ме­талл космической эры" - титан практически весь получают таким способом.

Сущность производства сводится к следующему: при получении металли­ческого магния электролизом расплава хлорида магния в качестве побоч­ного продукта образуется хлор. Этот хлор используют для получения хло­рида титана (IV) TiCl₄, который магнием восстанавливается до металли­ческого титана

                        _-4e

Ti⁺⁴Cl₄ + 2Mg⁰ Ti⁰+2Mg⁺²Cl₂

 

Образовавшийся хлорид магния вновь используется для производства маг­ния и т.д. На основе этих реакций работают титаномагниевые комбинаты. Попутно с титаном и магнием получают при этом и другие продукты, та­кие, как бертолетову соль KClO₃, хлор, бром и изделия - фибролитовые и ксилитовые плиты, о которых будет сказано ниже. В таком комплексном производстве степень использования сырья, рентабельность производства высока, а масса отходов не велика, что особенно важно для охраны окру­жающей среды от загрязнений.

Соединения магния.

Для аналитической химии магния имеют значение его труднорастворимые и особенно внутрикомплексные (бесцветные, окрашенные или флуорисцирую­щие) соединения. Поляризующая способность иона Mg²⁺ невысокая, а по величине кэффициента поляризации, характеризующего количественно де­формируемость иона, магний  уступает большинству металлов. Поэтому комплексные соединения магния сравнительно малоустойчивы и образуются, как правило, только в щелочной среде. Тем не менее, они имеют чрезвы­чайно важное значение для аналитической химии магния. Меньшая устойчи­вость некоторых комплексных соединений магния, по сравнению с комплек­сами других металлов, иногда используется для маскирования последних при определении магния титриметрическими, фотометрическими и другими методами.

 

Перхлорат магния

Mg(ClO₄)₂ - "ангидрон", дает гидраты с 2,4,6 молекулами воды. Раство­римость в воде 99,6 г/100г при 25^оС. Безводный перхлорат магния очень сильно поглощает влагу; выше 250^оС он разлагается. Ис­пользуется как осушитель органических веществ и газов.

Гидроокись магния

2MgO+2H₂O=2Mg(OH)₂ выделяется при действии щелочей на растворы солей магния в виде объемистого студенистого  осадка. Гидроо­кись магния - слабое основание, легко растворяется в кислотах, из воз­духа поглощает углекислый газ. Растворимость ее в воде зависит от степени старения, для свежеосажденной гидроокиси магния составляет 7,0*10 -4 моль/л.

Хлорид магния

                       _-2е    

Mg⁰ + Cl₂⁰  Mg⁺²Cl₂^-

 

образует гидраты с 1,2,4,6 молекулами воды. Растворимость его в воде 54,5 г/100г при 20^оС (в расчете на безводную соль). Хлорид магния с хлоридами щелочных металлов образует двойные соли, важнейшие из них - карналлит

 

MgCl₂*KCl₂*6H₂O.

 

Для нитрата магния Mg(NO₃)₂ известны гидраты с 2,6 и 9 молекулами во­ды. Растворимость Mg(NO₃)₂*6H₂O в воде при 25^оС составляет 75г/100г, для Mg(NO₃)₂*9H₂O) при 25^оС - 50,6г/100г. Получение:

Mg + 2HNO₃  Mg(NO₃)₂+H₂

 

Фторид магния MgF₂ - труднорастворимое в воде соединение. Плавится при 1265^оС, с фторидами щелочных металлов образует двойные соли ти­па

M¹F*MgF₂ и 2M¹F*MgF₂.

Вам сына, или дочь?

 

Недавно биологи Франции установили любопытное влияние ряда элементов на… получение потомства. Оказывается, избыток калия в пище матери приводит к тому, что у неё рождаются преимущественно дети мужского пола. Если же её пища насыщена кальцием и магнием, то в потомстве преобладает женский пол. Возможно уже вскоре для будущих матерей врачи разработают специальные меню, гарантирующие рождение мальчика или девочки по заказу. Но прежде нужно будет ещё уточнить, распространяется ли подмеченное влияние этих элементов на человека: ведь описанные наблюдения относятся к коровам.

 

Берегите магний!

 

Французские биологи считают, что магний поможет медикам в борьбе с переутомлением. Исследования показывают, что в крови уставших людей содержится меньше магния, чем у здоровых, а даже самые ничтожные отклонения «магниевой крови» от нормы не проходят бесследно.

Важно помнить, что в тех случаях, когда человек часто и по любому поводу раздражается, магний, содержащийся в организме «сгорает». Вот почему у нервных, легко возбудимых людей нарушение работы сердечных мышц наблюдаются значительно чаще.

ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ МАГНИЯ.

 

Магний применяют в виде металлических пластин при защите от коррозии морских судов и трубопроводов. Защитное действие магниевого «протектора» связано с тем, что из стальной конструкции и магниевого протектора (магний стоит в электрохимическом ряду напряжений левее, чем железо) создаётся электрическая цепь. Происходит разрушение магниевого протектора; основная же стальная часть конструкции при этом сохраняется. В металлургии магний используют как «раскислитель» – вещество, связывающее вредные примеси в расплаве железа. Добавка 0,5% магния в чугун сильно повышает ковкость чугуна и его сопротивление на разрыв. Используют магний и при изготовлении некоторых гальванических элементов.

Сплавы магния играют в технике очень важную роль. Существует целое семейство магниевых сплавов с общим названием «электрон». Основу их составляет магний в сочетании с алюминием (10%), цинком (до 5%), марганцем (1-2%). Малые добавки других металлов придают «электрону» различные ценные свойства. Но главным свойством всех видов «электронов» является их лёгкость (1,8 г/см³) и прекрасные механические свойства. Их используют в тех отраслях техники, где особенно высоко ценится лёгкость: в самолёто- и ракетостроении. В последние годы созданы новые устойчивые на воздухе магниево-литиевые сплавы с совсем малой плотностью (1,35 г/см³). Их использование в технике очень перспективно. Магниевые сплавы цены не только из-за своей лёгкости. Их теплоёмкость в 2-2,5 раза выше, чем у стали. Аппаратура из магниевых сплавов нагревается меньше стальной. Используют и сплав алюминия с большим содержанием магния (5-30%). Этот сплав «магналит» твёрже и прочнее алюминия, легче обрабатывается и полируется. Число металлов, с которыми магний образует сплавы, велико. Из диаграммы, иллюстрирующей правило Юм-Розери, ясна удивительная особенность магния не смешиваться в расплаве со своим близким по положению в таблице Менделеева соседом – бериллием. Из-за сильного различия межатомных расстояний не образует магний сплавов и с железом.

Среди кислородных соединений Mg нужно отметить оксид магния MgO, называемый также жжёной магнезией. Он применяется в изготовлении огнеупорных кирпичей, т.к. температура его плавления 2800^оС. Жжёная магнезия используется и в медицинской практике.

Интересны силикаты магния – тальк 3MgO*4SiO₂*H₂O и асбест CaO*MgO*4SiO₂, обладающие высокой огнестойкостью. Асбест имеет волокнистое строение, поэтому его можно прясть и изготавливать из него спецодежду для работы при высоких температурах. Карбонаты и силикаты магния в воде нерастворимы.

Интерес к магнию и сплавам на его основе обусловлен, с одной стороны, сочетанием важных для практического использования свойств, а с другой стороны, большими сырьевыми ресурсами магния. Велика сфера использования магния и магниевых сплавов со специальными химическими свойствами, например в источниках тока и для протекторов при защите стальных сооружений от коррозии.

В СНГ, как и за рубежом, имеются большие запасы минерального сырья магния, удобные для его извлечения. Это месторождения твёрдых солей, содержащих магний, а также рассолы ряда соляных озёр. Кроме того, магний может извлекаться из морской воды. Таким образом для магния не стоит проблема истощения сырьевых ресурсов, которая приобретает всё большее значение для многих других, промышленно важных металлов. Хотя магний является одним из основных промышленных металлов, но объём его производства продолжает заметно уступать объёму производства алюминия и стали.

Определённую ориентировку в потребностях промышленности в магнии даёт рассмотрение его производства и потребления в развитых капиталистических и развивающихся странах. После второй мировой войны и вплоть до начала 70-х годов XX столетия в них наблюдался непрерывный рост производства и потребления магния, затем произошла его стабилизация. Крупнейшим производителем магния в капиталистических странах являются США, доля которых в общем производстве несколько больше 50%.

Конструкционные магниевые сплавы – это лишь одна, причём не самая большая по объёму область применения магния. Магний широко используется как химический реагент во многих металлургических процессах. В частности, он применяется в чёрной металлургии для обработки чугуна с целью десульфурации. В общем в последние годы имеется тенденция к расширению применения магния в качестве химического реагента. Значительное количество магния используется для получения титана, и надо искать пути повышения эффективности применения его в этих целях. Проявляется также значительный интерес к магнию и сплавам на его основе как аккумуляторам водорода.

Имеется определённая предубеждённость против магниевых сплавов со стороны потребителей в отношении их пожароопасности, низкой коррозионной стойкости, повышенной чувствительности к концентраторам напряжений. Эту предубеждённость следует преодолевать. В то же время следует продолжить работы, направленные на улучшение служебных характеристик магниевых сплавов, в частности на повышение их коррозийной стойкости.

 

ЖЕСТКОСТЬ ВОДЫ

 

Природная вода, проходя через известковые горные породы и почвы, обогащается солями кальция и магния и становится жёсткой. В жёсткой воде при стирке белья увеличивается расход мыла, а ткань, впитывая соли, становится жёлтой и быстро ветшает. Нерастворимые соли кальция и магния осаждаются на внутренних стенках паровых котлов и трубопроводов. В жёсткой воде хуже и дольше варятся овощи.

Различают временную и постоянную жёсткость воды. При наличии временной жёсткости воды нагрев её приводит к выпадению осадков карбонатов CaCO₃ и MgCO₃. Временная жёсткость вызвана присутствием в воде гидрокарбонатов Mg(HCO₃)₂. Такая жёсткость устраняется кипячением воды:

 

Mg(HCO₃)₂ = MgCO₃ + H₂O + CO₂

 

Постоянная жёсткость обусловлена другими солями кальция и магния, она не устраняется кипячением воды. Осадки малорастворимых и практически нерастворимых солей (CaSo₄, CaSiO₃, MgSiO₃)могут выпадать вследствие следующих причин:

1. Повышение концентрации солей при выпаривании воды;

2. Понижение растворимости солей при нагревании (если соль обладает отрицательным температурным коэффициентом).

Для умягчения воды из неё необходимо удалить все соли кальция и магния, как Mg(HCO₃)₂, так и MgSO₄, MgCl₂ и др. Это достигается обработкой природной воды различными осадителями:

 

1. Действие известковой воды

Mg(HCO₃)₂ + Ca(OH)₂ CaMg(CO₃)₂ + 2H₂O,

 

                                                                                                Ca(HCO₃)₂ + Ca(OH)₂ 2CaCO₃  + 2H₂O;

 

2. Действие соды

MgSO₄ + Na₂CO₃ MgCO₃ + Na₂SO₄,

3CaCl₂ + 2Na₃PO₄ Ca₃(PO₄)₂ + 6NaCl.

 

Отметим, что один из указанных выше осадков, а именно карбонат магния – кальция CaMg(CO₃)₂, отвечает по составу природному веществу – минералу доломиту, также широко распространённому, как и кальцит. Он является важнейшим природным источником магния наравне с карналлитом KMgCl₃*6H₂O.

В химической лаборатории и в промышленности используется полностью обессоленная вода (для питья непригодна). Для этого природную воду подвергают перегонке (дистилляции). Такая дистиллированная вода является мягкой, подобно дождевой воде.

С практической точки зрения (например при эксплуатации паросиловых установок) существенна именно форма образующихся осадков. Накипи отлагаются на поверхностях нагрева, снижая экономичность установки и могут привести к перегреву стенки (поверхности нагрева). Шламы – рыхлые осадки – выпадают в объёме воды и не опасны, поскольку могут быть удалены. Поэтому все методы борьбы с жёсткостью воды направлены либо на очистку воды от ионов солей жёсткости, либо на искусственное осаждение солей жёсткости в форме шламов.

 

Методы отбора проб.

1. Объём пробы воды для определения общей жёсткости должен быть не менее 250 мл.

2. Если определение жёсткости не может быть проведено в день отбора пробы, то отмеренный объём воды, разбавленной дистиллированной водой 1:1, допускается оставлять для определения до следующего дня. Пробы воды, предназначенные для определения жёсткости не консервируют.

 

Подготовка к анализу.

Дистиллированная вода, перегнанная дважды в стеклянном приборе, используется для разбавления проб воды.

Приготовление индикаторов.

0,5 индикатора растворяют в 20 мл буферного раствора и доводят до 100 мл этиловым спиртом. Раствор индикатора хромтёмно-синего может сохраняться длительное время без изменения. Раствор индикатора хромогенчёрного устойчив в течение 10 суток. Допускается пользоваться сухим индикатором. Для этого 0,25 г индикатора смешивают с 50 г сухого хлористого натрия, предварительно тщательно растёртого в ступке.

Проведение анализа.

Определению общей жёсткости воды мешают: медь, цинк, марганец и высокое содержание углекислых и двууглекислых солей. Влияние мешающих веществ устраняется в ходе анализа.

Точность определения при титровании 100 мл пробы составляет 0,05 мг*экв/л.

В коническую колбу вносят 100 мл отфильтрованной испытуемой воды или меньший объём, разбавленный до 100 мл дистиллированной водой. При этом суммарное содержание ионов кальция и магния во взятом объёме воды не должно превышать 0,5 мг/экв. Затем прибавляют 5 мл буферного раствора, 5-7 капель индикатора или приблизительно 0,1 г сухой смеси индикатора хромочёрного с сухим хлористым натрием и сразу же титруют при сильном взбалтывании 0,05Н раствором трилона Б до изменения окраски в эквивалентной точке. Окраска должна быть синей с зеленоватым оттенком.

Если на титрование было израсходовано больше 10 мл 0,05Н раствора трилона Б, то это указывает, что в отмеренном объёме воды суммарное содержание ионов кальция и магния больше 0,5 мг*экв. В таких случаях следует определение повторить, взяв меньший объём воды и разбавив его до 100 мл дистиллированной водой.

Нечёткое изменение окраски в эквивалентной точке указывает на присутствие меди и цинка. Для устранения влияния мешающих веществ к отмеренной для титрования пробе воды прибавляют 1-2 мл раствора сульфида натрия, после чего проводят испытание.

Если после прибавления к отмеренному объёму воды буферного раствора и индикатора титруемый раствор постепенно обесцвечивается, приобретая серый цвет, что указывает на присутствие марганца, то в этом случае к пробе воды, отобранной для титрования, до внесения реактивов следует прибавить 5 капель 1% раствора солянокислого гидроксиламина и далее определять жёсткость.

Если титрование приобретает крайне затяжной характер с неустойчивой и нечёткой окраской в эквивалентной точке, что наблюдается при высокой щёлочности воды, её влияние устраняется к пробе воды, отобранной для титрования, до внесения реактивов 0,1Н раствора соляной кислоты в количестве, необходимом для нейтрализации щёлочности воды, с последующим кипячением или продуванием раствора воздухом в течение пяти минут. После этого прибавляют буферный раствор, индикатор и далее определяют жёсткость.

 

Обработка результатов.

Общую жёсткость воды в мг*экв/л вычисляют по формуле

                   V*0,05*K*1000

X=-----------------

                                                                                                 V

где V – количество раствора трилона Б, израсходованное на титрование, мл

K – поправочный коэффициент к нормальности раствора трилона Б

V – объём воды, взятый для опреде