Kalciumvegyületek a természetben

Vizek keménységeVizek keménysége

Összeállította: Balázs Katalin

A víz nagyon jó oldószer.

A felsorolt anyagokat állítsd sorrendbe növekvő oldottanyag-tartalom szerint! Milyen kísérlettel tudnád ellenőrizni, hogy jól oldottad-e meg a feladatot?

Tengervíz

Desztillált víz Esővíz

Telített konyhasóold

at

Található-e a természetben kémiailag tiszta víz? Természetes vizeink kémiai szempontból milyen összetételűek lehetnek?

Megoldás

Bepárlással ellenőrizhető a szilárd oldott anyag mennyisége:

1. desztillált víz 2. esővíz 3. tengervíz 4. telített konyhasóoldat

KÉRDÉS: Mi lehet a különbség az alább felsorolt természetes vizek összetételében?

óceánok vize, tengervíz, folyóvíz, esővíz, ásványvíz

A víz keménységét a vízben oldott Ca2+

(aq) és Mg2+(aq) ionok okozzák.

Csoportosítsd a megadott anyagokat aszerint, hogy milyen a vízben való oldhatóságuk (20 oC)!

CaCO3

MgCO3CaCl2

Ca(HCO3)2

MgCl2

Mg(HCO3)2

CaSO4

Ca(NO3)2

Ca3(PO4)2

Oldhatósági táblázat adataig/100 g telített oldat

20 oC 40 oC 60 oC

CaCl2 42,1 52,9 56,7

CaCO3 MgCO3 <<0,01Oldhatóságukat nem csak a hőmérséklet, hanem a CO2

koncentrációja is nagyban befolyásolja

CaSO4 0,202 0,210 0,201

Ca3(PO4)2 <<0,01

Ca(NO3)2 56,7 65,4 78,1

Ca(HCO3)2

Mg(HCO3)2

Tiszta, szilárd vegyületként nem ismeretesek, csak vízben oldott formában.

MgCl2 35,6 36,8 37,9

MegoldásVízben oldódik: CaCl2, Ca(HCO3)2, MgCl2, Ca(NO3)2, Mg(HCO3)2

Vízben nem vagy rosszul oldódik: MgCO3, CaCO3, CaSO4, Ca3(PO4)2

KÉRDÉS: Mit tapasztalsz, ha adott mennyiségű anyag (adott mennyiségű oldószerben, adott hőmérsékleten)

jól oldódik, rosszul oldódik,nem oldódik?

Gondolkozz!Ha egy vizes oldatba az alábbi ionokat juttatjuk:

KATIONOK ANIONOK13 mol Ca2+ 9 mol NO3

-

4 mol Na+ 4 mol SO42-

2 mol HCO3-

5 mol Cl-

2 mol PO43-

Mitől függ, hogy mely anyag és mennyi anyag válik ki az oldatból?

(A Na-vegyületek vízben jól oldódnak.)(Az oldatban az összes pozitív töltés mennyisége megegyezik

az összes negatív töltés mennyiségével.)

Kiválik: 4 mol CaSO4 (ennél több nem, mert nincs több SO42-),

1 mol Ca3(PO4)2 (ennél több nem, mert csak 2 mol

PO43- ion van jelen),

és oldatban marad 6 mol Ca2+

Az oldatban marad:6 mol Ca2+ 9 mol NO3

-

4 mol Na+ 2 mol HCO3-

5 mol Cl-

Az ionok minőségétől és mennyiségétől függ, hogy milyen és mennyi anyag válik ki az oldatból.

Megoldás

A vízben oldott Ca(HCO3)2 és Mg(HCO3)2 adja a víz változó keménységét.

Forralással az ennek megfelelő Ca2+ és Mg2+ ion mennyisége kicsapható, így

eltávolítható.Mely sav sói a hidrogénkarbonátok?Írd fel a Ca- és Mg-hidrogénkarbonát bomlásának

reakcióegyenletét! Milyen gáz keletkezik a folyamat során? Milyen módszerrel lehet eltávolítani az oldatból a

keletkező, vízben rosszul oldódó csapadékot?

A hidrogén-karbonátok a szénsav sói.

Reakcióegyenlet:Ca(HCO3)2 → CaCO3 + H2O + CO2

Mg(HCO3)2 → MgCO3 + H2O + CO2

A keletkező csapadékot szűréssel lehet eltávolítani:

Megoldás

Gondolkozz!Ha az előző példában szereplő oldatot forraljuk, milyen

változás történik az oldat összetételében?Az oldatban van:

6 mol Ca2+ 9 mol NO3-

4 mol Na+ 2 mol HCO3-

5 mol Cl-

Forralás után: elbomlik 1 mol Ca(HCO3)2 (mivel összesen 2 mol HCO3

- van az oldatban)Az oldatban marad:

5 mol Ca2+ 9 mol NO3-

4 mol Na+ 5 mol Cl-

Az oldat keménysége csökkent.

Megoldás

A vízben oldott egyéb Ca- és Mg-vegyületek adják a víz állandó

keménységét. Vízlágyító szerrel az ennek megfelelő Ca2+ és Mg2+ ion mennyisége

kicsapható, így eltávolítható.

Kísérlet: szódás vízlágyításMilyen anyag alkalmas vízlágyító szernek? Sorold fel a

legfontosabb tulajdonságait!Írd fel a Ca2+ és Mg2+ ion reakcióját szódával és trisóval!

Hogyan változik az oldat Ca2+ és Mg2+ tartalma?

A vízlágyító szer Jól oldódjon vízben A Ca2+ és Mg2+ ionnal alkosson vízben oldhatatlan

vegyületet (amit le lehet szűrni)Szódás vízlágyítás:

Ca2+ + Na2CO3 = CaCO3 + 2 Na+

Mg2+ + Na2CO3 = MgCO3 + 2 Na+

Trisós vízlágyítás:3 Ca2+ + 2 Na3PO4 = Ca3(PO4)2 + 6 Na+

3 Mg2+ + 2 Na3PO4 = Mg3(PO4)2 + 6 Na+

Így az oldat Ca2+ és Mg2+ ion-tartalmát eltávolítottuk, lágy vizet kaptunk.

Megoldás

Gondolkozz!Az előző példában szereplő oldat állandó keménységét is meg

akarjuk szüntetni vízlágyító szer alkalmazásával. Hány mól szódát kell alkalmaznunk? Hány mól trisót kell alkalmaznunk?

Az oldatban van:5 mol Ca2+ 9 mol NO3

-

4 mol Na+ 5 mol Cl-

Szódás vízlágyítással: 1 mol Ca2+ eltávolításához 1 mol Na2CO3 kell, 5 mol Ca2+ eltávolításához 5 mol Na2CO3 kell.

Trisós vízlágyítással: 3 mol Ca2+ eltávolításához 2 mol Na3PO4 kell, 5 mol Ca2+ eltávolításához 10/3 mol Na3PO4 kell.

Az oldat keménysége csökkent.

Megoldás

A természetben hol fordul elő kemény, illetve lágy víz?

Ott, ahol a víz Ca- és Mg-tartalmú vegyületekkel érintkezik, és ezeket oldani tudja, kemény víz jön létre.A mészkőhegységekben, dolomitokban, karsztvidéken

folyó hegyi patakok vize nagy keménységű.Az óceánok, tengerek vize tartalmaz oldott Ca2+ és Mg2+

ionokat.Az esővíz általában nagyon lágy víz, oldott Ca2+ és Mg2+

ionokat nem tartalmaz.

Összefoglalás

A kemény víz sok oldott Ca2+ és Mg2+ iont tartalmaz.Forralással eltávolítható a változó keménységet okozó

Ca(HCO3)2 és Mg(HCO3)2 tartalom.Vízlágyító szerekkel vagy ioncserélővel az állandó

keménység is megszüntethető.A természetben elsősorban a mészkő- és karsztvidékeken

fordul elő kemény víz (cseppkőképződés, barlangképződés).A kemény vízből vízkő válhat ki különböző körülmények

között, ami a fűtőberendezésekben veszélyessé válhat.