Thực đơn
Nước cứng
Độ cứng của nước được xác định bằng nồng độ những cation đa hóa trị tồn tại trong nước. Cation đa hóa trị là những hợp chất phức kim loại có điện tích lớn hơn 1+ (nghĩa là có hóa trị II trở lên). Những cation thường gặp trong nước cứng là ion Ca2+ và Mg2+. Khi nước thẩm thấu qua các lớp đá khoáng trong tầng ngậm nước, những ion này sẽ hòa tan vào nước.[6] Loại đá khoáng chứa ion canxi và magie chủ yếu là dolomit (CaMg(CO
3)
2).[7] Nước mưa và nước cất được xem là "nước mềm" vì chứa rất ít ion kim loại.[6]
Nước mưa, vốn chứa ít ion kim loại, khi rơi xuống đất sẽ trở thành nước mặt, kéo theo các tạp chất như bụi bẩn, chất rắn hòa tan, huyền phù, đồng thời khí cacbon dioxit (CO2) có trong không khí. Khí CO2 trong các quá trình sinh học, như phân hủy sinh vật, sẽ tiếp tục được hấp thu vào nước mặt và các tầng nước ngầm. Cacbon dioxit khi hòa tan trong nước sẽ tạo dung dịch axit cacbonic (H
2CO
3). Axit cacbonic sẽ hòa tan những loại đá khoáng như dolomit (chứa canxi cacbonat và magie cacbonat) hoặc đá vôi (chứa canxi cacbonat) theo phản ứng hóa học sau:[8]
Các quá trình hấp thụ CO2 vào nước và phản ứng hòa tan các đá khoáng cacbonat sẽ tiếp tục cho đến khi đạt được dung dịch loãng chứa muối hidro cacbonat (bicacbonat) của canxi và magie. Quá trình cân bằng hóa học được thể hiện bằng phương trình tổng quát như sau (với canxi cacbonat đại diện cho độ cứng của nước):
CaCOPhản ứng trên có tính thuận nghịch. Nước mưa chứa CO2 sẽ phản ứng với canxi cacbonat và hòa tan ion canxi vào nước, đồng thời tạo ion hidro cacbonat. Ngược lại, khi cacbon dioxit bị bay hơi khỏi dung dịch (ví dụ, do nhiệt độ tăng lên), cân bằng hóa học sẽ dịch chuyển về bên trái theo nguyên lý Le Chatelier, tạo thành kết tủa canxi cacbonat dạng rắn, dưới dạng đá canxit, thạch nhũ, hoặc măng đá.
Độ cứng tạm thời, hay còn gọi là "độ cứng cacbonat", là độ cứng tương đương với hàm lượng cacbonat và hidro cacbonat trong nước của ion canxi và magie.[9][10] Nước cứng tạm thời chứa hai cation canxi và magie (Ca2+, Mg2+) cùng hai anion cacbonat và hidro cacbonat (CO2−
3, HCO−
3). Hàm lượng cation Ca2+, Mg2+ liên quan đến độ cứng của nước. Tuy nhiên, khác với độ cứng vĩnh cửu, độ cứng tạm thời có thể được xử lý bằng phương pháp dùng nhiệt độ. Khi đun sôi nước, ion hidro cacbonat sẽ tạo thành cacbonat, phương trình cân bằng sẽ dịch chuyển về bên trái, tạo thành canxi cacbonat kết tủa khỏi dung dịch. Dung dịch sau khi kết thúc quá trình gia nhiệt trở thành "nước mềm". Phản ứng hóa học được biểu diễn như sau:[10]
Với ΔH là nhiệt được cung cấp.
Độ cứng vĩnh cửu, hay còn gọi là độ cứng phi cacbonat, gây ra do sự có mặt của các muối clorua và sulfat như CaCl2, CaSO4, MgCl2, MgSO4. Những muối này không kết tủa khi đun sôi nước do các ion clorua và sulfat không bị phân hủy do nhiệt như ion hidro cacbonat trong nước cứng tạm thời. Do vậy, loại độ cứng này không thể xử lý được bằng phương pháp nhiệt.[11] Khi một mẫu dung dịch nước được đun sôi, các ion hidro cacbonat (HCO−
3) sẽ phân hủy thành CO2−
3 và khí CO2; các ion Ca2+ và Mg2+ sẽ kết hợp với CO2−
3 tạo kết tủa. Phản ứng này sẽ dừng lại khi toàn bộ lượng ion cacbonat đã được kết tủa hết. Lượng ion Ca2+ và Mg2+ còn lại trong dung dịch chính là độ cứng vĩnh cửu.[12] Độ cứng vĩnh cửu có thể được loại bỏ bằng phương pháp hóa học, khi sử dụng vôi tôi (Ca(OH)
2), sođa (Na
2CO
3), hoặc natri aluminat (Na
2Al
2O
4).[13]
Độ cứng toàn phần, hay còn gọi là "độ cứng tổng", bằng tổng hàm lượng toàn bộ các ion canxi và magie có trong dung dịch, được thể hiện dưới hàm lượng tương đương của CaCO
3.[9][14] Nói cách khác, độ cứng toàn phần bằng giá trị độ cứng tạm thời và độ cứng vĩnh cửu cộng lại. Độ cứng tạm thời được tính dựa trên hàm lượng ion hidro cacbonat, còn độ cứng toàn phần được tính dựa trên hàm lượng ion canxi và magie. Nếu độ cứng tạm thời lớn hơn hoặc bằng độ cứng toàn phần, có thể suy ra giá trị độ cứng vĩnh cửu bằng 0 và độ cứng tạm thời chính là giá trị độ cứng của dung dịch.[14]
Thực đơn
Nước cứngLiên quan
Tài liệu tham khảo
WikiPedia: Nước cứng