beautydiy

轉貼：水的硬度與軟化

水的硬度

水中溶有可溶性鈣、鎂、鐵(II)等金屬氯化物、硫酸鹽或酸式碳酸鹽的水，稱為硬水。一般硬水可分為兩類：(1)暫時硬水:水中主要含有金屬(II)之酸式碳酸鹽，其金屬(II)離子可由煮沸而除去。(2)永久硬水:水中主要含金屬(II)之硫酸鹽或氯化物，不會因煮沸而除去金屬(II)離子。

肥皂為一種有機鈉鹽(RCOONa)，包括親油性基及親水性基兩部分，肥皂清洗功效，為親油性基與油污相結合，而親水性基與水分子相結合，使油污懸浮水中，以除去油污，當肥皂溶在硬水時會生成不溶性，灰白色之渣，使肥皂不起泡沫，降低肥皂洗滌效果。

Ca2+(aq)+2C17H35COO-(aq) → Ca(C17H35COO)2(s) <鈣肥皂>

Mg2+(aq)+2C17H35COO-(aq) → Mg(C17H35COO)2(s) <鎂肥皂>

硬水在鍋爐加熱時，會產生鈣鹽和鎂鹽的沉澱，形成鍋垢，減低熱的傳導性，影響鍋爐效率，妨礙水在管中流動，甚至造成爆炸。

(1)暫時硬水受熱時:當鈣離子和酸式碳酸根離子加熱時，會產生碳酸鈣的沉澱。

Ca2+(aq)+2HCO3-(aq) → CaCO3(s)+CO2(g)+H2O(l)

Mg2+(aq)+2HCO3-(aq) → MgCO3(s)+CO2(g)+H2O(l)

(2)永久硬水受熱時:當硬水中含有硫酸根離子(SO42-)和鈣離子(Ca2﹢)時，加熱會產生硫酸鈣的沉澱。

Ca2﹢(aq) + SO42-(aq) → CaSO4(s)

但因CaSO4微溶於水，故加熱並無法將Ca2﹢完全沉澱，因此加熱、煮沸並不能完全軟化永久硬水。

硬度表示在溶液中含有鈣、鎂及鐵(II)之離子之總濃度，為了計算方便，將溶液中鈣、鎂及鐵(II)之離子之濃度皆當作CaCO3之濃度，若溶液中[Ca2﹢]+[Mg2﹢]+[Fe2﹢]為0.1M，如以硬度表示即含[CaCO3]= 0.1M。

硬度通常採用ppm(百萬分數)單位，即每百萬克溶液中含有CaCO3之克數，亦可為每升溶液所含CaCO3之毫克數。若溶液硬度為a ppm表示每升溶液含a mg之CaCO3。

硬水的軟化

硬水軟化法是將硬水中除去鈣，鎂與鐵(II)離子的方法，通常包括下面幾種方法：

(一)煮沸法：

暫時硬水可藉煮沸法除去水中之M2﹢離子，當加熱暫時硬水，則可溶性碳酸氫鹽生成碳酸鹽沈澱。

Ca2﹢(aq)+2HCO3-(aq)→CaCO3(s)+CO2+H2O

(二)藥品處理法：

(1)加入消石灰Ca(OH)2

Ca(HCO3)2+Ca(OH)2→2CaCO3(s)+2H2O

Mg(HCO3)2+Ca(OH)2→MgCO3(s)+CaCO3(s)+2H2O

(2)磷酸鹽法:

3CaSO4+2Na3PO4→Ca(PO4)2(s)+3Na2SO4

(3)錯離子劑法:

常用的試劑如EDTA(ethylenediamine tetraacetic acid 乙二胺四醋酸)，與鈣、鎂等形成穩定錯化合物而減低硬度。

(-OOCCH2)2NCH2CH2N(CH2COO-)2 + Ca2﹢→[Ca(OOCCH2)2NCH2CH2N(CH2COO)2]2-

(三)離子交換法：

(1)天然沸石交換法：將硬水通過泡沸石(NaAlSiO4)或陽離子交換樹脂

Ca2+(aq)+2NaZ(s)→CaZ2(s)+2Na+(aq)

註:NaZ表天然泡沸石，實驗式為NaAlSiO4 。

(2)陽離子交換樹脂：

磺酸化聚苯乙烯的鈉鹽：R-SO3Na，其中R-SO3-代表磺酸化聚苯乙烯的陰離子

Ca2+(aq)+2R-SO3Na(s)→CaCO3(s) + ( R-SO3)2(s)+2Na+(aq)

註:R-SO3Na代表磺酸化聚苯乙烯的人工合成樹脂。