Вода. Растворы. Электролитическая диссоциация

Кристаллогидраты

Кристаллогидраты — кристаллы, содержащие молекулы воды и образующиеся, если в кристаллической решётке катионы образуют более прочную связь с молекулами воды, чем связь между катионами и анионами в кристалле безводной соли. При низких температурах вода в кристаллогидратах может быть связана как с катионами, так и с анионами солей. Многие соли, а также кислоты и основания выпадают из водных растворов в виде кристаллогидратов.

Примеры

Типичными кристаллогидратами являются многие природные минералы, например гипс CaSO₄·2H₂O, карналлит MgCl₂·KCl·6H₂O. Кристаллизационная вода обычно может быть удалена нагреванием, при этом разложение кристаллогидрата часто идёт ступенчато. Так, медный купорос CuSO₄·5H₂O (синий) выше 105 °C переходит в тригидрат CuSO₄·3H₂O (голубой), при 150 °C в моногидрат CuSO₄·H₂O (белый); полное обезвоживание происходит выше 250 °C. Однако некоторые соединения (например, BeC₂O₄·H₂O) устойчивы только в форме кристаллогидрата и не могут быть обезвожены без разложения. Другие примеры: железный купорос FeSO₄·7H₂O, кристаллическая сода Na₂CO₃·10H₂O.

Применение  воды в технических целях

Масштабы рециркуляции могут варьироваться от локальных  проектных решений (к примеру, частный  дом) до проектов по обеспечению технической  водой крупных промышленных предприятий  и муниципальных округов.

Промышленная рециркуляция воды

На крупных предприятиях существует замкнутый цикл, где отработанные воды циркулируют по кругу, после  очистки, охлаждения и обработки. Это  удешевляет производственный процесс  и снижает уровень загрязнения  воды.

Непроизводственный  сектор

Замкнутый цикл использования  воды применяется в сфере гостеприимства. К примеру, в крупных брэндовых отелях устанавливается несколько систем очистки использованной питьевой воды.

Одни системы позволяют  повторно использовать воду для различных  видов уборки, мытья автомобилей, полива прилегающих газонов, и проч.

Другие системы очищают  воду настолько, что её можно использовать для мытья посуды, стирки белья, а  также для гигиенических целей (к примеру, для принятия ванны  или душа).

Замкнутый цикл применяют  на автомойках. Системы рециклинга автономны, позволяют бережно использовать водные ресурсы, негативное влияние на природу сведено к минимуму.

Сброс отработанной воды в окружающую среду исключён,  потребности в пополнении запаса чистой воды минимальные.

Жилой сектор

В жилом секторе также  используются различные системы  очистки воды.

Таких систем на рынке  очень много, они отличаются по комплектации, которая, в свою очередь, зависит от целей использования систем рециркуляции.

Существуют мощные станции  по очистке  воды для последующего ее применения в технических целях. Это мини-заводы, способные снабжать целые городские кварталы.

Одной из наиболее интересных в этом плане технологий являются системы мембранных биологических  реакторов. Мощность обработки сточных  вод в среднем составляет от 100 до 400 м3 в сутки. 

Мембранный биореактор (MBR) применяется в домостроительных девелоперских проектах, при строительстве недвижимости под ключ, для обеспечения хозяйственных нужд парковых, рекреационных и курортных зон.

Также существуют локальные  решения для отдельных квартир  или коттеджей.

К примеру, установка  AquaCycle позволяет использовать всю отработанную воду в доме (за исключением той, которая используется для смыва в туалете) вторично.

Сточная вода по трубам подается в устройство, где проходит две степени биологической очистки, подвергается ультрафиолетовому облучению.

После комплексной фильтрации и обработки ультрафиолетовыми  лучами такую воду можно использовать для стирки белья, очистки туалета, уборки и полива газонов и садов.

Жесткость воды и способы ее устранения.

Жесткость воды отражает содержание в ней ионов кальция  и магния.

Жесткость, обусловленная  наличием в воде гидрокарбонатов  кальция и магния, называется временной, или карбонатной (Ж_вр). Жесткость, обусловленная хлоридами и сульфатами этих металлов, называется постоянной (Ж_п). Суммарная жесткость воды носит название общей жесткости.

Один из методов устранения жесткости воды – введение соды (Na₂CO₃).

Минеральные воды

Минера́льные во́ды, — природные, как правило, подземные известны также талые, воды поверхностных водоёмов (солёных — минеральных — озёр).  Воды, которые характеризуются наличием определённых минеральных солей, газов, органических веществ и других химических соединений, в отличие от питьевых , в более высоких концентрациях минерализации или обладающие специфическими химико-физическими и другими свойствами — температура, содержание биологически активных компонентов (CO2, H2S, As и др.), природная радиоактивность (быстрораспадающиеся радиоактивные вещества — радон) и оказывающие вследствие этого лечебное действие при внутреннем и наружном (ванны, ингаляции и проч.) применении.

Питьевое применение

Минеральные воды применяются  для курортно-санаторного лечения, также как столовая вода. Для продажи  минеральная вода разливается в  бутылки, часто искусственно газируется (газированная минеральная вода). Около  источников минеральной воды иногда устраивают питьевые фонтанчики.

Правила разбавления серной кислоты. Использование  серной кислоты в промышленности

Раствор меньшей концентрации содержит большее количество воды.

Однако ни в коем случае при разбавлении нельзя добавлять  воду в кислоту.

Существует строгое  правило: лить кислоту в воду!

Нарушение этого правило  может привести к трагедии.

Сейчас мы поймем, почему - на примере серной кислоты.

Дело в том, что  при приготовлении растворов  часто происходит их разогрев.

При приготовлении растворов  серной кислоты происходит сильный  разогрев.

В нашем опыте при  добавлении небольшого количества концентрированной  кислоты температура поднимается  до 90 градусов!

Представьте себе, что  будет, если нарушить правило, и добавить воду в кислоту.

Вода, попав в массу  концентрированной кислоты, моментально  разогреется до кипения - произойдет мощный и опасный выброс кислоты.

Серная кислота - важнейший  продукт химической промышленности. В основном серная кислота используется для получения фосфорных и  азотных удобрений: простого суперфосфата, двойного суперфосфата, преципитата  и сернокислого аммония. Достаточно указать, что при производстве 1 т. суперфосфата из фторапатита, не содержащего гигроскопической воды, расходуется 600 кг. 65-процентной серной кислоты. Суперфосфат представляет собой одно из наиболее распространенных удобрений, и он производится в количестве нескольких миллионов тонн.

Использование серной кислоты в промышленности

Все больший удельный вес приобретают концентрированные  фосфорные удобрения: двойной суперфосфат  и преципитат. Для их производства требуется фосфорная кислота, на получение которой также нужна  серная кислота. В качестве удобрения  все в больших количествах  начинает применяться сернокислый  аммоний. Это хорошо усвояемое растениями и наиболее дешевое азотное удобрение. При его производстве тоже используется серная кислота. Необходимо отметить, что серная кислота используется при производстве удобрений не только потому, что дешевле всех остальных  кислот. Благодаря своим свойствам  она наиболее удобна для этой цели.

В металлургии при  прокате стали, на металле иногда образуются трещины, которые пронизывают  толщу металла и появляются на поверхности металла в виде так  называемых "волосовин" - тончайших  трещин. Механические свойства металла  вследствие этого резко снижаются. Для обнаружения трещин применяют 25 - 30-процентную серную кислоту. Образцы  проката помещают в свинцовую ванну и травят, т.е. подвергают воздействию серной кислоты. При этом происходит растворение окалины и тонкого поверхностного слоя металла. Затем образцы промывают в воде и внимательно рассматривают - трещины, выходящие на поверхность, видны глазом.

На металлообрабатывающих  заводах серную кислоту используют в цехах гальванопокрытий. Как  известно, перед нанесением на металлические  изделия электрическим методом  никеля, хрома, меди их нужно тщательно  очистить, протереть, обезжирить и, наконец, выдержать непродолжительное время  в ванне с раствором серной кислоты. При этом она растворяет тончайший слой металла и с  ним удаляются следы загрязнений. В то же время поверхность металла  становится более шершаво: на ней  появляются микроскопические углубления и выступы. Электролитические покрытия к такой поверхности лучше  пристают и более прочно сцеплены с металлом.

При переработке руд  редких металлов большое значение имеет  кислотный способ их расщепления. Обычно для этой цели используют наиболее дешевую нелетучую серную кислоту. Измельченную руду смешивают в определенной пропорции с серной кислотой и  нагревают. Полученный раствор и  осадок дальше перерабатывают химическим путем, исходя из химических свойств  того элемента, который нужно выделить из раствора. На химическую переработку  руд редких элементов расходуют  тысячи тонн серной кислоты.

Значительные количества серной кислоты потребляет нефтеперерабатывающая  промышленность. Как известно, нефть  и ее отдельные фракции, например керосин, подвергают очистке.

Широкое применение серная кислота находит в органическом синтезе, в производстве красок, пластмасс, взрывчатых веществ, различных медицинских  препаратов. По мере расширения производства химических продуктов увеличивается  производство серной кислоты

Едкие щелочи, их использование в промышленности

ЩЁЛОЧИ, растворимые  в воде сильные основания, создающие  в водном р-ре большую концентрацию ионов ОН-. Обычно к щёлочам относят. гидроксиды щелочных и щел.-зем. металлов. Бесцв. кристаллы. Гидроксиды щелочных металлов - едкие щелочи -хорошо раств. в воде (хуже - LiOH), гидроксиды щел.-зем. металлов - плохо. Сила оснований и р-римость в воде в каждой группе периодич. системы возрастают сверху вниз с увеличением радиуса катиона. Едкие щёлочи раств. также в этаноле и метаноле. Едкие щёлочи (за исключением LiOH) термически устойчивы до т-ры выше 1000 °С, гидроксиды щел.-зем. металлов и LiOH разлагаются при более низких т-рах.

Щёлочи жадно поглощают  из воздуха воду, СО2, SO2, H2S и NO2. Если не принимать мер предосторожности, они всегда будут содержать кристаллизационную воду, примесь карбоната, суьфата, сульфида, нитрата и нитрита. Дня обезвоживания щёлочи нагревают в атмосфере, свободной от СО2, едкие щёлочи освобождают от примеси карбоната перекристаллизацией из этанола. Водные р-ры едких щёлочей разрушают стекло, расплавы - фарфор и платину. Плавят едкие щёлочи в сосудах из серебра, никеля или железа, хранят в полиэтиленовых сосудах. Р-ры едких щёлочей нельзя долго хранить в стеклянных сосудах с пришлифованными стеклянными пробками и кранами, к-рые прилипают к шлифу вследствие взаимод. щёлочей со стеклом.

Получают: едкие щёлочи- электролизом хлоридов щелочных металлов, обменными р-циями между солями щелочных металлов и гидроксидами щел.-зем. металлов; действием воды на оксиды щел.-зем. металлов. Определяют щёлочи с помощью кислотно-основных индикаторов.

Твердые щёлочи и их конц. р-ры разрушают живые ткани, особенно опасно попадание частиц твердой щёлочи в глаза.

К щёлочам иногда относят  соли сильных оснований и слабых к-т, водные р-ры к-рых имеют щелочную р-цию, напр. гидросульфиды NaSH и KSH, карбонаты Na2СО3, а также ТlОН, аммиачную воду.

Едкий натрий применяется  во многих отраслях промышленности:

в производстве бумаги и  картона

в производстве мыла, шампуня  и других моющих средств 

в химической промышленности и нефтепереработке

для изготовления биодизельного топлива

 

Также гидроксид натрия широко применяется в быту:

для растворения засоров  канализационных труб, в виде сухих  гранул или в составе гелей

в гражданской обороне  для дегазации и нейтрализации  отравляющих веществ

в приготовлении пищи: для мытья и очистки фруктов  и овощей от кожицы, в производстве шоколада и какао, напитков, мороженого, окрашивания карамели, для размягчения  маслин и производстве хлебобулочных  изделий

в косметологии

Гашеная и негашеная известь, ее применение в строительстве. Гипс и алебастр, гипсование

Гидрокси́д ка́льция  ( Ca(OH)2 , гашёная известь или «пушонка») — химическое вещество, сильное основание. Представляет собой порошок белого цвета, плохо растворимый в воде.

Используется:При побелке помещений.

При побелке деревянных заборов  и обмазывании стропил  - для защиты от гниения и возгорания.

Для приготовления известкового строительного раствора. Известь  применялась для строительной кладки с древних времён. Смесь обычно приготавливают в такой пропорции: к одной части смеси гидроксида кальция (гашёной извести) с водой добавляют три—четыре части песка (по массе). При этом происходит затвердевание смеси по реакции: Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3↓ + H2O. Это экзотермическая реакция, выделение энергии составляет 27 ккал (113 кДж). Как видно из реакции, в ходе её выделяется вода. Это является отрицательным фактором, так как в помещениях, построенных с помощью известкового строительного раствора, долгое время сохраняется повышенная влажность. В связи с этим, а также благодаря ряду других преимуществ перед гидроксидом кальция, цемент практически вытеснил его в качестве связующего строительных растворов.

Для приготовления силикатного  бетона. Состав силикатного бетона одинаков с составом известкового строительного  раствора, однако он готовится другим методом — смесь оксида кальция  и кварцевого песка обрабатывается не водой, а перегретым (174,5—197,4 °C) водяным  паром в автоклаве при давлении 9—15 атмосфер.