Общая жесткость. Спорные моменты.

[Skif]

Изготавливая тест на общую жесткость, наткнулся на некоторые проблемы. Пришлось немало погуглить чтоб докопаться до истины, казалось бы, простой вещи. Данные вопросы уже подымались на нашем форуме, но некоторые точки над "i" так и не расставили. Попытаюсь внести ясность и/или повторно вынести на обсуждение.

1. ГОСТ 4151-72. Вода питьевая. Метод определения общей жесткости.
В данном ГОСТе приведена формула подсчета общей жесткости по результатам измерения, результат получают в моль/м3 (мМоль/л).
Вроде как, принято жесткость измерять в мг-экв/л, что для Ca++, Mg++ ввиду их двухвалентности будет ровно в два раза больше значения в мМоль/л.
На самом же деле, если пересчитать формулу с учётом единиц измерения, получается нестыковка. В формулу подставляется нормальность раствора трилона (мг-экв/л), а получается молярность (мМоль/л). Данная нестыковка вылазит в невозможности точно принять результаты сторонних лабораторий, которые присылают нечто такое: "общая жесткость равна Х,ХХ моль/м3, согласно ГОСТ4151-72". Неизвестно как надо поступать при переводе этого результата в привычные мг-экв/л или в градусы.
Многие пересчитывали всё по пунктам госта, вопрос подымался на форумах химиков. Например ТУТ, ТУТ и т.п.
Никто так и не понял что было на уме разработчиков когда указывалась единица измерения, но реально получается что там должно быть мг-экв/л.
Т.е. для данных лабораторий результат берём в мг-экв/л без умножения на два. А для перевода в dGH умножаем на 2,804
В более новых документах попытались этот момент более-менее конкретизировать.
ГОСТ Р 52407-2005
ГОСТ Р 52029-2003

2. Аптечные препараты с солями кальция и магния.
Для подкормки растений, для реминерализации осмоса, для перепроверки тестов на общую жесткость и т.п. используются аптечные препараты на основе солей кальция и магния. Это общеизвестные: магния сульфат в порошке, магния сульфат 25% в ампулах и кальция хлорид 10% в ампулах.
Для применения и решения поставленной задачи необходим расчёт массы (объёма) препарата. Но тут есть один момент который способен погубить расчёт - это водность применяемых солей. Например:
а) на пакетике написано: магния сульфат 10г. Казалось бы, имеется ввиду содержание самого действующего вещества - соли магния. Но это не так. В пакетике, на самом деле, гептагидрат сульфата магния (магнезия), MgSO4*7H2O, в котором самой соли всего лишь 48,9%
б) раствор для инъекций кальция хлорид 10% (иногда пишут 100мг/мл). Всегда имелось ввиду, что концентрация указана для самого CaCl2. На мысль о том что это не так натолкнул фрагмент книги "Фармацевтическая химия" Автор Г.А.Мелентьева Л.А.Антонова. По сути, в медицине, под названием хлорид кальция имеется ввиду его гексагидрат CaCl2*6H2O. В котором чистой соли 50,7%
в) раствор для инъекций магния сульфат 25%. Концентрация указана именно для безводной соли MgSO4, а не для её гидрата (как в случае с порошком). , как подсказали форумчане и подтвердил повторный эксперимент, концентрация приводится в расчёте на кристаллогидрат.
Информации о рецептурах или о водности исходных солей для приготовления лекарственных препаратов, к сожалению, нигде не нашел. Выводы сделаны на основе экспериментов: титрования трилоном, выпаривания-прокаливания-взвешивания. Если медики-фармацевты более конкретизируют данный вопрос буду очень благодарен.

3.Расчёт жесткости воды при добавлении солей кальция, магния.
Иногда возникает необходимость поднять жесткость исходной воды путём добавления солей кальция или магния. При этом неоднократно на форуме появляются вопросы с определением самого градуса жесткости и количеством солей или аптечных растворов для приготовления воды с заданной жесткостью. Много путаницы возникает именно при расчёте, поскольку для одного градуса надо кальция одно количество, а магния - другое. Кроме этого в замешательство вводит ещё и пересчёт в мнимый оксид CaO (MgO). Т.к. в определении нем. градуса фигурирует именно оксид.
Имхо, если вещи разные то проще всего их считать в штуках, т.е., применимо к химии, в Молях. Определение градуса, представленное в виде концентрации мМоль/л будет одно и то же для кальция, магния и других металлов попадающих под определение общей жесткости.
С советской единицей измерения жесткости всё просто - мг-экв/л, применимо к катионам солей жесткости, равены 2*мМоль/л. Т.е. если в воде содержится 1мМоль/л Са или Mg... то жесткость такой воды бедет равна 2 мг-экв/л.
С более привычной в современной аквариумистике единицей измерения, градусах dGH, чуть интересней. "1 часть оксида кальция (СаО) или 0.719 частей оксида магния (MgO) на 100 000 частей воды". Имхо, для большей удобности в расчётах следует принимать значение градуса в молярной концентрации катионов. Из определения можно посчитать: 1dGH=0.01г/л СаО (М.м. 56.08г/моль), следовательно 1dGH=0,01/56,08=0,17832мМоль/л. Эту концентрацию в расчётах можно применять для любых солей кальция или магния без заморочки с пересчётами в какие-то мнимые оксиды.
Увеличение жесткости распространёнными аптечными препаратами:
а) магния сульфат, порошок. MgSO4*7H20 (М.м. 120,4+7*18=246,4г/моль).
Для увеличения жесткости на 1dGH на каждый литр воды надо добавить 0,17832*246,4=43,93мг этого препарата
б) ампулы кальция хлорида 10% (100мг). Поскольку концентрация указана применимо к CaCl2*6H2O (М.м. 111+6*18=219г/моль), то для увеличения жесткости на 1dGH на каждый литр воды надо добавить 0,17832*219=39,05мг гексагидрата кальция хлорида. А это соответствует 0,3905мл раствора.
Данный подпункт противоречит распространенной "рецептуре" увеличения жесткости: "10 мл (1 ампулу) 10% раствора хлорида кальция разбавить дистиллированной водой до 100 мл. Затем взять 20 мл этого раствора и развести в 1 литре дистиллированной воды. Получится концентрация кальция 72,2 мг/л или 10,1 dGH"
в) ампулы магния сульфата 25%. MgSO4 (М.м.120.4г/моль) 250мг/мл. Следовательно, для увеличения жесткости на 1dGH на каждый литр воды надо добавить (0,17832*120,4)/250=0,08588мл раствора.
Учитывая ошибку с водностью исходной соли надо считать так: MgSO4*7H2O (М.м.246,4г/моль) 250мг/мл. Для увеличения жесткости на 1dGH на каждый литр воды надо добавить (0,17832*246,4)/250=0,1758мл раствора. Следовательно, еще одна неправильная рецептура из и-нета: 10 мл (1 ампулу) 25% раствора сульфата магния разбавить дистиллированной водой до 100 мл. Затем взять 10 мл этого раствора и развести в 1 литре дистиллированной воды. Получится концентрация магния 50,5 мг/л или 11,6 dGH
Для увеличения жесткости на 1мг-экв/л значения полученные в подпунктах а), б), в) надо умножить на 2,804.

[GOREZ]

Відгуки, бажано негативні, будуть?
А ще краще, пропозиції...

[r3T5]

GOREZ не зрозуміло де в калькуляторі доза концентрату яку потрібно вносити?
Чи врахована в калькуляторі максимальна розчинність реагентів (як в Кудряшова http://kudrjashov.blogspot.com/2009/03/ver2.html )?

[GOREZ]

r3T5,

Сообщение от r3T5

не зрозуміло де в калькуляторі доза концентрату яку потрібно вносити?

Якого саме концентрату?
Калькулятор вираховує масу солі в грамах для ремінералізації заданого об'єму.
Єдиний концентрат, про який згадано і по якому ведеться додатковий розрахунок - це варіант Бактріана. Результати приблизного розрахунку ви можете побачити в комірках А20 та А21.

Сообщение от r3T5

Чи врахована в калькуляторі максимальна розчинність реагентів (як в Кудряшова http://kudrjashov.blogspot.com/2009/03/ver2.html

Про яку максимальну розчинність реагентів взагалі може йти мова?
Ви зібралися робити в акві "сіропчик"?
Концентратів готувати я не пропоную, просто суха сіль в осмос.
Маса відповідної сухої солі з'являється в стовпчику С.

[GOREZ]

Створена окрема тема у відповідному розділі. Калькулятор тут
З всіма питаннями, пропозиціями та критикою звертатись саме в ту тему

[Vadim Art]

Химики, помогите с близкой темой.
Речь о карбонатной жесткости. Как сделать расчеты по ней ? Ну, например, есть гидрокарбонат калия. Сколько его нужно, чтоб повысить карбонатку на 1 (литраж банки, например, 100 л.).

[Xимик_UA]

Vadim Art, 3.57г, вроде, надо бы чтоб еще кто-то пересчитал

[Vadim Art]

Сообщение от Xимик_UA

Vadim Art, 3.57г, вроде, надо бы чтоб еще кто-то пересчитал

а как считать ?

[GOREZ]

Сообщение от Vadim Art

а как считать ?

Нам ба константу по тиму ось цих:

Сообщение от Skif

1dGH обусловленный солями кальция содержит 7,1471мг/л Са
1dGH обусловленный солями магния содержит 4,3341мг/л Mg

Далі - справа техніки

[GOREZ]

Знайшов!!!

Цитата(SANDRA @ 8.1.2010, 17:04)
А как рассчитать колличество соды , необходимой чтобы поднять карбонатную жесткость на 1 градус ? 100 ЛИТРОВ .
нет проблем, Сергей. Только для начала поговорим вообще о жесткости воды и с ней связанном.

Все источники пресной воды содержат кальций и магний в различных количествах. Эти элементы присутствуют в виде катионов с 2+ зарядом. Соединяясь с отрицательно-заряженными анионами, они образуют соли. Наиболее важными анионами являются бикарбонаты HCO 3-, карбонаты CO32- и сульфаты SO42-.
Общая жесткость (GH) измеряет катионы (положительный заряд) кальция и магния.
Карбонатная жесткость (KH) относится только к анионам бикарбоната и карбоната (отрицательный заряд), но не измеряет сульфаты и прочие анионы.
Карбонатная жесткость явялется путанным термином потому что ссылается на жесткость, но в реальности имеет отношение к щелочности (способности раствора противостоять изменению pH при добавлении кислоты) карбонатного и бикарбонатного происхождения. Прочие анионы (такие как гидроксиды, бораты, силикаты и фосфаты) также могут влиять на щелочность. Следует отметить, что все таки бикарбонатная/карбонатная буферная система представляет большинство щелочности в аквариумах с аквариумными растениями.
KH и GH обычно близки между собой, но GH может быть такой же, большей или меньшей чем KH, в зависимости от содержания катионов и анионов в образце. Например, большое количество пищевая сода - NaHCO3 поднимет показатель (KH), но не окажет влияния на (GH). Большое количество MgSO4 поднимет показатель (GH),но не (KH).
Обычно, в пресной воде большинствок атионов представлены кальцием и магнием ( в пропорции 3:1) и большинство анионов – карбонатами. Уровни (GH) и (KH) часто будут похожими.
Было бы разумным измерять общую жесткость через количество ионов/литр или молярность, но эти единицы не используются. Общераспространенными единицами измерения, используемыми в литературе, являются градусы общей жесткости dGH (GH) из немецкой системы или промили (ppm –parts per million – частиц на миллион) Ca из CaCO3. Карбонатная жесткость (KH) –это термин, который не имеет ничего общего с жетскостью, но представляет собой количественный эквивалент карбоната и бикарбоната, который влияет на щелочность или кислотную буфферную емкость. (KH) соотносится с промилями CO3 из CaCO3.
Перевод из dGH и dKH в промили CaCO3 может быть произведен путем умножения на 17.86
Как был получен коэффициент перевода:
По определению, 1dGH = 10 мг/литр CaO
Атомный вес Ca = 40, O = 16, CaO = 56
Таким образом, 10 мг/литр CaO содержит 40/56 *10 = 7.143 мг/литр Ca

По определению, промили ( ppm )Ca определяют не элементарный кальций , но миллионые частицы CaCO3.
Атомный вес CaCO3 = 100
Таким образом, 7.143 мг/литр элементарного Ca будут выражены как 100/40 * 7.143 = 17.8575 мг/литр (промили)CaCO3.
1dGH = 17.86 промили CaCO3 и 7.143 промили Ca2+.
1 dGH определяется как 10 мг/литр CaO, что может быть выражено в промилях CaCO3 как указано выше. Теперь определение для dKH должно быть сделано из количества карбоната в 17.86 промилях CaCO3, что не имеет отношения к GH, определяемому через CaO! Исторически, GH должно быть , во-первых, определялось через CaO, жесткость через промили CaCO3 в-вторых, затем KH в-третьих?
1dKH = 17.86 промиль CaCO3
1dKH = 17.8575 мг/литр CaCO3. 7.143 мг/литр из этого - Ca, остальное (17.8575-7.143)= 10.7145мг/литр CO3
1dKH = 10.7145 промиль CO3
Для бикарбоната:
CaCO3 формирует Ca(HCO3)2 в воде при уровне pH менее чем 10.25 . (Два бикарбоната формируются из каждого иона карбоната):
CaCO3 + H20 + CO2 ---> Ca(HCO3)2
CO3 mw (молекулярный вес) = 60
HCO3 mw (молекулярный вес) = 61

Таким образом, 10.7145мг/литр CO3 из CaCO3 (каждый CO3 карбонатный анион формирует два HCO3 бикарбонатных аниона
61/60*2 *10.7=21.8 мг/литр HCO3


Другой способ этого рассчета подразумевает использование молярности:
1dKH = 17.86 мг/литр CaCO3
mw CaCO3 = 100
17.86 мг/литр CaCO3 = 0.179 m (Моль) CaCO3
Это даст 2* 0.179 m Моль = 0.358 m Моль
Умножая моли *mw даст нам мг:
0.358*61(mw HCO3) = 21.8 мг/литр HCO3
1dKH = 21.8 промилей HCO3


Как использовать эти коэффициенты перевода:
Если Вам известна щелочность или жесткость в промилях (ppm), разделите на 17.86 чтобы получить градусы.
Если Вы хотите поднять щелочность на 1 dKH, используя CaCO3 - используйте 17,86 мг CaCO3
Если Вы хотите поднять щелочность на 1 dKH, используя NaHCO3 :

mw Na = 23
mw HCO3= 61
mw NaHCO3= 84

1dKH= 21.8 промиль HCO3
21.8 *84/61=30 мг/литр of NaHCO[sub]3[/sub]


Используя молярность:
0.358 mМолей * 84(mwNaHCO3) = 30 мг/литр NaHCO3
Т.е. грубо говоря, для увеличения щелочности на 1 dKH на 100 л аквариумной воды необходимо около 1/2 чайной ложки пищевой соды.

CO2, pH и карбонаты взаимосвязаны при помощи следующих трех уравнений::
1. CO2 + H20 <------> H2CO2 (Углекислота)
2. H2CO2 <------> H+ + HCO3- (Бикарбонат)
3. HCO3- <------> H+ + CO32- (Карбонат)


Пример того, как увеличение карбонатов либо приведет к увеличению уровня pH либо потребует уравновешивающей добавки CO2 для поддержания уровня pH.
Если NaHCO2 добавялется в аквариумную воду, дополнительные карбонатные ионы приведут к смещению реакции в уравнении 2 в левую сторону. Это приведет к формированию большего количества угольной кислоты, связывающей H+ ион и, таким образом, к повышению уровня pH. Дополнительная углекислота сместит реакцию в уравнении 1 в левую сторону, создавая CO2 , который будет рассеиваться из раствора, приводя равновесие на более высокий уровень pH. Для поддержания равновесия на первоначальном уровне pH, уравнения 1 и 2 должны быть опять смещены вправо. Это может быть достигнуто благодаря добавкам дополнительного CO2 в аквариум. (Уравнение 3) приобретает важность как только pH достигает значения 10.25)

Эти взаимоотношения выражены в знакомой таблице расчета содержания СО2, где сведедны показатели KH/pH и количество необходимого в растворе для поддержания определенного уровня pH. Чем выше уровень карбонатов/бикарбонатов в аквариуме, тем большее количество CO2 необходимо для поддержания определенного уровня pH.

взяв тут, тепер би ще допетрати...
Приблизно те, що потрібно, виділив, ждемо хіміків...

[GOREZ]

Сообщение от Xимик_UA

Vadim Art, 3.57г, вроде, надо бы чтоб еще кто-то пересчитал

У меня получилось 3,575гр.KHCO3 - это 2dKh в 100л.
Сорри, я не химик, и, скорее всего, ошибаюсь...
3,575=100*2*10,7145/59,9399/10
запутался в кабонатных и бикарбонатных ионах, скорее всего
Правильно будет так?
3,575=100*1*21,8/60,9467/10
Считаем по HCO3?

[Xимик_UA]

Пересчитаем по NaHCO3:
NaHCO3 надо на 100л - 3г (30 мг/л) Мол. масса - 84,01
KHCO3 надо на 100л х г Мол.масса 100,11
х=100,11*3/84,01 = 3,57г
Вроде сходится

[GOREZ]

Xимик_UA, капец...
Оффтоп

Ну вот добрейшей души человек, все обьяснил, рассказал...

[r3T5]

Оффтоп

Давно мучить питання, як можна TDS-метром перевірити загальну жорсткість води після ремінералізації. Враховувати суму мас MgSO4*(H2O)7 , CaCl2 + ppm осмосу ?

[Xимик_UA]

r3T5, можливо)) просто потрібно "відкалібрувати" TDS-метр по точкам 5 - зняти залежність ppm - GH для 5 точок. Якщо співвідношення кальцій/магній незмінне - вийде досить точно.
Тільки навіщо перевіряти те, що Ви і так точно робите?)

[r3T5]

Сообщение от Xимик_UA

Тільки навіщо перевіряти те, що Ви і так точно робите?

Буває потрібно для самоконтролю.