Tvrda voda-formiranje kamenca ključanjem

 

Tvrdom vodom naziva se voda u kojoj su prisutni kalcijumovi i bikarbonatni joni. Ova voda stvara kamenac, koji ometa rad mnogih kućnih uređaja.

Mehanizam koji dovodi do formiranja kamenca od tvrde vode jeste razgradnja bikarbonatnih jona pri ključanju vode,  a potom taloženje karbonatnih jona jonima kalcijuma i magnezijuma, koji su takođe prisutni u vodi.

Potrebne hemikalije:

NaHCO₃

CaCl₂

Fenolftalein

Potreban pribor:

epruvete

 

Povećanje pH vrednosti pri zagrevanju rastvora NaHCO₃

Rastvoriti NaHCO₃ u hladnoj destilovanoj vodi i dodati nekoliko kapi fenolftaleina. Rastvor NaHCO₃ je veoma slabo bazan. Fenolftalein ima neodređenu ružičastu boju. Kada se ovaj rastvor zagreva, boja rastvora postaje intenzivnija. Ovo znači da pH rastvora raste i fenolftalein menja se od bezbojnog do crvenog/ružičastog. Rastvor ostaje ružičast i nakon hlađenja.

 

Nastanak kamenca iz tvrde vode

Uzeti nekoliko ml destilovane vode i staviti u široku epruvetu. Dodati nekoliko mm³ NaHCO₃. Mućkati dok se ne rastvori.

Rastvoriti CaCl₂ u drugoj epruveti u destilovanoj vodi i dodati ovaj rastvor rastvoru NaHCO₃.

Rastvor se zagreva i tečnost ključa nekoliko minuta.

Nastaje ,,talog'' koji nastoji da se zalepi za čašu i tečnost postaje mutna. Ostaviti ,,talog'' da se slegne na dnu boce i isprati ga sa zida epruvete mućkanjem.

Diskusija:

Povećanje pH vrednosti

 

Rastvor NaHCO₃ je vrlo slabo alkalan, gotovo neutralan. U takvom rastvoru postoji izvesna ravnoteža koja je pomerena ulevo:

(1)    HCO₃^- + H₂O <-> H₂CO₃ + OH^-

Odigravaju se još dve ravnotežne reakcije, koje su takođe pomerene ulevo:

(2)    HCO₃^- +H₂O <-> CO₃^2-+ H₃O⁺

 

(3)    HCO₃^- + OH^- <-> CO₃^2- + H₂O

 

Ove reakcije su slabije zastupljene od prve, pa je rastvor bikarbonata zbog toga slabo alkalan.

 

H₂CO₃ je slaba kiselina, a bitno je da je u ravnoteži.

 

(4)     H₂CO₃ <-> CO₂ + H₂O

 

Na sobnoj temperaturi, CO₂ ostaje u rastvoru. Kada se gas zagreje, CO₂ postaje manje rastvoran i ravnoteža se znatno pomera udesno:

 

(4')     H₂CO₃ -> CO₂ (nestaje iz rastvora) + H₂O

 

Pošto je je H₂CO₃ uklonjen iz sistema, ravnoteža (1) je takođe pomerena udesno:

 

(1')     HCO₃^- + H₂O -> CO₂ (nestaje iz rastvora) + H₂O + OH^-

 

Povećanjem koncentracije OH^- jona, ravnoteža (3) je takođe pomerena udesno, pošto je CO₃^2- veoma slaba baza i čak i veoma niska koncentracija OH^- pomera ravnotežu udesno. Slobodan H₂CO₃ postaje manje zastupljen  i reakcija u kojoj nastaje CO₂ postaje sve manje izražena. Sad, kad ostane veoma malo HCO₃^-, što se dešava nakon nekoliko minuta ključanja, situacija se drastično menja. Glavna komponenta rastvora postaje CO₃^2-. Otprilike, polovima ugljenika je izašla iz sistema u vidu CO₂, dok je preostala polovina prisutna kao CO₃^2-, koji je u ravnoteži sa malim količinama OH^- i HCO₃^-. Naglo raste pH rastvora zbog CO₃^2-, koji je takođe slaba baza, ali mnogo jača od bikarbonata.

 

Prisustvo kalcijumovih jona

 

Kada su joni kalcijuma prisutni u rastvoru, tada se talože u vidu CaCO₃. Ca(HCO₃)₂ je rastvoran u vodi, dok CaCO₃ ima vrlo nisku rastvorljivost. Stoga CO₃^2-, koji nastaje zagrevanjem rastvora HCO₃^-, prouzrokuje taloženje Ca²⁺.

 

Ca²⁺ + 2HCO₃^- -> CaCO₃ (talog) + CO₂ (nestaje iz rastvora) + H₂O