tài liệu hóa học nước

Chương 1 – HÓA HỌC 1.5. HOÁ HỌC NƯỚC Để giải quyết các vấn đề liên quan đến chất lượng nước và xử lý nước thải, cần phải biết những cơ sở về hóa nước. Chúng bao gồm những vấn đề cơ bản sau đây: • Các tính chất lý học của nước; • Các trạng thái tồn tại của các chất bẩn trong dung dòch nước; • Các đơn vò hóa học; • Các phản ứng hóa học; • Các dung dòch đệm; • Độ kiềm; • Các hệ số hoạt độ; • Các động lực phản ứng. 1.5.1. Các tính chất lý học của nước Các tính chất lý học cơ bản của nước có liên quan đến việc xử lý nước là tỷ trọng và độ nhớt. Tỷ trọng là một đại lượng dùng để đo mức độ tập trung của vật chất và được biểu thò theo 3 cách: 1. Tỷ trọng khối lượng ( ρ ). Tỷ trọng khối lượng là khối lượng trên một đơn vò thể tích và được đo bằng đơn vò thông dụng là kg/m 3 . Trong Phụ lục A, Bảng A-1 đã chỉ ra sự thay đổi tỷ trọng theo nhiệt độ đối với nước tinh khiết không có không khí. Các chất bẩn hòa tan trong nước làm thay đổi tỷ trọng của nước tỉ lệ thuận với nồng độ của chúng và tỷ trọng của bản thân chất bẩn. Trong những ứng dụng của kỹ thuật môi trường, người ta thường không để ý đến sự gia tăng tỷ trọng do sự hiện diện của các chất bẩn trong nước. Tuy nhiên, các kỹ sư môi trường không nên bỏ qua tỷ trọng của vật chất khi đối phó với những nồng độ cao, chẳng hạn như bùn đã được nén hoặc các hóa chất lỏng thương mại. 2. Trọng lượng riêng (γ). Trọng lượng riêng là trọng lực (lực) trên một đơn vò thể tích, được đo bằng đơn vò thông dụng là kN/m 3 . Trọng lượng riêng của một chất lỏng có liên quan với tỷ trọng của nó bởi gia tốc trọng trường g (g = 9,81 m/s 2 ): γ = ρ g 26 (1-14) Chương 1 – HÓA HỌC 3. Trọng lực riêng (S). Trọng lực riêng được cho bởi hệ thức: S = ρ /ρ 0 = γ /γ 0 Trong đó chỉ số 0 ám chỉ tỷ trọng của nước ở 3,98 o C bằng 1000 kg/m 3 và trọng lượng riêng của nước bằng 9,81 khả năng/m 3 . Trong những phép tính gần đúng, tỷ trọng của nước ở nhiệt độ bình thường được lấy bằng 1000 kg/m 3 (hay 1 kg/L) với một trọng lực riêng bằng 1. Tất cả các chất, kể cả chất lỏng, đều biểu hiện một sức cản sự chuyển động, gọi là ma sát nội. Ma sát càng cao, thì việc bơm chất lỏng càng khó khăn. Độ nhớt là một đại lượng dùng để đo ma sát. Độ nhớt được biểu thò bằng một trong hai cách: 1. Độ nhớt động lực (dynamic), hoặc độ nhớt tuyệt đối, µ, có thứ nguyên là khối lượng trên một đơn vò chiều dài trên một đơn vò thời gian, với đơn vò đo thông dụng là Pa.s; 2. Độ nhớt động, ν, được xác đònh bởi: ν = µ/ρ và có thứ nguyên là chiều dài bình phương trên thời gian với đơn vò đo thông dụng là m 2 /s. 1.5.2. Các trạng thái tồn tại của các chất bẩn trong dung dòch nước Theo quan điểm kỹ thuật môi trường, vật chất có thể tồn tại trong nước ở một trong ba dạng: dạng lơ lửng, dạng keo hoặc dạng hòa tan. Chất bò hòa tan là chất mà nó thực sự nằm trong dung dòch. Chất tan được phân tán đồng đều trong chất lỏng. Các chất bò hòa tan có thể là các nguyên tử đơn giản hoặc các hợp chất phân tử phức tạp. Các chất bò hòa tan nằm trong chất lỏng, có nghóa là, chỉ có một pha hiện diện. Chất tan không thể được loại bỏ khỏi chất lỏng nếu như không thực hiện một sự chuyển đổi pha như chưng cất, kết tủa, hấp phụ, hoặc trích ly. Trong quá trình chưng cất, hoặc là chất lỏng hoặc là chất tan tự nó bò chuyển đổi từ pha lỏng sang pha khí để đạt được sự phân ly. Trong quá trình kết tủa, chất tan trong pha lỏng kết hợp với một hóa chất khác để tạo thành một pha rắn, như vậy đạt được sự tách loại ra khỏi 27 (1-15) (1-16) Phần thứ nhất – NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG nước. Hấp phụ cũng bao gồm một sự chuyển đổi pha, mà trong đó chất bò hòa tan phản ứng với một phần tử rắn để tạo thành một phức hệ phần tử rắn-chất tan. Trích ly chất lỏng có thể tách loại chất tan ra khỏi nước bằng cách cho chiết nó vào trong chất lỏng khác, do đó cũng có một sự chuyển đổi pha từ nước thành một chất lỏng khác. Nhưng hoàn toàn không thể áp dụng các phương pháp vật lý như lọc, lắng, hoặc ly tâm để loại bỏ các chất hòa tan ra khỏi nước. Các chất lơ lửng thì thường có kích thước đủ lớn để lắng xuống đáy dung dòch nước hoặc được loại bỏ khỏi nước bằng cách lọc. Trong trường hợp này, có 2 pha hiện diện, pha lỏng là nước và pha rắn là các phần tử lơ lửng. Khoảng kích thước nhỏ hơn của nhóm này là 0,1 đến 1,0 µm, vào khoảng kích thước của vi khuẩn. Trong kỹ thuật môi trường, chất rắn lơ lửng được đònh nghóa như là các chất rắn mà chúng có thể được lọc bằng giấy lọc thủy tinh và thường được gọi là các chất rắn có thể lọc được. Các chất rắn lơ lửng có thể được loại bỏ khỏi nước bằng các phương pháp vật lý như lắng, lọc và ly tâm. Các phần tử keo có kích thước nằm trong khoảng giữa các chất hòa tan và các hạt lơ lửng. Chúng nằm ở một trạng thái rắn và có thể được loại bỏ khỏi chất lỏng bằng các biện pháp vật lý như ly tâm trọng lực cao hoặc lọc qua các màng lọc có kích thước các lỗ rất nhỏ. Tuy nhiên, các hạt keo thì lại quá nhỏ để có thể được loại bỏ bằng các quá trình lắng hoặc lọc thông thường. Các hạt keo biểu hiện hiệu ứng Tyndall; đó là khi ánh sáng đi xuyên qua một chất lỏng có chứa các hạt keo, ánh sáng bò phản xạ lại bởi các hạt. Mức độ mà ở đó một thể vẫn keo phản xạ ánh sáng ở một góc 90 o so với tia tới được đo bằng độ đục. Độ đục là một phép đo tương đối và có nhiều tiêu chuẩn mà dựa vào đó một mẫu được so sánh. Các tiêu chuẩn khác nhau được dùng như nhau, mặc dù không giống nhau chính xác. Đối với các mục tiêu của chúng ta, chúng ta sẽ dựa vào việc đo độ đục như một đơn vò độ đục (TU). Đối với một kích thước hạt đã biết, độ đục càng cao thì nồng độ của các hạt keo càng lớn. Một thông số hữu ích khác được sử dụng trong kỹ thuật môi trường để mô tả một trạng thái dung dòch là độ màu. Độ màu không có sự khác biệt so với 3 loại trên, nhưng đúng hơn là một sự kết hợp của các chất hòa tan và các chất keo. Độ màu được sử dụng phổ biến trong kỹ thuật môi trường bởi vì tự bản thân nó có thể đo được. Tuy nhiên, rất khó phân biệt giữa độ màu hòa tan và độ màu keo. Một số sắc màu được gây nên bởi các phức chất keo của sắt hoặc mangan, mặc dù phần lớn sắc màu được gây nên bởi các phức chất hữu cơ có 28 Chương 1 – HÓA HỌC nguồn gốc từ sự phân hủy vật chất hữu cơ. Một nguồn phổ biến của độ màu là sự phân giải đất mùn kèm theo việc hình thành các axít humic. Sự có mặt của các axít humic trong môi trường nước làm cho nước có màu nâu đỏ. Các axít humic có trọng lượng phân tử trong khoảng từ 800 đến 50.000, các axít humic có trọng lượng phân tử thấp hơn thì tồn tại ở dạng hòa tan, còn lớn hơn thì tồn tại ở dạng keo. Phần lớn các phần tử màu có kích thước nằm giữa 3,5 và 10µm, mà chúng là các hạt keo. Độ màu được đo bằng khả năng hấp thu ánh sáng của dung dòch. Độ màu có thể được khử bằng các phương pháp đã được áp dụng để loại bỏ các phần tử hòa tan và các phần tử keo tùy thuộc vào trạng thái của sắc màu. Trong kỹ thuật xử lý nước và nước thải, độ màu thường được khử bằng cách áp dụng một tổ hợp các phương pháp keo tụ – tạo bông – lắng cặn đồng thời với việc làm trong và loại bỏ các hạt lơ lửng mòn ra khỏi nước và nước thải. Hình 1-5 thể hiện một cách khái quát kích thước của các phần tử thường gặp trong kỹ thuật xử lý nước và nước thải. 1.5.3. Các phản ứng hóa học Trong kỹ thuật môi trường, bốn dạng phản ứng quan trọng cần được quan tâm là: phản ứng kết tủa, phản ứng axít/bazơ, phản ứng kết hợp và phản ứng oxy hóa – khử. Các ion hòa tan có thể phản ứng với nhau và tạo thành một hợp chất rắn. Phản ứng chuyển đổi pha từ trạng thái hòa tan sang trạng thái rắn này được gọi phản ứng kết tủa. Một ví dụ điển hình của phản ứng kết tủa là sự tạo thành canxi carbonate khi một dung dòch có chứa ion Ca 2+ được hòa trộn với một dung dòch có chứa ion CO 3 2– : Ca 2+ + CO 3 2– CaCO 3 (r) Ký hiệu (r) trong phản ứng trên là để ám chỉ rằng CaCO 3 ở trong trạng thái rắn. Khi không sử dụng đến ký hiệu này thì có nghóa là nó ở trạng thái hòa tan. Các mũi tên trong phản ứng ngụ ý muốn nói rằng phản ứng là thuận nghòch và có thể chuyển dòch sang phải (tức là, các ion kết hợp với nhau tạo thành chất rắn) hoặc sang trái (tức là, chất rắc bò phân ly thành các ion). 29 Tảo (1-17) Phần thứ nhất – NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG 0,01 0,1 1,0 10 20 30 40 100 Hình 1-5. Các phần tử trong nước Nguồn: Davis. Cornwell., Introduction to Environmental Engineering, 1998. Để tiện lợi, chúng ta thường nói đến các hợp chất, nhưng trên thực tế một hợp chất không tồn tại trong nước. Ví dụ nước có chứa natri clorua và canxi sulfat. Chúng ta có thể nói rằng nước có chứa NaCl và CaSO 4 trong đó, nhưng không quan tâm đến sự hóa hợp của Na và Cl hoặc Ca và SO 4 . Các phản ứng diễn ra dưới đây: CaSO 4 (r) Ca 2+ + SO 4 2– và NaCl(r) Na + + Cl – chứng tỏ rằng, nước có chứa 4 ion không được hóa hợp với nhau, đó là: Na + , Ca 2+ , Cl – , và SO 4 2– . Đừng nghó rằng natri và clorua luôn gắn với nhau. Các phản ứng axít/bazơ là một dạng đặc biệt của sự ion hóa khi một ion hydro được đưa thêm vào hoặc được loại ra khỏi dung dòch. Axít có thể được đưa 30 Các hạt đã được kết bông Các hạt có thể lọc được dễ dàng Các phần tử tạo màu ở thể keo Các axít humic Các hạt lơ lửng Các hạt keo Các bào tử Cryptosporidium Các bào tử Giardia Nấm Virus Vi khuẩn Kích thước, micromet (µm) (1-18) (1-19) Chương 1 – HÓA HỌC vào nước để tạo ra ion hydro, chẳng hạn như việc cho thêm axít clohydric vào nước sẽ tạo ra ion hydro theo phản ứng: HCl H + + Cl – Phản ứng trên là phản ứng đã được đơn giản hóa. Chính xác hơn thì phản ứng đó phải được viết như sau: HCl + H 2 O H 3 O + + Cl – Một ion hydro cũng có thể được khử khỏi nước bằng cách cho thêm một bazơ: NaOH + H 3 O + 2H 2 O + Na + Trong một số trường hợp, các ion hiện diện trong nước có thể được hóa hợp với các ion khác. Sự tạo thành các phức chất hòa tan là các phản ứng kết hợp ion. Trong trường hợp này, các ion bò “trói buộc” (liên kết) với nhau trong dung dòch. Phức chất có thể là một hợp chất trung tính, chẳng hạn như thủy ngân clorua hòa tan: Hg 2+ + 2Cl – HgCl 2 Thông thường hơn, phức tan có một điện tích và bản thân nó là một ion. Các phức chất ion kim loại là những ví dụ tiêu biểu: Al 3+ + OH – AlOH 2+ Các phản ứng oxy hóa – khử có liên quan đến những thay đổi về hóa trò và chuyển dòch điện tử. Khi sắt kim loại bò ăn mòn, nó phóng thích ra các electron: Fe 0 Fe 2+ + 2e – Nếu một nguyên tố phóng thích ra các electron thì phải có một nguyên tố khác nhận các electron đó. Trong quá trình ăn mòn ống sắt, khí hydro thường được sinh ra do phản ứng: 2H + + 2e – H 2 (k) Ở đây, ký hiệu (k) ám chỉ hydro ở pha khí. 31 (1-20) (1-21) (1-22) (1-23) (1-24) (1-25) (1-26) Phần thứ nhất – NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG Các phản ứng kết tủa Tất cả các phức chất đều có thể hòa tan trong nước đến một mức độ nhất đònh nào đó. Cũng như vậy, tất cả các phức chất đều bò hạn chế bởi số lượng có thể bò hòa tan trong trong nước. Một vài hợp chất, chẳng hạn như NaCl thì rất dễ tan; các hợp chất khác, ví dụ như AgCl thì rất khó tan – chỉ có một lượng rất nhỏ đi vào dung dòch. Chúng ta hãy hình dung có một chất rắn được đặt vào trong nước cất. Một vài hợp chất sẽ đi vào dung dòch. Tại thời điểm mà ở đó hợp chất không thể tan thêm được nữa thì sẽ đạt được sự cân bằng. Thời gian để đạt được cân bằng có thể là vài giây hoặc phải mất hằng thế kỹ. Phản ứng hòa tan được viết ở dạng tổng quát như sau: A a B b (r) aA b+ + bB a– Ví dụ: Ca 3 (PO 4 ) 2 (r) 3Ca 2+ + 2PO 4 3– Một điều lý thú là, tích số của độ hoạt động của các ion (một cách gần đúng là nồng độ mol) luôn luôn là một hằng số đối với một hợp chất đã biết ở một độ cho trước. Hằng số này được gọi là tích số tan và ký hiệu là K s . Công thức tổng quát của nó được viết như sau: K s = [A] a [B] b Trong đó: dấu [ ] biểu thò nồng độ mol. Không sử dụng mg/L! Một vài hằng số được dẫn ra trong Bảng 1-9 và Bảng Tích số tan của một số hợp chất thông dụng được dẫn ra trong Phụ lục A. Các giá trò của K s thường được biểu diễn qua pK s như sau: pK s = – log K s Các phản ứng axít/bazơ Trong phần này, axít được đònh nghóa là các hợp chất cho proton và bazơ là các hợp chất nhận proton. Phản ứng đơn giản cho proton: HA H + + A – 32 (1-27) (1-28) (1-29) (1-30) (1-31) Chương 1 – HÓA HỌC Bảng 1-9. Một và hằng số hòa tan ở 25 o C Chất Phương trình cân bằng pK s Ứng dụng Nhôm hydroxyt Al(OH) 3 (r) Al 3+ + 3OH – 32,9 Keo tụ Nhôm phosphat AlPO 4 (r) Al 3+ + PO 4 3– 22,0 Khử phosphat Canxi carbonat CaCO 3 (r) Ca 2+ + CO 3 2– 8,305 Làm mềm Sắt hydroxyt Fe(OH) 3 (r) Fe 3+ + 3OH – 38,57 Keo tụ, khử sắt Sắt phosphat FePO 4 (r) Fe 3+ + PO 4 3– 21,9 Khử phosphat Magiê hydroxyt Mg(OH) 2 (r) Mg 2+ + 2OH – 11,25 Làm mềm Nguồn: Davis. Cornwell., Introduction to Environmental Engineering, 1998. Theo qui ước khi HA cho proton thì phải có một chất nào đó nhận proton. Thông thường chất đó là nước: H + + H 2 O H 3 O + Có thể biểu thò hai phản ứng trên bằng phản ứng gộp như sau: HA + H 2 O H 3 O + + A – Điều này được ngầm hiểu là thường có sự hiện diện của nước. Vì vậy Phương trình 1-31 được sử dụng thay thế cho Phương trình 1-33. Trong Phương trình 1- 33, nước phản ứng như một bazơ; có nghóa là nó là chất nhận proton. Nếu một bazơ được cho vào nước, nước có thể phản ứng như một axít. B – + H 2 O HB + OH – Trong phản ứng trên bazơ (B – ) nhận proton của nước. Nếu một hợp chất có tính axít mạnh hơn nước thì nước phản ứng như một bazơ và ngược lại. Chúng ta có thể dễ dàng nhận thấy hóa học về axít/bazơ tập trung nghiên cứu về nước hay biết nước có tính axít mạnh như thế nào là rất quan trọng. Bản thân nước bò ion hóa trong nước theo phương trình: H 2 O H + + OH – Mức độ ion hóa nước rất nhỏ và có thể được đo bởi hằng số phân ly K w của nước: K w = [OH – ][H + ] 33 (1-32) (1-33) (1-34) (1-35) (1-36) Phần thứ nhất – NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG K w có giá trò bằng 10 –14 (pK w = 14) ở 25 o C. Dung dòch được coi là có tính axít nếu [H + ] lớn hơn [OH – ], trung tính nếu bằng nhau và có tính bazơ nếu [H + ] nhỏ hơn [OH – ]. Khi dung dòch trung tính [H + ] = [OH – ] = 10 –7 M. Nếu dung dòch có tính axít, [H + ] lớn hơn 10 –7 M. Một cách biểu thò rất tiện lợi cho nồng độ ion hydro là pH, được đònh nghóa như sau: pH = – log[H + ] Từ đó, một dung dòch trung tính có pH bằng 7 (viết là pH 7), dung dòch axít có pH < 7 và dung dòch bazơ có pH > 7. Các axít được phân loại thành axít mạnh hay axít yếu. Các axít mạnh phân ly hòan toàn trong nước. Ví dụ: HCl → H + + Cl – hay phản ứng hoàn chỉnh: HCl + H 2 O → H 3 O + + Cl – Bảng 1-10 giới thiệu một vài axít mạnh quan trọng, các mũi tên cho thấy phản ứng dòch chuyển hoàn toàn về bên phải. Thí dụ 1-1. Nếu 100 mg H 2 SO 4 (M = 98) được cho vào một lít nước, pH cuối cùng là bao nhiêu? Giải. Sử dụng khối lượng phân tử của axít sulfuric chúng ta tìm được: (100 mg/1L nước) (1/98 g/mol) (1/10 3 mg/g) = 1,02 × 10 –3 mol/L Phương trình phản ứng: H 2 SO 4 → 2H + + SO 4 2– Và như vậy có 2 (1,02 × 10 –3 ) mol H + được tạo thành. pH bẳng: pH = – log (2,04 × 10 –3 ) = 2,69 Axít yếu là các axít không phân ly hoàn toàn trong nước. Cân bằng được thiết lập giữa các ion phân ly và các hợp chất không phân ly. Phản ứng của axít yếu như sau: Bảng 1-10. Một vài axít mạnh quan trọng 34 (1-37) (1-38) (1-39) Chương 1 – HÓA HỌC Chất Phản ứng cân bằng Ý nghóa Axít chlohydric HCl → H + + Cl – Biến đổi pH Axít nitric HNO 3 → H + + NO 3 – Kỹ thuật hóa phân tích Axít sulfuric H 2 SO 4 → 2H + + SO 4 2– Biến đổi pH, keo tụ HW H + + W – Hằng số cân bằng liên quan đến độ phân ly: ]HW[ ]W][H[ K a −+ = hay một cách biểu thò khác: pK a = – log K a Danh mục các axít yếu quan trọng được cho trong bảng 1-11. Biết pH của một dung dòch (dễ dàng xác đònh với một pH kế) có thể có khái niệm tồng quát về mức độ phân ly của axít. Ví dụ, nếu pH bằng pK a (có nghóa là [H + ] = K a ), thì từ phương trình 1-42, HW – = W – và axít bò phân ly 50%. Nếu [H + ] nhỏ hơn hơn K a rất nhiều (100 lần), ta có 100[H + ] = K a (hay pH » pK a ): Bảng 1-11. Hằng số cân bằng của một số axít yếu chọn lọc ở 25 o C Chất Phản ứng cân bằng pK a Ýù nghóa Axít axetic CH 3 COOH H + + CH 3 COO – 4,75 Phân hủy kỵ khí Axít carbonic H 2 CO 3 H + + HCO 3 – HCO 3 – H + + CO 3 2– 6,35 10,33 Rỉ sét, keo tụ, làm mềm, kiểm soát pH Sulfur hydro H 2 S H + + HS – HS – H + + OCl – 7,2 11,89 Làm thoáng, kiểm soát mùi, rỉ sét Axít hypocloric HOCl H + + OCl – 7,54 Khử trùng Axít phosphoric H 3 PO 4 H + + H 2 PO 4 – H 2 PO 4 – H + + HPO 4 2– HPO 4 2– H + + PO 4 3– 2,12 7,20 12,32 Khử phosphat Chất dinh dưỡng thực vật, Phân tích 35 (1-40) (1-41) (1-42) [...]... làm mềm nước Độ kiềm Độ kiềm là một chỉ tiêu quan trọng để đánh giá hàm lượng các chất axít hay bazơ hiện diện trong nước Độ kiềm được đònh nghóa bằng tổng của tất cả các bazơ xác đònh được bằng đònh phân tới pH 4,5 Trong đa số các môi trường nước thiên nhiên, nhân tố duy nhất gây ra độ kiềm là các carbonat, H + và OH– tự do Tổng H+ có thể được đưa vào trong công thức tính độ kiềm đối với nước có chứa... nêu tính chất của một mẫu nước và hữu dụng trong các tính toán làm mềm nước Nói theo kỹ thuật thì độ cứng là tổng của tất cả các cation đa hóa trò (thường được tính bằng mg CaCO3/L) Trong thực tế nó thường được tính bằng tổng của ion calxi và magiê, là những cation chiếm đa số trong nước thiên nhiên Đơn vò tính của độ cứng tương tự như độ kiềm và cả calxi lẫn magiê đều có hóa trò 2 khi đổi ra đơn vò... CaCO 3/L thì hàm lượng CO32– không cần phải nhân đôi 39 Chương 1 – HÓA HỌC Ví dụ 1-3 Một mẫu nước có chứa 100,0 mg/L CO32– và 75,0 mg/L HCO3– tại pH 10 Tính độ kiềm chính xác và độ kiềm khi bỏ qua [OH–] và [H+] Giải Đầu tiên chúng ta đổi nồng độ của CO 32–, HCO3–, OH– và H+ ra đơn vò mg CaCO3/L Chất CO3 HCO3– H+ OH– 2– Phân tử lượng Hóa trò Khối lượng đương lượng 60 61 1 17 2 1 1 1 30 61 1 17 Nồng độ... đệm Khí carbonic của khí quyển (CO2) tạo nên dung dòch đệm tự nhiên thông qua các phản ứng sau: 37 Chương 1 – HÓA HỌC CO2(k) CO2 + H2O H2CO3 H+ + HCO3– 2H+ + CO32– (1-43) Trong đó: H2CO3 = axít carbonic HCO3– = ion bicarbonat CO32– = ion carbonat Đây là hệ đệm quan trọng nhất trong nước và nước thải Như đã viết trong phương trình 1-43, CO2 trong dung dòch ở trạng thái cân bằng với CO 2(k) trong khí... bằng số còn lại và bằng : 567 – 200 = 367 mg CaCO3/L Các động học phản ứng Rất nhiều các phản ứng xảy ra trong môi trường không đạt trạng thái cân bằng một cách nhanh chóng Ví dụ như khử trùng nước, hòa tan khí hay khử khí hòa tan, khử các chất hữu cơ trong nước, phân hủy phóng xạ Nghiên cứu về các quá trình xảy ra phản ứng được gọi là động học phản ứng Vận tốc của phản ứng r được sử dụng để biểu thò... carbonat thường gọi là độ cứng tạm thời do chúng bò khử khi đun nóng nước Khi nước bò đun nóng, carbonat không tan sẽ kết tủa và tạo thành cặn lắng ở đáy thiết bò đun Nếu độ cứng kiềm nhỏ hơn độ cứng tổng cộng thì khi đó nó bằng độ cứng carbonat Độ cứng không carbonat hay còn gọi là độ cứng vónh cửu do chúng không bò khử khi đun nóng nước Độ cứng không carbonat bằng độ cứng tổng cộng trừ đi độ kiềm Nếu... mặt phân chia pha gọi là phản ứng không đồng nhất (heterogeneous) Đối với mỗi loại phản ứng, vận tốc có thể đònh nghóa như sau: • Đối với các phản ứng đồng nhất: r= • mol hoặc miligram (đơn vò thể tích) × (đơn vò thời gian) Đối với các phản ứng không đồng nhất: (1-49) 41 Chương 1 – HÓA HỌC r= mol hoặc miligram (đơn vò bề mặt) × (đơn vò thời gian) (1-50) Nếu một chất được tạo thành thì vận tốc phản ứng... HCO3–; 3 Khi pH lớn hơn 11,5, tất cả carbonat là CO32– và độ kiềm bằng 2[CO32–] + [OH–] Giá trò [OH–] có ý nghóa tại các pH cao Theo qui ước, độ kiềm không biểu diễn bằng nồng độ mol như trong các phương trình trên mà thường biểu diễn bằng mg CaCO 3/L Khối lượng phân tử của CaCO3 là 100,09 và Ca có hóa trò 2 do vậy khối lượng đương lượng (equivalent weight – EW) là 50,04 Để chuyển đổi thành nồng độ mg... cộng trừ đi độ kiềm Nếu độ kiềm bằng hay lớn hơn độ cứng tổng cộng thì độ cứng không carbonat sẽ bằng không Ví dụ 1-4 Một mẫu nước có độ kiềm là 200 mg CaCO 3/L Nồng độ Ca2+ là 160 mg/L và Mg2+ là 40 mg/L Tính độ cứng tổng cộng, độ cứng cxarbonat và độ cứng không carbonat của mẫu nước nói trên? Giải Khối lượng phân tử của Ca và Mg tương ứng là 40 và 24 Vậy khối lượng đương lượng của chúng sẽ là 20 và... đối với nước có chứa các carbonat 38 Phần thứ nhất – NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG Độ kiềm = [HCO3–] + 2[CO32–] + [OH–] – [H+] (1-44) Trong đó [ ] biểu thò nồng độ tính bằng mol/L Trong phần lớn các môi trường nước thiên nhiên (pH từ 6 đến 8), OH– và H+ có thể bỏ qua, khi đó: Độ kiềm = [HCO3–] + 2[CO32–] (1-45) Lưu ý rằng [CO32–] có trò số 2 bởi vì nó có thể nhận hai proton Phản ứng axít/bazơ của chúng là: H2CO3