Kimyo · Eritmalar va elektrolitlar · 7-sinf

Suvni tozalash va yumshatish

Loyqa kanal suvi qanday qilib jo‘mrakdan toza chiqadi, choynakda esa quyqa qoladi?

Vaziyat

Toshkentda jo‘mrakdan oqayotgan suvning asosiy qismi avval Bo‘zsuv kanalida loyqa bo‘lib oqqan. Qibray tumanidagi «Qodiriya» suv inshootida uni achchiqtosh bilan tindirishadi, filtrlashadi va xlorlashadi. Uyda esa choynak tubida oq quyqa to‘planadi, quduq suvida sovun yaxshi ko‘piklanmaydi. Loyqa suv qanday qilib ichimlik suviga aylanadi va «qattiq» suvni qanday yumshatish mumkin?

Mavzu

Suvni tozalash va qattiqligini yumshatish. Toshkent suv tozalash inshooti va choynakdagi quyqa: tindirish, koagulyatsiya, filtrlash, xlorlash, yumshatish

Asosiy tushunchalar

Koagulyatsiya va filtrlash
Xlorlash
Suvning qattiqligi

Formulalar

Al^{3 +} + 3 HCO_{3}^{-} \overset{}{\to} Al (OH)_{3} ↓ + 3 CO_{2} ↑

Koagulyatsiya: achchiqtosh ( $Al_{2} (SO_{4})_{3}$ ) suvdagi gidrokarbonatlar bilan Al(OH)₃ ning g‘ovak parchalarini hosil qiladi — ular loy zarralarini yopishtirib cho‘kadi.

Cl_{2} + H_{2} O \overset{}{⇌} HCl + HClO

Xlorlash: gipoxlorit kislota HClO mikroblarni o‘ldiradi; suvda qolgan «qoldiq xlor» quvurlarda ham himoya qiladi.

Ca (HCO_{3})_{2} \overset{\overset{}{t}}{\to} CaCO_{3} ↓ + CO_{2} ↑ + H_{2} O

Vaqtinchalik (karbonatli) qattiqlik qaynatilganda yo‘qoladi — choynakdagi quyqa CaCO₃.

CaSO_{4} + Na_{2} CO_{3} \overset{}{\to} CaCO_{3} ↓ + Na_{2} SO_{4}

Doimiy qattiqlik soda bilan yo‘qotiladi; ion almashinuvchi smola (kationit) esa $Ca^{2 +}$ o‘rniga $Na^{+}$ beradi: $2 R - Na + Ca^{2 +} \overset{}{\to} R_{2} Ca + 2 Na^{+}$ .

Qattiqlik = \frac{c_{N} V_{titrant}}{V_{namuna}} \cdot 1000 mmol-ekv/l

Titrlash natijasi: $c_{N}$ — titrantning normal konsentratsiyasi (Trilon B 0,025 M = 0,05 N; HCl 0,05 M = 0,05 N).

Nazariya

Suv qanday ifloslanadi

Tabiiy suvda doim nimadir bor: loy va qum zarralari (loyqalik — NTU birligida o‘lchanadi), o‘simlik qoldiqlari, erigan tuzlar va mikroorganizmlar. Inson faoliyati yana qo‘shadi: maishiy oqova — ichak bakteriyalari (E. coli — najas bilan ifloslanish belgisi), sanoat oqovasi — og‘ir metallar va neft mahsulotlari, dalalardan — o‘g‘itlar (nitratlar) va pestitsidlar. Bunday suv ichilsa, ichak kasalliklari va zaharlanish xavfi bor. Ifloslantiruvchini manbaning o‘zida to‘xtatish eng arzon va ishonchli yo‘l: oddiy tozalash inshooti erigan og‘ir metallarni ushlab qola olmaydi.

Ichimlik suvi qanday tozalanadi

1) Panjara yirik axlatni ushlaydi. 2) Koagulyatsiya: suvga achchiqtosh ( $Al_{2} (SO_{4})_{3}$ ) qo‘shiladi, u gidrolizlanib $Al (OH)_{3}$ ning g‘ovak parchalarini hosil qiladi; parchalar mayda loy zarralarini va bakteriyalarni yopishtirib oladi. 3) Tindirgichda ular cho‘kadi. 4) Qum filtri qolgan mayda zarralarni ushlaydi. 5) Zararsizlantirish: xlor ( $Cl_{2}$ yoki NaClO) yoki ozon ( $O_{3}$ ). Ozon kuchli, lekin suvda tez parchalanadi — quvurlarni himoya qilish uchun baribir oz xlor qo‘shiladi. JSST tavsiyalari: loyqalik ideal holda 1 NTU dan kam; 100 ml suvda E. coli aniqlanmasligi kerak; 30 daqiqalik ta’sirdan keyin erkin xlor ≥ 0,5 mg/l, iste’molchida ≥ 0,2 mg/l. MDH me’yorlarida qoldiq erkin xlor 0,3–0,5 mg/l. Toshkentda bu ishni Qibraydagi «Qodiriya» inshooti bajaradi (1969-yildan).

Suvning qattiqligi

Qattiqlik — suvdagi kalsiy va magniy ionlarining miqdori. O‘zbekiston va MDH da u mmol-ekv/l da o‘lchanadi: 1 mmol-ekv/l = 20,04 mg/l Ca²⁺ = 12,15 mg/l Mg²⁺ ≈ 50 mg/l CaCO₃. Vaqtinchalik (karbonatli) qattiqlikni gidrokarbonatlar — $Ca (HCO_{3})_{2}$ , $Mg (HCO_{3})_{2}$ beradi, doimiy qattiqlikni sulfat va xloridlar — $CaSO_{4}$ , $MgCl_{2}$ . Ikkalasining yig‘indisi — umumiy qattiqlik. AQSh Geologiya xizmati (USGS) shkalasi: 60 mg/l CaCO₃ gacha — yumshoq, 61–120 — o‘rtacha, 121–180 — qattiq, undan ko‘p — juda qattiq. MDH me’yorlarida ichimlik suvi uchun 7 mmol-ekv/l gacha. Qattiq suv choynak va qozonlarda quyqa hosil qiladi (issiqlik yomon o‘tadi, qozon qizib ketadi), sovunni behuda sarflaydi: $2 C_{17} H_{35} COONa + Ca^{2 +} \overset{}{\to} (C_{17} H_{35} COO)_{2} Ca ↓ + 2 Na^{+}$ — sovun ko‘piklanmay, oq parcha bo‘lib cho‘kadi.

Suvni yumshatish usullari

Qaynatish vaqtinchalik qattiqlikni yo‘qotadi: $Ca (HCO_{3})_{2} \overset{}{\to} CaCO_{3} ↓ + CO_{2} ↑ + H_{2} O$ (CaCO₃ ozgina eriydi — taxminan 0,3 mmol-ekv/l qoladi). Ohak bilan ham shunday: $Ca (HCO_{3})_{2} + Ca (OH)_{2} \overset{}{\to} 2 CaCO_{3} ↓ + 2 H_{2} O$ . Soda ( $Na_{2} CO_{3}$ ) har ikkala turini yo‘qotadi: $CaSO_{4} + Na_{2} CO_{3} \overset{}{\to} CaCO_{3} ↓ + Na_{2} SO_{4}$ ; kerakli massa: $m = \frac{1}{2} qattiqlik \cdot V \cdot M (Na_{2} CO_{3})$ , ya’ni 1 l suvga har bir mmol-ekv uchun 53 mg soda. Ion almashinish: kationit (sulfolangan polistirol smola) $Ca^{2 +}$ va $Mg^{2 +}$ ni olib, o‘rniga $Na^{+}$ beradi; smola to‘yinsa, osh tuzi eritmasi bilan regeneratsiya qilinadi: $R_{2} Ca + 2 NaCl \overset{}{\to} 2 R - Na + CaCl_{2}$ . Uydagi suzgichli ko‘zalar ham shu tamoyilda ishlaydi.

Univ.: suv tayyorlash sexi

Umumiy qattiqlik kompleksonometrik titrlanadi: 100 ml namunaga ammiakli bufer (pH 10) va erioxrom qora T qo‘shiladi — $Mg^{2 +}$ bilan kompleksi vino-qizil. Trilon B ( $Na_{2} H_{2} Y$ ) metallarni mustahkam kompleksga oladi: $Me^{2 +} + H_{2} Y^{2 -} \overset{}{\to} MeY^{2 -} + 2 H^{+}$ ; oxirgi metall ioni ham bog‘langach, indikator bo‘shab, rang ko‘kka o‘tadi. Karbonatli qattiqlik — HCl bilan metiloranj ishtirokida: $HCO_{3}^{-} + H^{+} \overset{}{\to} CO_{2} + H_{2} O$ , sariqdan zarg‘aldoqqa. Ohak-soda usulida dozalar (1 l ga, soddalashtirilgan): ohak ≈ 37 mg × karbonatli qattiqlik, soda ≈ 53 mg × doimiy qattiqlik. Ion almashinish sig‘imi — 1 ml smola yutadigan mmol-ekv: $E = \sum (H_{kir} - H_{chiq}) Δ V / V_{smola}$ ; kuchli kislotali kationitlar uchun to‘liq sig‘im odatda ≈ 1,8–2 mmol-ekv/ml. H-kationit va anionit ketma-ket ishlasa — suv tuzsizlantiriladi. Teskari osmos: sho‘r suv osmotik bosimdan (dengiz suvi uchun ≈ 2,7 MPa) katta bosim bilan yarim o‘tkazgich membranadan o‘tkaziladi; elektrodializda ionlarni tok ion-selektiv membranalar orqali tortib chiqaradi. Sanoat oqovasi mexanik, kimyoviy (neytrallash, og‘ir metallarni gidroksid holida cho‘ktirish) va biologik (aeratsiya havzalarida faol loy) usullar bilan tozalanadi.

Gidrosferani muhofaza qilish, xavfsizlik va model

Orol fojiasi: 1960-yilda Orol maydoni ≈ 68 000 km², sho‘rligi ≈ 10 g/l bo‘lgan ko‘l edi. Amudaryo va Sirdaryo suvi sug‘orishga ko‘plab olinganidan keyin u qurib, bir necha qismga bo‘lindi; janubiy (Katta) Orolning sho‘rligi 2000-yillarda 100 g/l dan oshdi, qurigan tubidan shamol tuz va changni uchiradi. Shuning uchun suvni tejash, oqovalarni tozalash (Toshkentda oqova aeratsiya stansiyalarida mexanik va biologik usulda tozalanadi) va manbalarni himoya qilish shart. Xavfsizlik: xlor — zaharli gaz, ishqor va kislotalar bilan ko‘zoynak va qo‘lqopda ishlang; ammiakli buferni tortish shkafida oching; suvni tatib ko‘rmang. Model: inshoot ko‘rsatkichlari soddalashtirilgan namunaviy egri chiziqlar (manbalar sifati taxminiy); namunalar tarkibi namunaviy; eritmalar ideal, 25 °C; Trilon B titrlashda bitta shartli barqarorlik konstantasi ( $10^{8,7}$ ) olingan; kolonkada oqim tezlashtirilgan.

Bilasizmi?

Toshkent aholisining asosiy qismi ichadigan suv Qibray tumanidagi «Qodiriya» inshootida tozalanadi: u 1969-yilda ishga tushirilgan, Bo‘zsuv kanali suvi suyuq achchiqtosh bilan tindiriladi, 48 ta filtrdan o‘tkaziladi va xlorlanadi.
Orol dengizi 1960-yilda taxminan 68 000 km² maydonli, sho‘rligi 10 g/l atrofidagi ko‘l edi; daryolar suvi sug‘orishga olingach, janubiy qismining sho‘rligi 2000-yillarda 100 g/l dan oshib ketdi — okean suvidan qariyb uch marta sho‘r.

Tajribada nima bor

Tajriba hayotiy vaziyatdan boshlanadi: natijani taxmin qilasiz, boshqaruvlarni o‘zgartirib tajriba o‘tkazasiz va xulosa chiqarasiz. Ichida topshiriqlar, nazariya, test va ekskursiya bor — kamera o‘zi harakatlanib, eng muhim joylarni tushuntiradi.