О воде и накипи

 

накипьОсторожно, чтобы не поцарапать эмаль, соскребите накипь с внутренних стенок чайника и попытайтесь проанализировать, из каких веществ она состоит. Подробно опишите весь ход анализа, не забыв указать использованную литературу.
 
Это задание выполнили большинство участников конкурса. Многие работы обстоятельны, с продуманной методикой, четко изложены. Вероятно, это можно объяснить разнообразием и большей доступностью литературы по анализу неорганических соединений. Например, недавно издательство «Просвещение» выпустило учебное пособие В. И. Астафурова для учащихся 9—10 классов «Основы химического анализа». Издано и множество других книг и пособий по качественному и количественному анализу.
 
Как же узнать состав накипи Многие участники конкурса справедливо указывают, что состав накипи отражает так называемую временную (карбонатную) жесткость воды, которая отличается от ее исходного состава. Накипь, часто окрашенная, на стенках чайника содержит, как пишет С. Пучков, соединения Са, Мg, Fе и образуется при разложении растворимых гидрокарбонатов; кальций и магний осаждаются в виде карбонатов, а железо в результате реакций гидролиза и окисления образует гидроксиды. В кипяченой воде остаются такие соли, как СаСl2, МgCl2 и т. п. Учитывая это, некоторые школьники анализировали не накипь, а остаток, получаемый после полного выпаривания воды.
 
Сначала рассмотрим результаты анализа самой накипи. Все участники конкурса без труда обнаружили в ней карбонаты — под действием кислот выделялся газ, который мутил известковую воду. Также почти везде, независимо от географии, в накипи были обнаружены соединения Са и Мg. Вот что пишут по этому поводу А. Кабанцов и Д. Пашуков из Ижевска (свою работу они выполняли в химическом кружке городского Дворца пионеров и школьников).
«В природе чистая вода не встречается, так как, взаимодействуя с минералами, она частично растворяет их. Поэтому в воде всегда присутствуют различные соли, которыми придают ей неповторимый вкус. Самая чистая в природе — дождевая вода, но и она содержит незначительные количества различных примесей, захваченных из воздуха. Достаточно чиста и родниковая вода: ведь она фильтруется, проходя через различные породы. В воде очень часто встречаются катионы кальция и магния, потому что эти элементы одни из самых распространенных в земной коре».
 
Помимо указанных ионов ребята находили в накипи соединения железа. В зависимости от их содержания вода может быть от светложелтого до бурого цвета. Есть и необычные результаты. Д. Полосков обнаружил в накипи соединения алюминия: под действием смеси NH4OH и NH4CI выпал осадок, который не растворялся в избытке аммиака и дал положительную реакцию образования тенаровой сини. И. Михайлов сделал вывод о том, что в анализируемой им накипи содержится марганец: при добавлении щелочи к раствору накипи в азотной кислоте выпал осадок белого цвета, а когда на этот осадок Игорь подействовал раствором Н2О2, стал выделяться кислород, а осадок почернел.
 
Д. Арефьев попытался найти в накипи гидроксидионы. Он смешал сухую накипь с порошком NH4CI, растер смесь в ступке и поднес к ней красную лакмусовую бумажку. Бумажка чутьчуть посинела, значит, в накипи содержались гидроксиды. Положительная реакция на гидроксиды получилась и в том случае, когда накипь нагревали с раствором NH4CI. Значит, в накипи присутствуют не только карбонаты кальция, магния, железа, но и гидроксиды (или основные соли).
Те, кто анализировали не только накипь, но и саму воду, обнаруживали в ней также ионы Na+, Cl, SOI (в меньших количествах). Детальное исследование жесткости воды из различных источников провела Н. Смаева (Арзамас), работа которой также публикуется в этом выпуске Клуба.
 
А теперь рассмотрим некоторые возможные источники ошибок при анализах. Чтобы перевести содержащиеся в накипи соединения в раствор, обычно использовали соляную или азотную кислоты. Иногда выбор кислоты не играет роли, но в некоторых случаях соляная кислота может оказаться предпочтительнее. Надо помнить, что азотная кислота — окислитель и может перевести соединения Fе (II) в соединения Fе (III) и тем самым исказить результаты. Это показал Д. Арефьев и другие юные химики. Денис растворил накипь в соляной кислоте, отделил ионы Са2+ и подействовал на остаток раствором КSCN!. Появилась красная окраска, указываю ная на ионы Fе3+. В то же время при добавлении к другой порции раствора КзFе(СN)6 появилась синяя окраска, характерная для ионов Fе2+. На присутствие этих ионов указывает и тот факт, что раствор накипи обесцвечивает раствор КМnО4. Единственное разумное объяснение этому таково: ионы МnО4 восстанавливаются ионами Fе2+. Таким образом Д. Арефьев доказал, что в накипи есть соединения железа в двух степенях окисления.
 
Распространенная ошибка — отсутствие четкого указания на источник анализируемой воды и накипи, ее цвет, количество, взятое для анализа, объем раствора после действия на накипь кислоты и т. д. На первый взгляд, это может показаться мелочью. Однако количество накипи и конечный объем раствора помогают оценить верхний предел содержания данного иона в случае отрицательной реакции на него: ведь каждая аналитическая реакция имеет свой предел чувствительности. Кстати, этот предел для реакций на разные ионы может отличаться на много порядков. Например, трудно найти объект, который не дал бы желтого окрашивания пламени изза наличия следов натрия. В то же время для обнаружения ионов калия, дающих осадок с раствором гексанитрокобаль тата (III) натрия Na3[Со(N02)6] (этуреакцию проводил Д. Арефьев с помощью самостоятельно изготовленного реактива), требуются значительно большие концентрации ионов К+. Вообще реакции с выделением осадков, особенно бесцветных, обычно менее чувствительны, чем цветные реакции на катионы. Здесь прав Д. Арефьев, когда он решил еще до исследования воды и накипи «набить руку» и провести контрольные реакции для распознавания разных анионов, чтобы освоить технику эксперимента и избежать в дальнейшем ошибок. К сожалению, никто из участников конкурса не попытался определить границу чувствительности использованных аналитических реакций.
 
Довольно распространенная ошибка — попытка проводить качественные реакции на ионы К+, №+,
С1— с раствором накипи в кислоте. Таким ионам неоткуда взяться в растворе — они полностью остаются в кипяченой воде. Положительная реакция на ионы (проба на индикаторную бумажку при добавлении к анализируемому раствору щелочи) вызывает сомнения: цвет индикатора мог измениться не от выделяющегося аммиака, а от попавшего на него щелочного раствора; во всяком случае, никто не сообщает о запахе аммиака, так же, как, впрочем, и о контрольных опытах. Наивно проводить и систематический анализ на все катионы всех аналитических групп в точном соответствии с руководством по аналитической химии. Ну откуда в питьевой воде могут взяться ионы меди, серебра, ртути, бария (а анализ Ва2+ проводили почти все, хотя растворимые соединения бария очень ядовиты) Даже если эти элементы в питьевой воде и присутствуют, то в таких ничтожных количествах, которых домашним анализом не определи Здесь снова уместно процитирова Д. Арефьева: «Я пользовался книг М. Э. Полесса и И. Н. Душечкин «Аналитическая химия» (М.: Медицин 1987). В ней дана таблица для анализа многих ионов, но я ее упрости исключив те катионы, которые не могут быть в накипи или же находят в ней в очень малых количестве например, серебро, ртуть, свинец, медь, марганец, висмут и др.». Такс же вывод делает Д. Полосков, резонно считая, что анализ на подобные катионы — напрасная трата времен так как вода с этими солями была б непригодна для питья.