Водный раствор хлорида кальция какие ионы содержатся

Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 20 апреля 2020;
проверки требуют 3 правки.

Хлорид кальция

Систематическое наименование	Хлорид кальция
Традиционные названия	Хлорид кальция, хлористый кальций
Хим. формула	CaCl2
Рац. формула	CaCl2
Молярная масса	111,08 г/моль
Плотность	2,15 г/см³

Температура
• плавления	772 °C
• кипения	1935 °C
Константа диссоциации кислоты	8—9

Растворимость
• в воде	74,5 г/100 мл
Координационная геометрия	Октаэдральная
Рег. номер CAS	10043-52-4
PubChem	5284359
Рег. номер EINECS	233-140-8
SMILES	[Cl-].[Cl-].[Ca+2]
InChI	1S/Ca.2ClH/h;2*1H/q+2;;/p-2 UXVMQQNJUSDDNG-UHFFFAOYSA-L
Кодекс Алиментариус	E509
RTECS	EV9800000
ChEBI	3312
ChemSpider	23237
ЛД50	1,5-3,6 г/кг (крысы, перорально)
Токсичность	ПДК 2 мг/м³
Фразы риска (R)	R36
Фразы безопасности (S)	S22, S24
Краткие характер. опасности (H)	H319
Меры предостор. (P)	P280, P264, P305+P351+P338, P337+P313
Пиктограммы СГС
NFPA 704	2 1
Приведены данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иное.
Медиафайлы на Викискладе

Хлори́д ка́льция, CaCl2 — химическое неорганическое вещество; кальциевая соль соляной кислоты. Зарегистрирован в качестве пищевой добавки E509. Считается безвредным.

Описание[править | править код]

Белые кристаллы плотностью 2,15 г/см³, tпл 772 °C. Обладает высокими гигроскопическими свойствами. Растворимость (г на 100 г H2O): 74 (20 °C) и 159 (100 °C). Водные растворы хлорида кальция замерзают при низких температурах (20%-ный — при −18,57 °C, 30%-ный — при −48 °C).

Кристаллогидраты хлорида кальция[править | править код]

CaCl2 образует гидрат CaCl2·6H2O, устойчивый до 29,8 °C; при более высоких температурах из насыщенного раствора выпадают кристаллогидраты с 4, 2 и 1 молекулами H2O. При смешении CaCl2*6H2O (58,8 %) со снегом или льдом (41,2 %) температура понижается до —55 °C (криогидратная точка).

Природный минерал гексагидрата хлорида кальция, ставший известным как антарктикит (или антарктицит)[en], был впервые обнаружен на дне солёного озера Дон-Жуан на Земле Виктории в Антарктиде.

Получение[править | править код]

Хлорид кальция получают как побочный продукт в производстве соды (в процессе рекуперации аммиака):

Биологические свойства[править | править код]

Неядовит.

Применение[править | править код]

В химической лаборатории хлорид кальция применяется в качестве наполнителя для осушающих трубок[en], также называемых хлоркальциевыми, предназначенных для изоляции веществ в сосуде от водяных паров атмосферы и для осушки газов. В первом случае такая трубка прямая или согнута под углом 90 градусов и имеет один шарообразный участок, во втором она согнута в виде буквы U и имеет два шарообразных участка[1].

Хлорид кальция также применяют для получения металлического кальция, для осушки и понижения точки росы технологического и импульсного газа:

На газораспределительных станциях, компрессорных станциях магистральных газопроводов;
На автогазонаполнительных компрессорных станциях;
На объектах газодобычи при подготовке газа к транспортировке.

Кроме того, он применяется в следующих областях:

В смягчении говядины и баранины (снижение затрат на заморозку, хранение и погрузку);
В консервировании овощей и фруктов (хранение яблок с пропиткой 8 % раствором)[2]
Как ускоритель схватывания цемента;
Для обеспыливания гравийных дорог;
Как противогололёдное средство;
Как отвердитель в продуктах питания (Загуститель для получения низкокалорийных желе);
В молокоперерабатывающей промышленности при производстве ферментированных молочных продуктов, и играет большую роль в формировании сгустка. Добавление хлористого кальция ведёт к увеличению выхода конечного продукта, а также улучшает его свойства;
В медицине.
В регулировании жёсткости воды при производстве слабоалкогольных и безалкогольных напитков
В изготовлении хлеба (консервант)
При транспортировке замороженных грузов морем — для избежания замерзания воды в дренажной системе
Для приготовления жидкости глушения при проведении ремонта на нефтяных и газовых скважинах.

Примечания[править | править код]

Ссылки[править | править код]

Источник

Реагенты

Хлорид кальция
Гидрокарбонат натрия

Безопасность

Перед началом опыта наденьте защитные перчатки и очки.
Проводите эксперимент на подносе.
Поместите горелку на пробковую подставку. Не прикасайтесь к горелке сразу после завершения опыта − подождите, пока она остынет.
Снимите перчатки перед тем, как поджигать свечу.

Общие правила безопасности

Не допускайте попадания химических реагентов в глаза или рот.
Не допускайте к месту проведения экспериментов людей без защитных очков, а также маленьких детей и животных.
Храните экспериментальный набор в месте, недоступном для детей младше 10 лет.
Помойте или очистите всё оборудование и оснастку после использования.
Убедитесь, что все контейнеры с реагентами плотно закрыты и хранятся по правилам после использования.
Убедитесь, что все одноразовые контейнеры правильно утилизированы.
Используйте только оборудование и реактивы, поставляемые в наборе или рекомендуемые текущими инструкциями.
Если вы использовали контейнер для еды или посуду для проведения экспериментов, немедленно выбросьте их. Они больше не пригодны для хранения пищи.

Информация о первой помощи

В случае попадания реагентов в глаза тщательно промойте глаза водой, при необходимости держа глаз открытым. Немедленно обратитесь к врачу.
В случае проглатывания промойте рот водой, выпейте немного чистой воды. Не вызывайте рвоту. Немедленно обратитесь к врачу.
В случае вдыхания реагентов выведите пострадавшего на свежий воздух.
В случае контакта с кожей или ожогов промывайте поврежденную зону большим количеством воды в течение 10 минут или дольше.
В случае сомнений немедленно обратитесь к врачу. Возьмите с собой химический реагент и контейнер от него.
В случае травм всегда обращайтесь к врачу.

Рекомендации для родителей

Неправильное использование химических реагентов может вызвать травму и нанести вред здоровью. Проводите только указанные в инструкции эксперименты.
Данный набор опытов предназначен только для детей 10 лет и старше.
Способности детей существенно различаются даже внутри возрастной группы. Поэтому родители, проводящие эксперименты вместе с детьми, должны по своему усмотрению решить, какие опыты подходят для их детей и будут безопасны для них.
Родители должны обсудить правила безопасности с ребенком или детьми перед началом проведения экспериментов. Особое внимание следует уделить безопасному обращению с кислотами, щелочами и горючими жидкостями.
Перед началом экспериментов очистите место проведения опытов от предметов, которые могут вам помешать. Следует избегать хранения пищевых продуктов рядом с местом проведения опытов. Место проведения опытов должно хорошо вентилироваться и находиться близко к водопроводному крану или другому источнику воды. Для проведения экспериментов потребуется устойчивый стол.
Вещества в одноразовой упаковке должны быть использованы полностью или утилизированы после проведения одного эксперимента, т.е. после открытия упаковки.

Часто задаваемые вопросы

Раствор в колбе не мутнеет после шага 6.

Возможно, раствор в колбе плохо прогрелся. Подождите ещё 5 минут.

Как пользоваться термостикером?

Наклейте стикер на колбу и/или горелку. При температуре 60 – 70 oС треугольник меняет цвет с чёрного на жёлтый и предупреждает, что предмет, на который помещена наклейка,горячий и трогать его нельзя! Брать колбу в руки можно, только когда она остынет и треугольник снова станет чёрным.

Пошаговая инструкция

Налейте воды в колбу до нижней отметки «40».
Добавьте всё содержимое баночки с 0.2 М раствором хлорида кальция CaCl2.
Возьмите горелку для сухого горючего и разместите на ней свечу. Снимите защитные перчатки и подожгите свечу. Установите пламярассекатель на горелку, как показано на рисунке.
Поставьте колбу на пламярассекатель. Подождите 15 минут.
Вылейте в колбу всё содержимое баночки с 0.3 М раствором гидрокарбоната натрия NaHCO3.
Вода в колбе станет мутной.

Утилизация

Утилизируйте твёрдые отходы эксперимента вместе с бытовым мусором. Растворы слейте в раковину и затем тщательно промойте её водой.

Что произошло

Что такое жёсткость воды?

Жёсткость воды – это величина, которая показывает, насколько много в ней содержится растворимых солей кальция и магния (а также железа!). При этом жёсткость воды делят на временную (устранимую) и постоянную. Временную обуславливают гидрокарбонаты кальция и магния (Ca(HCO3)2 и Mg(HCO3)2), а постоянную – их сульфаты (CaSO4 и MgSO4) и хлоридов (CaCl2 и MgCl2).

Таким образом, жёсткая вода – это вода, в которой одновременно содержится много солей кальция, магния и железа.

Зачем мы добавляем СаCl2?

Добавляя в воду раствор хлорида кальция CaCl2, мы искусственно увеличиваем её жёсткость. Как уже было сказано выше, CaCl2 обеспечивает постоянную (то есть не устранимую кипячением) жёсткость воды. Первая часть опыта нам наглядно это демонстрирует: при кипячении воды никаких видимых отложений на стенках не образуется.

Что происходит при добавлении NaHCO3?

При добавлении гидрокарбоната натрия NaHCO3 в растворе образуется гидрокарбонат кальция:

2NaHCO3 + СаCl2 ↔ Ca(HCO3)2 + 2NaCl

Именно за счёт образования Ca(HCO3)2 жёсткость нашей воды становится не постоянной, а временной – теперь её можно устранить кипячением.

Что происходит при нагревании воды?

Когда мы греем воду, растворимый гидрокарбонат кальция превращается в труднорастворимый карбонат:

Ca(HCO3)2 → CaCO3↓ + CO2↑ + H2O

Белёсый налёт на дне и стенках колбы – это и есть карбонат кальция.

Почему образуется накипь и как её устранить?

Накипь – это нерастворимый карбонат кальция CaCO3, выпавший в процессе термического разложения гидрокарбоната кальция Ca(HCO3)2:

Ca(HCO3)2 → CaCO3↓ + CO2↑ + H2O

И хотя толстый серый нарост совершенно не украшает посуду, в накипи нет ничего страшного. Напротив, она способна устранять излишнюю жёсткость водопроводной воды. К тому же от карбонатного налёта можно легко избавиться в домашних условиях. Например, чайники и кастрюли обычно чистят раствором лимонной кислоты С6H8O7:

3CaCO3 + 2С6H8O7 → Ca3(C6H5O7)2 + 3CO2 + 3H2O

Образующийся в результате цитрат кальция Ca3(C6H5O7)2 достаточно легко растворим в воде.

Узнать больше

Грязно-бежевый цвет накипи свидетельствует о наличии оксида железа Fe2O3. В водопроводной воде этот металл содержится в небольших количествах и присутствует в виде иона Fe2+, но при кипячении он выпадает в осадок.

Интересно, что накипь имеет тот же химический состав, что и природный камень известняк. Из этого минерала иногда состоят целые горы! Как правило, такие массивы славятся обилием пещер, так любимых спелеологами. Лёгкость образования пещер в известняке связана с тем, что даже слабокислые мягкие природные воды растворяют на своём пути карбонаты, образуя причудливые ходы в породе.

Также карбонат кальция является основой обычного мела, которым пишут на школьной доске и рисуют на асфальте. А ещё мел употребляется в качестве пищевой добавки – белого красителя E170.

Не стоит забывать, что карбонат кальция – то самое вещество, которое придает твёрдость яичной скорлупе. В наборе MEL Chemistry «Химия еды» есть эксперимент, в котором карбонат кальция растворяется с помощью столового уксуса (см. опыт «Резиновое яйцо»).

Как сделать воду мягче?

Воду, в которой содержится мало солей кальция и магния, называют мягкой, а процесс устранения жёсткости – умягчением.

Самым простым способом, наглядно демонстрируемым в нашем эксперименте, является кипячение. При нагревании гидрокарбонаты кальция (Ca(HCO3)2) и магния (Mg(HCO3)2) разлагаются:

Ca(HCO3)2 → CaCO3↓ + CO2↑ + H2O

Mg(HCO3)2 → MgCO3 + CO2↑ + H2O

MgCO3 + H2O → Mg(OH)2↓ + CO2↑

Кипячение (термоумягчение) – самый древний способ умягчения воды для бытовых нужд. Конечно, таким способом можно устранить только временную (карбонатную) жёсткость. Постоянная жёсткость никуда не пропадает, и это наглядно демонстрируется в первой части нашего эксперимента: вода, обогащённая хлоридом кальция CaCl2, при кипячении не оставляет осадка.

С кипячением тесно связана дистилляция. В ходе этого процесса испарившаяся при нагревании жидкость снова собирается в капли (конденсируется) на охлаждённой поверхности. Подготовленная таким образом вода называется дистиллятом и совершенно не содержит ионов металлов. Из-за низкой минерализации дистиллированная вода не подходит для питья, т.к. способствует «вымыванию» минеральных веществ из организма. В то же время она широко используется в научной и промышленной сферах.

О более современных способах умягчения воды можно узнать в дополнении.

Узнать больше

Безусловно, кипячение воды – это один из самых простых способов устранения жёсткости. Но такой процесс отличается и существенными недостатками: низкой эффективностью и высокой энергоёмкостью.

Ещё один способ умягчения воды – реагентный. Он заключается в переводе ионов магния и кальция в нерастворимую форму за счёт добавления химических реагентов, например, гидроокиси кальция Ca(OH)2 (известкование воды):

Ca(OH)2 + Ca(HCO3)2 → 2CaCO3↓ + 2H2O

Mg(HCO3)2 + 2Ca(OH)2 → Mg(OH)2↓ + 2CaCO3 + 2H2O

При известковании воды, как и при кипячении, удаляется только карбонатная жёсткость. Если необходимо более глубокое умягчение воды, то для устранения постоянной (некарбонатной) жёсткости в воду, помимо извести, добавляют соду Na2CO3:

Ca2+ + Na2CO3 → CaCO3↓ + 2Na+

Mg2+ + Na2CO3 → MgCO3↓ + 2Na+

MgCO3 + Ca(OH)2 → Mg(OH)2↓ + CaCO3↓

Когда требуется более эффективно удалить из воды ионы кальция и магния, используется «тяжёлая артиллерия» – фосфат натрия Na3PO4:

3Ca2+ + 2Na3PO4 → Ca3(PO4)2↓ + 6Na+

3Mg2+ + 2Na3PO4 → Mg3(PO4)2↓ + 6Na+

Недостатком фосфатного способа умягчения воды является необходимость точного дозирования реагента.

В промышленности наиболее распространённый способ уменьшения жёсткости – это катионирование воды. При этом вода пропускается через специальный фильтр c наполнителем, который задерживает на себе ионы кальция Ca2+, магния Mg2+, железа Fe2+ и марганца Mn2+. Взамен «захваченных» в раствор поступают ионы калия K+, натрия Na+ или водорода H+. Такой способ позволяет добиться высоких показателей мягкости воды. Его преимуществами являются низкие затраты на химические реагенты и исключение сложных процедур типа отстаивания осадка и его удаления. Кстати, именно таким образом умягчается вода в посудомоечных машинах. Для того чтобы фильтр против жёсткости служил долго, в машину засыпают соль NaCl – это позволяет вытеснить из наполнителя кальций и магний и снова насытить его ионами натрия.

В лабораторных условиях часто используется такой способ водоподготовки, как обратный осмос. Кстати, этот метод нередко применяется и в домашних условиях. При этом вода проходит через мембрану, которая не пропускает соли металлов. Для такой процедуры используют уже предварительно очищенную воду. Мембрана – штука тонкая (в прямом и переносном смысле) и капризная: большие концентрации солей могут её испортить. Этот способ очистки воды является очень дорогим, но при этом быстрым и нетрудоёмким.

Это интересно

Какая вода полезнее: жёсткая или мягкая?

Ответ на этот вопрос очень прост: всё хорошо в меру. Идеальна для повседневного бытового использования вода средней жёсткости, содержащая некоторое количество солей кальция, магния, железа и марганца. Именно в балансе между двумя крайностями и заключается суть любой гармонии.

Жёсткая вода

Для начала давайте рассмотрим, в чём заключается проблема излишней жёсткости воды.

Постоянное употребление питьевой (водопроводной) воды с высоким показателем жёсткости может способствовать образованию камней в почках и мочевом пузыре. Других проверенных данных о потенциальном вреде для здоровья человека от употребления внутрь жёсткой воды медицина не имеет.

При использовании жёсткой воды для умывания и купания часто наблюдается раздражение кожи, особенно у маленьких детей. Также жёсткая вода может доставлять бытовые неудобства, связанные со способностью солей жёсткости (кальциевых и магниевых) образовывать нерастворимые соединения с жирными кислотами, входящими в состав мыла. Это ведёт не только к повышенному расходу мыла (в некоторых регионах мира жёсткость водопроводной воды такова, что до 35 % мыла расходуется на её умягчение и только 65 % – на гигиенические процедуры), но и к осаждению нерастворимых солей (стеаратов) кальция и магния в канализационных системах с образованием «мыльного камня». Большинство современных моющих средств вместо мыла содержат в своём составе синтетические вещества, не реагирующие с солями жёсткости, поэтому «мыльная проблема» жёсткой воды постепенно уходит в прошлое. Зато на смену ей приходит проблема стиральных и посудомоечных машин. Их нагревательные элементы в жёсткой воде постепенно покрываются слоем накипи и выходят из строя.

Если в быту повышенная жёсткость воды – это большое неудобство, то в промышленности – огромная проблема. Даже миллиметровый слой накипи на поверхности оборудования в разы уменьшает эффективность теплообмена. Это не только увеличивает расход энергии на технологический процесс, но и может вывести оборудование из строя. Представьте себе огромный чайник, дно которого постепенно покрывается толстым слоем накипи. Рано или поздно он просто придёт в негодность! А в промышленности нередко используются гораздо более хитрые приборы и установки. Следовательно , как нагревательное оборудование, так и системы охлаждения требуют повышенного внимания к качеству используемой воды.

Технологические процессы, связанные с использованием химикатов, также требуют тщательной водоподготовки. Так, например, окрашивание текстиля возможно только с использованием максимально мягкой воды, поскольку некоторые красители могут образовывать нерастворимые соединения с ионами кальция, магния, марганца и железа. При использовании жёсткой воды провести окрашивание некоторыми красителями очень сложно.

Мягкая вода

Теперь рассмотрим плюсы и минусы мягкой воды.

Постоянное использование для питья такой воды может навредить здоровью зубов и костей, поскольку с питьевой водой мы получаем ощутимое количество минералов. Безусловно, в этом нет большой проблемы, поскольку поступление кальция, магния и марганца в организм можно скорректировать за счёт питания.

В мягкой воде мыло образует пену гораздо эффективнее, чем в жёсткой, но при этом для полного смывания моющего средства требуется намного большее количество жидкости.

Для водопроводных труб излишнее умягчение воды также вредно, поскольку при нагревании вода с низким содержанием солей металлов может понемногу растворять металлические конструкции.

В химической же промышленности обычно используется вода, не просто умягчённая, а дистиллированная. Она не только образцово-мягкая, но и не содержит многих примесей, никак не влияющих на жёсткость, например, сульфатов (SO4)2-, хлоридов Cl-, ионов натрия Na+ и калия K+.

Дистиллированная вода: мягче не бывает

Дистиллированная вода – это вода, которая была подвергнута сложной процедуре очистки – дистилляции – и практически не содержит каких-либо примесей.

Очень интересно, что дистиллированная вода может быть переохлаждена ниже точки замерзания и перегрета выше точки кипения!

Дистиллированную воду используют в основном в химических лабораториях и в химической промышленности, когда очень важно, чтобы приготовленный раствор не содержал примесей. Помимо этого, она нашла своё применение в пищевой (при изготовлении некоторых напитков) и автомобильной отрасли (для приготовления электролита в аккумуляторах), а также в медицине и цветной фотопечати.

Существует также и бидистиллят, или бидистиллированная вода – это вода, дважды очищенная методом дистилляции. Она очень близка по своему составу к химически чистой воде.

Можно ли ещё лучше очистить воду? Да, если подвергнуть её обработке гамма-лучами, а затем продуть благородным газом – аргоном Ar.

Важно понимать, что обычная вода содержит множество примесей, пусть даже и незаметных глазу: солей, пылинок, минералов, органических соединений. Идеальная противоположность – химически чистая вода, в составе которой находятся только молекулы воды H2O.

Источник