سوالات متداول علوم آب

چگونه یون‌های چند ظرفیتی، مانند یون‌های کلسیم و منیزیم، پیوندهایی متفاوت از پیوندهای یونی معمولی ایجاد می‌کنند؟

یون‌های چند ظرفیتی بیش از یک بار دارند – برای مثال، یک اتم کلسیم دو الکترون را از دست می‌دهد تا تبدیل به یون شود، و بنابراین دارای دو بار مثبت است (نوشته شده Ca2+). یون‌های چند ظرفیتی دقیقاً به همان روشی که یون‌های تک ظرفیتی مانند سدیم (Na+) پیوند یونی تشکیل می‌دهند، با این تفاوت که هر یون چند ظرفیتی برای متعادل کردن آن به دو بار منفی نیاز دارد. بنابراین، در کلرید کلسیم (CaCl2)، هر یون کلسیم به دو یون کلرید پیوند دارد، زیرا هر یون کلرید تنها یک بار منفی دارد (Cl-).

وقتی آب منیزیم و کلسیم را از سنگ بستر حل می کند، آیا این عناصر به سادگی Mg2+ و Ca2+ وارد آب می شوند یا بلافاصله با عنصر دیگری پیوند برقرار می کنند؟

منیزیم و کلسیم در سنگ بستر فقط به صورت نمک های معدنی وجود دارند – به عنوان مثال، کربنات کلسیم و سولفات منیزیم. در نمک‌های معدنی، این عناصر به صورت کاتیون‌ها (Mg2+ و Ca2+) به آنیون‌های مختلف پیوند دارند. در این مورد، آن یونها کلرید (Cl-) و سولفات (SO42-) هستند. وقتی آب از سنگ بستر عبور می کند، برخی از این نمک ها در آب حل می شوند و یون ها تجزیه می شوند. هم کاتیون های کلسیم/منیزیم و هم آنیون های مربوطه در آب حل می شوند.

آیا «2» در Mg²+ با «2» در H2O متفاوت است؟

بله. در شیمی، اعدادی که به صورت زیرنویس نوشته می‌شوند (مثلاً در مخفف H2O) به شما می‌گویند که چه تعداد از اتم‌های آن عنصر در یک ترکیب وجود دارد. بنابراین، در مورد آب، “2”  به شما می گوید H2O  حاوی دو اتم هیدروژن و یک اتم اکسیژن است.

اعدادی که به صورت بالا نوشته شده اند (مثلاً به صورت مخفف Mg2+) تعداد بارهای یک یون را به شما می گوید. منیزیم برای تشکیل یون دو الکترون از دست می دهد، بنابراین دو بار مثبت به دست می آورد. کلرید یک الکترون را می گیرد تا تبدیل به یون شود، بنابراین یک بار منفی (C–) به دست می آورد. از آنجا که بارها باید در نمک متعادل شوند، کلرید منیزیم از دو یون کلرید برای هر یون منیزیم تشکیل شده است، بنابراین به عنوان MgCl2 نوشته می شود.

آیا سختی دائمی پتانسیل تشکیل رسوب دارد، به عنوان مثال، در مورد دیگ بخار دستگاه اسپرسو؟

رسوب آهک عمدتاً از کربنات کلسیم تشکیل شده است که از بی کربنات کلسیم محلول تشکیل می شود که با جوشاندن آب تجزیه می شود. وقتی این اتفاق می‌افتد، کربنات کلسیم نامحلول از محلول رسوب می‌کند و رسوب جامدی به نام رسوب آهک را تشکیل می‌دهد.

از آنجایی که جوشاندن آب، بی کربنات کلسیم را از آب خارج می کند، به آن سختی موقت می گویند.

سختی دائمی به سایر نمک های کلسیم و منیزیم محلول در آب اطلاق می شود که با جوشاندن از بین نمی روند. از آنجایی که اینها هنگام جوشاندن آب رسوب نمی‌کنند، به میزان قابل توجهی در رسوب آهک نقش ندارند.

اصطلاح “انرژی اتصال” به چه معناست؟ یعنی انحلال قدرت؟

انرژی اتصال به استحکام یک پیوند شیمیایی اشاره دارد. انرژی اتصال بالا پیوندی را تشکیل می دهد که به سختی شکسته می شود. شیمیدان کریستوفر هندون در مقاله خود در مورد تأثیر کاتیونها بر عصاره‌گیری (هندون و همکاران، 2014)، به نحوه اتصال یونهای فلزی محلول Ca2+ و Mg2+ به ترکیبات طعم دهنده در قهوه اشاره می کند. از آنجایی که این یون ها در آب حل می شوند، اتصال قوی به ترکیبات طعم دهنده به کشش آنها به داخل آب کمک می کند – پیوندهای قوی که با یون های محلول ایجاد می شود به شکستن پیوندهای ضعیف تر که ترکیبات طعم دهنده را به سطح دانه قهوه متصل می کنند، کمک می کند.

آیا بین سختی کلی و سختی کل تفاوتی وجود دارد؟

خیر، اصطلاحات و مفاهیم مترادف هستند.