Chlorid vápenatý je látka používaná ke zvýšení obsahu vápníku ve vodě, což zvyšuje celkovou tvrdost (GH). Nemá žádný vliv na karbonátovou tvrdost (KH) ani na koncentraci hydrogenuhličitanů (HCO₃⁻) či karbonátů (CO₃²⁻).

Jak funguje chlorid vápenatý v úpravě vody:

1. Rozpouštění ve vodě:

   • Chlorid vápenatý se rozpouští na ionty vápníku (Ca²⁺) a chloridové ionty (Cl⁻): $$CaCl₂ \rightarrow Ca²⁺ + 2Cl⁻$$
     

2. Zvýšení GH:

   • Zvýšení celkové tvrdosti (GH) je způsobeno ionty Ca²⁺, které jsou jednou z hlavních složek GH.

3. Neovlivňuje KH:

   • Chlorid vápenatý nepřidává karbonátové ionty (CO₃²⁻) ani hydrogenuhličitany (HCO₃⁻), a proto nemá vliv na karbonátovou tvrdost (KH).

4. Vliv na pH:

   • Chlorid vápenatý je neutrální a nemění pH vody.

Použití:

• Akvária a jezírka: Používá se k rychlému doplnění vápníku bez ovlivnění KH.
• Zemědělství: Doplnění vápníku v půdě pro zlepšení výživy rostlin.
• Průmysl: Úprava vody pro specifické aplikace, kde je potřeba zvýšit obsah vápníku.

Shrnutí:

• Chlorid vápenatý (CaCl₂) zvyšuje GH, ale nemá žádný vliv na KH, HCO₃⁻, ani CO₃²⁻.
• Ideální pro situace, kde je potřeba rychle zvýšit obsah vápníku bez zásahu do karbonátové tvrdosti nebo pH.

Síran hořečnatý heptahydrát, známý také jako epsomská sůl, je látka používaná ke zvýšení obsahu hořčíku ve vodě bez ovlivnění karbonátové tvrdosti (KH) a pH.

Jak funguje síran hořečnatý heptahydrát v úpravě vody:

1. Rozpouštění ve vodě:

   • Síran hořečnatý heptahydrát se rozpouští na ionty hořčíku (Mg²⁺) a síranové ionty (SO₄²⁻): $$MgSO₄·7H₂O \rightarrow Mg²⁺ + SO₄²⁻ + 7H₂O$$
     

2. Zvýšení GH:

   • Zvýšení celkové tvrdosti (GH) je způsobeno ionty Mg²⁺, které jsou jednou z hlavních složek GH.

3. Neovlivňuje KH:

   • Síran hořečnatý nepřidává karbonátové ionty (CO₃²⁻) ani hydrogenuhličitany (HCO₃⁻), a proto nemá vliv na karbonátovou tvrdost (KH).

4. Vliv na pH:

   • Síran hořečnatý je neutrální a nemění pH vody.

Použití:

• Rostlinná akvária: Přidává hořčík bez zvýšení KH, což je výhodné pro optimální růst rostlin.
• Zemědělství: Používá se k doplnění hořčíku v půdě, kde je jeho nedostatek.
• Průmysl: Úprava vody tam, kde je potřeba zvýšit obsah hořčíku bez ovlivnění alkality.

Shrnutí:

• Síran hořečnatý heptahydrát (MgSO₄·7H₂O) zvyšuje GH, ale nemá žádný vliv na KH, HCO₃⁻, ani CO₃²⁻.
• Ideální pro cílené zvýšení hořčíku ve vodě bez zásahu do pufrovací kapacity nebo pH.

Síran vápenatý je látka používaná ke zvýšení obsahu vápníku ve vodě bez ovlivnění karbonátové tvrdosti (KH) a pH. Často se označuje jako sádra.

Jak funguje síran vápenatý v úpravě vody:

1. Rozpouštění ve vodě:

   • Síran vápenatý se rozpouští na ionty vápníku (Ca²⁺) a síranové ionty (SO₄²⁻): $$CaSO₄ \rightarrow Ca²⁺ + SO₄²⁻$$

2. Zvýšení GH:

   • Zvýšení celkové tvrdosti (GH) je způsobeno ionty Ca²⁺.

3. Neovlivňuje KH:

   • Síran vápenatý nepřidává karbonátové ionty (CO₃²⁻) ani hydrogenuhličitany (HCO₃⁻), a proto nemá vliv na karbonátovou tvrdost (KH).

4. Vliv na pH:

   • Síran vápenatý je neutrální a nemění pH vody.

Použití:

• Rostlinná akvária: Přidává vápník bez zvýšení KH, což je výhodné pro specifické podmínky vody.
• Zemědělství: Používá se ke zlepšení kvality půdy, zejména tam, kde je potřeba zvýšit obsah vápníku.
• Průmysl: Úprava vody pro specifické procesy bez ovlivnění alkality.

Shrnutí:

• Síran vápenatý (CaSO₄) zvyšuje GH, ale nemá žádný vliv na KH, HCO₃⁻, ani CO₃²⁻.
• Je ideální tam, kde je potřeba zvýšit tvrdost vody bez zásahu do pufrovací kapacity nebo pH.

Polovypálený dolomit je tepelně upravená forma dolomitu, která obsahuje oxid vápenatý (CaO) a oxid hořečnatý (MgO). Po přidání do vody výrazně ovlivňuje tvrdost, pH a alkalitu díky své reaktivitě.

Jak funguje polovypálený dolomit v úpravě vody:

1. Reakce s vodou:

   • Polovypálený dolomit se při kontaktu s vodou přeměňuje na hydroxidy: $$CaO + H₂O \rightarrow Ca(OH)₂$$ $$MgO + H₂O \rightarrow Mg(OH)₂$$ ​

2. Tvorba HCO₃⁻ a CO₃²⁻:

   • Hydroxidy reagují s oxidem uhličitým (CO₂) přítomným ve vodě: $$Ca(OH)₂ + CO₂ \rightarrow Ca²⁺ + 2HCO₃⁻$$ $$Mg(OH)₂ + CO₂ \rightarrow Mg²⁺ + 2HCO₃⁻$$
   • Při vyšším pH (>9) je většina uhlíkatých forem ve vodě ve formě karbonátových iontů (CO₃²⁻).

3. Zvýšení GH a KH:

   • GH (celková tvrdost): Zvyšuje díky iontům Ca²⁺ a Mg²⁺.
   • KH (karbonátová tvrdost): Zvyšuje díky uvolňování CO₃²⁻ a tvorbě HCO₃⁻.

Použití:

• Průmysl: Neutralizace kyselých vod a rychlá úprava KH a pH.
• Zemědělství: Úprava kyselých půd a doplnění vápníku a hořčíku.
• Úprava vody: Vhodný pro předběžnou úpravu vody mimo prostředí s živými organismy.

Poznámka:

• Polovypálený dolomit je velmi reaktivní a může způsobit náhlé zvýšení pH (>10), což je nevhodné pro přímé použití v akváriích nebo jezírkách. Doporučuje se dávkovat s opatrností a umožnit stabilizaci vody.

Dolomit je přírodní minerál obsahující ionty vápníku (Ca²⁺) a hořčíku (Mg²⁺) ve formě karbonátů. Používá se ke zvýšení tvrdosti vody a stabilizaci pH. Níže je popis jeho vlivu na vodní parametry:

Jak funguje dolomit v úpravě vody:

1. Rozpouštění ve vodě:

   • Dolomit se pomalu rozpouští ve vodě a uvolňuje ionty: $$CaMg(CO₃)₂ \rightarrow Ca²⁺ + Mg²⁺ + 2CO₃²⁻$$

2. Zvýšení GH a KH:

   • GH (celková tvrdost): Zvýšení je způsobeno uvolněním iontů vápníku (Ca²⁺) a hořčíku (Mg²⁺).
   • KH (karbonátová tvrdost): Zvýšení je způsobeno přítomností karbonátových iontů (CO₃²⁻).
4. Nepřímé zvýšení HCO₃⁻:
   • Karbonátové ionty (CO₃²⁻) mohou reagovat s rozpuštěným oxidem uhličitým (CO₂) za vzniku hydrogenuhličitanů (HCO₃⁻): $$CO₃²⁻ + H₂O + CO₂ \rightarrow 2HCO₃⁻$$
   • Tento proces je výraznější při nižším pH, kde je více CO₂.

Použití:

• Zvýšení tvrdosti: Vhodné pro akvária a jezírka, kde je potřeba stabilní zvýšení GH i KH.
• Stabilizace pH: Pomáhá udržovat pH ve stabilním rozmezí díky pufrovací kapacitě karbonátů.
• Pomalé působení: Ideální pro dlouhodobé a stabilní úpravy, například jako substrát nebo filtrační médium.

Uhličitan sodný je látka používaná pro úpravu vody, zejména ke zvýšení karbonátové tvrdosti (KH) a pH. Zde je přehled jeho vlivu na parametry vody:

Jak funguje uhličitan sodný v úpravě vody:

1. Rozpouštění ve vodě:

   • Uhličitan sodný se ve vodě rozpouští na sodné ionty (Na⁺) a karbonátové ionty (CO₃²⁻): $$Na₂CO₃ \rightarrow 2Na⁺ + CO₃²⁻$$

2. Zvýšení KH:

   • Karbonátové ionty (CO₃²⁻) výrazně zvyšují karbonátovou tvrdost (KH), což je měřítko pufrovací kapacity vody.

3. Nepřímé zvýšení HCO₃⁻:

   • Pokud je ve vodě přítomen oxid uhličitý (CO₂), karbonátové ionty mohou reagovat s vodou a CO₂ za vzniku hydrogenuhličitanů (HCO₃⁻): $$CO₃²⁻ + CO₂ + H₂O \rightarrow 2HCO₃⁻$$
   • Tato reakce je pH-závislá a je výraznější při nižším pH.

Použití:

• Zvýšení KH: Vhodné pro bazény, akvária nebo průmyslové aplikace, kde je potřeba zvýšit KH a stabilizovat pH.
• Zvýšení pH: Uhličitan sodný výrazně zvyšuje pH vody, což může být užitečné při úpravě kyselé vody.

Jak rozluštit obsah chlóru v různých typech dezinfekce?

Označení produktů může být zavádějící. To platí zejména pro bazénovou chemii, jako jsou různé chlórové produkty. Na první pohled se může zdát, že 99% trichlor je silnější než 68% chlornan vápenatý, nebo že 99% dichlor sodný je mnohem silnější než 12,5% chlornan sodný (kapalný chlor). 

Když se podíváte na štítek bazénové chemie, často uvidíte procento (nebo několik procent) uvedených složek. Tato čísla obvykle představují hmotnostní procento uvedené složky ve srovnání s celkovou hmotností produktu. Ale v případě chlóru jsou někdy produkty uváděny jako procento dostupného chlóru. To může spotřebitele zmást, proto si pozorně přečtěte etiketu.

Uvedená účinná látka je zodpovědná za zamýšlený účel chemikálie, jako je dezinfekce bazénové vody nebo úprava úrovně pH. 

Níže je uveden seznam běžných bazénových chemikálií.

Procento uvedené na etiketě udává pouze koncentraci účinné látky, nikoli její celkovou účinnost. Faktory jako kvalita přísad, složení a výrobní proces také hrají významnou roli při určování síly chemikálie. Proto je při výběru správných chemikálií pro váš bazén (bazény) zásadní vzít v úvahu i další faktory kromě procenta.

Aktivní složky v bazénové chemii

Aktivními složkami bazénové chemie jsou látky, které přímo přispívají k požadovanému chemickému působení ve vodě. Například hmotnostní % je založeno na hmotnosti celé sloučeniny chloru (tj. trichlor, chlornan vápenatý) vzhledem k molekulové hmotnosti elementárního chloru (Cl). % dostupného chloru je vztaženo k molekulárnímu chloru (Cl ₂ ).

Konvenčně se odvodilo, že plynný chlor (Cl ₂ ) přivádí 100 % dostupného chloru do vody, i když pouze polovina z toho je v oxidační formě a druhá polovina v redukované formě Cl. Jinými slovy, pouze polovina Cl ₂ bude ve formě volného chloru. Vzhledem k této konvenci potřebujeme vynásobit % chloru faktorem 2 pro ostatní prezentace produktů. To pokryjeme příklady dále v tomto článku . Reakce Cl2 _ve vodě je následující:

Cl ₂ + H ₂ O → HO Cl + H Cl
Molekulární chlor + voda → kyselina chlorná +kyselina chlorovodíková

          HOCl pak disociuje se svým pomalejším a slabším protějškem, chlornanovým iontem (OCl ^- ).

HOCl ⇌ H ⁺ + OCl ^-
Kyselina chlorná ⇌ Vodíkový ion + Chlornanový ion

Tyto dvě látky (HOCl a OCl ^- ) tvoří volný dostupný chlor (FAC).

HOCl je zabíjející forma chlóru, která účinně zabíjí bakterie, řasy a další mikroorganismy. Oxiduje také neživé kontaminanty, jako jsou kovy , sloučeniny dusíku a neživé organické látky a oleje .

Bromové produkty jsou podobné chlóru v tom, že obsahují procento aktivní složky, která se rozpustí ve vodě a vytvoří kyselinu bromnou (HOBr), zabíjející formu bromu.

Pokud se podíváme za bazénový průmysl, uvidíme procenta účinných látek na etiketě jakéhokoli čisticího prostředku pro domácnost. Pravděpodobně má nízké procento účinné látky. Například velmi oblíbený štítek čisticího prostředku zní:

ÚČINNÁ SLOŽKA:
Alkyl (C12 40%, C14 50%, C16 10%) dimethyl benzylamoniumchlorid....................... 0,3%
OSTATNÍ SLOŽKY...... ............99,7 %

Člověk by se na to mohl podívat a pomyslet si: "Počkat... jen 0,3 % účinné látky?! To je podvod!"  Ale vydržte...tato látka je silná. Účinná dezinfekce povrchů v domácnosti nevyžaduje mnoho. ³  Tento produkt, o kterém mluvíme, je jedním z nejoblíbenějších čisticích prostředků pro domácnost vůbec, a to se nestalo omylem.

Dalším příkladem produktu se zdánlivě nízkým procentem aktivní složky je peroxid vodíku (H ₂ O ₂ ) . Produkt peroxidu vodíku, který můžeme koupit v každé lékárně, je pouze 3% H ₂ O ₂ . To znamená, že 97% z toho jsou neaktivní složky...obvykle destilovaná voda. Čistý peroxid vodíku je tak silný, že by oxidoval více, než bychom chtěli. ⁴ V této nízké koncentraci můžeme rány dezinfikovat a kloktat jako ústní vodu. 

U bezchlórových bazénů, které využívají biguanidy, se jako primární okysličovadlo používá také šok peroxidu vodíku. ⁵ Tato koncentrace peroxidu vodíku je 27 % !! To je 9x silnější než domácí peroxid vodíku. Stejná látka, jiná koncentrace. Tato koncentrace je pro bazény ekonomičtější, protože bazény ji rychle zředí. Ale pointa zůstává stejná. Použití 27% peroxidu vodíku pro stejné účely, jako používáme 3% produkt pro domácnost, by bylo nebezpečné a bolestivé.

Neaktivní složky v bazénové chemii

Zatímco aktivní složky hrají v bazénové chemii klíčovou roli, v produktu jsou také neaktivní složky. Neaktivní složky jsou látky přidávané do formulace pro různé účely, jako je stabilizace aktivní složky, zvýšení rozpustnosti nebo zlepšení skladovatelnosti.

Jak již bylo zmíněno, hlavním rozdílem mezi maloobchodní a profesionální bazénovou chemií je množství neaktivních složek. Maloobchodní produkty mívají více neaktivních složek a nižší koncentraci účinných látek. ⁶

Mezi běžné neaktivní přísady v bazénové chemii patří látky upravující pH, pufrovací činidla a inhibitory vodního kamene. Často jsou neaktivními složkami pouze destilovaná voda nebo soli. Pochopení role neaktivních složek vám může pomoci činit informovaná rozhodnutí při výběru bazénové chemie. Někdy jsou to jen plniva a jindy jsou nutné neaktivní složky ke stabilizaci produktu, aby byl použitelný.

Běžné mylné představy o procentech chemických produktů

Jednou z běžných mylných představ o procentech chemických produktů je, že vyšší procento automaticky znamená silnější a účinnější produkt. Jako by použití vyššího procenta chemikálie vždy přineslo lepší výsledky. Ale není tomu tak vždy.

I když je pravda, že zvýšení koncentrace může do určité míry zvýšit účinnost chemikálie, existuje hranice, za kterou přidání dalších chemikálií nemusí poskytovat žádné další výhody. Navíc se obecně nedoporučuje používat nadměrné množství chemikálií. Doporučujeme používat pouze přiměřené množství chemikálií, aby byla voda co minimalistická a zjednodušená.

Procenta chloru

Nyní si ukážeme matematiku pro každý typ chloru na trhu, abychom ilustrovali skutečné procento chloru, a to jak hmotnostních %, tak dostupného chloru %. Odkazujeme na molekulové hmotnosti známých látek, které jsme uvedli v grafu výše. Na tomto obrázku jsme zahrnuli každý chlórový produkt. Tyto molární váhy můžete najít online, protože jsou to veřejné informace.

Procento dostupného chloru v každém produktu s chlorem je založeno na molární hmotnosti elementárního chloru vzhledem k molární hmotnosti samotného produktu. Potřebujeme tedy znát tyto hodnoty, abychom je mohli zapojit do matematických vzorců níže.

Trichlor-s-triazinetrion (Trichlor)

Většina trichlorových produktů je označena jako 99% Trichloro-s-triazinetrion (podle hmotnosti). Některé maloobchodní verze jsou méně koncentrované, například 53,5 % (hmotnostních). Tyto produkty jsou smíchány s neaktivními složkami, které nejsou uvedeny na etiketě (nazývají se „jiné složky“).

Občas jsme viděli několik koncentrací v rozmezí 53,5 až 99 %. Bez ohledu na procento můžete zjistit procento chloru libovolného trichloru pomocí stejné matematiky, vynásobené procentem uvedeným na štítku.

Trichlor (C ₃ Cl ₃ N ₃ O ₃ ) molární hmotnost = 232,41 g/mol
Chlor (Cl) = 35,453 g/mol

Trichlor má k sobě připojeny 3 atomy chloru (Cl), takže celková hmotnost chloru v trichloru je:
(3 x 35,453) = 106,359

Rozdělte celkovou hmotnost chloru na celkovou molekulovou hmotnost trichloru, abyste dostali hmotnostní procento chloru v trichloru:
106,359 ÷ 232,41 = 0,458  = 45,8 % chloru (hmotnostně) v trichloru.

Přemýšlejte o tom chvíli. Když držíte v ruce typickou 3palcovou trichlorovou tabletu, pouze 45,8 % z této tablety je chlór. Zbytek je kyselina kyanurová (CYA) a trocha soli. Trichlor je více CYA než chlor (na hmotnost).

Příliš mnoho Trichloru může vést k nadměrné stabilizaci CYA ; problém natolik závažný, že omezení CYA je naším čtvrtým pilířem programu Orenda .

Pro dostupný chlór potřebujeme zdvojnásobit chlór, protože k rozpuštění Cl _{2 ve vodě je zapotřebí volný dostupný chlór (Cl 2} + H ₂ O → HOCl + HCl). Hmotnost chloru tedy vynásobíme 2:
106,359 x 2 = 212,72.

_{Pak tuto celkovou hmotnost Cl 2} rozdělte na celkovou molekulovou hmotnost trichloru, abyste získali dostupné procento chloru:
212,72 ÷ 232,41 = 0,915  = 91,5 % dostupného chloru v čistém trichloru. Produkty trichlor ale nejsou čisté.

Musíme tedy vynásobit toto dostupné procento chloru procentem hmotnosti produktu uvedeným na štítku a dostaneme různé odpovědi v závislosti na koncentraci produktu:

0,915 x 0,99 =  90,6 % dostupného chloru v 99 % trichlor-s-triazinetrionu
0,915 x 0,535 =  48,9 %  dostupného chloru v 53,5 % trichlor-s-triazinetrionu ⁷

Stejnou matematiku lze použít i na jiné chlórové produkty.

Dichlor-s-triazintrion sodný dihydrát (Dichlor)

Stejně jako Trichlor je dichlor sodný obvykle označen jako 99% dichlor-s-triazinetrion dihydrát sodný. Ve skutečnosti existují dva typy dichloru: bezvodý a dihydrát. Bezvodý je nebezpečnější a neprodává se v bazénovém průmyslu. Dichlor na trhu je dihydrát, který obsahuje dvě molekuly vody, které stabilizují produkt a činí jej méně reaktivním – zejména v ohni. ⁸

Dichlordihydrát sodný (C ₃ H ₄ Cl ₂ N ₃ NaO ₅ ) molární hmotnost = 255,98 g/mol
Chlor (Cl) = 35,453 g/mol

Dichlor má k sobě připojeny 2 atomy chloru (Cl), takže celková hmotnost chloru v dichloru je:
(2 x 35,453) = 70,91

Rozdělte celkovou hmotnost chloru na celkovou molekulovou hmotnost dichloru, abyste dostali hmotnostní procento chloru v dichloru:
70,91 ÷ 255,98 = 0,277  = 27,7 % chloru (hmotnostně) v dihydrátu dichloru sodného.

Pro dostupný chlór potřebujeme zdvojnásobit chlór, abychom získali Cl ₂ , jako jsme to právě udělali ve výše uvedené trichlorové rovnici. Potom to rozdělíme na celkovou molekulovou hmotnost dichlordihydrátu sodného, ​​abychom získali dostupné procento chloru:
(70,91 x 2) ÷ 255,98 = 0,554  = 55,4 % dostupného chloru v čistém dichlordihydrátu sodném.

Poté to vynásobíme procentem produktu uvedeným na etiketě, což je obvykle 99 %:
(0,554 x 0,99) = 0,548  = 54,8 % dostupného chloru v 99% dihydrátu dichlor-s-triazinetrionu sodného. ⁹

Stejně jako trichlor má dichlor sodný více CYA než chlóru. Podle hmotnosti se neaktivní složky dichloru sodného skládají z:

• CYA (mínus 3 vodíky, které byly nahrazeny chlorem a sodíkem, takže (129,07 - 3) ÷ 255,98 = 49,2 % ),
• dvě molekuly vody ((2 x 18,02) ÷ 255,98 = 14,1 % ), a
• jeden atom sodíku (22,99 ÷ 255,98 = 9,0 % ). 

27,7 + 49,2 + 14,1 + 9,0 = 100 %.

Chlornan vápenatý

Kvalitní chlornan vápenatý produkty jsou dostupné ve dvou koncentracích. Aby to bylo ještě více matoucí, obě tyto koncentrace mohou být označeny jedním ze dvou způsobů, což zákazníkům ponechává na obalech alespoň čtyři různá procenta: 65 nebo 68 % a 70 % nebo 73 %. Je to proto, že některé produkty jsou označeny jako jejich dostupné procento chloru a jiné uvádějí jejich hmotnostní procento. Větší dvě (68 % a 73 %) jsou hmotnostní procenta. Dostupná procenta chloru jsou menší dvě (65 % a 70 %).

Pro snazší matematiku zůstaneme u komerčních produktů chlornan vápenatý

Chlornan vápenatý (Ca Cl ₂ O ₂ nebo Ca( Cl O) ₂ molární hmotnost = 142,98 g/mol
Chlor (Cl) = 35,453 g/mol

Cal hypo má k sobě připojeny 2 atomy chloru (Cl), takže celková hmotnost chloru v chlornanu vápenatého je: (2 x 35,453) = 70,91

Rozdělte celkovou hmotnost chloru na celkovou molekulovou hmotnost chlornanu vápenatého, abyste dostali hmotnostní procento chloru v chlornanu vápenatého: 

70,91 ÷ 142,98 = 0,496 = 49,6 % chloru (hmotnostně) v čistém chlornanu vápenatého.

Toto pak musíme vynásobit uvedeným hmotnostním procentem na etiketě výrobku, abychom zjistili skutečné hmotnostní procento chlóru ve výrobku:

0,496 x 0,73 = 0,362 = 36,2 % chloru (hmotnostně) v 73 % chlornanu vápenatém
0,496 x 0,68 = 0,337 = 33,7 % chloru (hmotnostně) v 68 % chlornanu vápenatém
0,496 x 0,5644 = 0,279 = 27,9 % chloru (hmotnostně) v 56,44 % chlornanu vápenatém

Nyní, když známe hmotnostní procenta, pojďme zjistit dostupná procenta chlóru. 

Pro dostupný chlór potřebujeme zdvojnásobit chlór, abychom získali Cl ₂ , jako jsme to právě udělali ve výše uvedených rovnicích trichloru a dichloru. Pak to rozdělíme na celkovou molekulovou hmotnost chlornanu vápenatého, abychom dostali dostupné procento chloru:
(70,91 x 2) ÷ 142,98 = 0,992 = 99,2 % dostupného chloru v čistém chlornanu vápenatém.

Tu pak vynásobíme hmotnostním procentem výrobku, pokud je hmotnostní procento uvedeno na etiketě. Samozřejmě, pokud je dostupné procento chloru uvedeno na štítku, odpověď je již známa.

(0,992 x 0,68) = 0,674 = 67,4 % dostupného chloru v 68 % chlornanu vápenatém
(0,992 x 0,73) = 0,724  = 72,4 % dostupného chloru v 73 % chlornanu vápenatém

Chlornan sodný (kapalný chlór)

Kapalný chlór zavádí třetí typ procenta: obchodní % . Na rozdíl od pevných chemikálií, které se musí rozpustit ve vodě, je chlornan sodný již kapalný. Procento obchodu se tedy používá jako objemové procento pro snazší převod na částice na milion (ppm) . Přepočet z obchodu % na ppm vypadá takto:

1 galon ( X Trade %) chlornanu sodného přidaný do 10 000 galonů vody vede k ( X ppm ) volného chlóru.

Proč 1 galon ve srovnání s 10 000 galony vody? Protože bez ohledu na obchod je 1 galon na 10 000 galonů jedna desetitisícina. Procento se dělí 100, takže chlór v produktu je jedna miliontina, neboli 1 promile. Matematika funguje takto:

1 galon 12,5 % = 12,5 ÷ 100 ÷ 10 000 = (12,5 ÷ 1 000 000) = 12,5 ppm. 

Bělidlo pro domácnost je obvykle mezi 5 a 6 % (v závislosti na tom, jak je označeno), což je asi polovina síly bazénového chlóru. Když se nás tedy zeptáme, jaký je rozdíl mezi bělícím prostředkem a tekutým chlórem, není žádný, kromě toho, že bazénový chlór je asi dvakrát koncentrovanější. Jinak je to stejná chemikálie.

Když se podíváme na samotné obchodní procento, 10 % a 12,5 % vypadá velmi nízko ve srovnání se suchými chlory, které jsme uvedli výše. Ale to není srovnávání jablek s jablky. K tomu potřebujeme znát dostupné % chloru v čistém chlornanu sodném. A protože je to kapalina, musíme znát její hustotu, což je veřejná informace. Hustota 12,5% kapalného chloru je 1,16 g/mol.

Chlor (Cl) = 35,493 g/mol
Chlornan sodný (NaO Cl ) = 74,44 g/mol
12,5 % NaOCl hustota = 1,16 g/mol

Rozdělte celkovou hmotnost chloru na celkovou molekulovou hmotnost chlornanu sodného, ​​abyste dostali hmotnostní procento chloru v chlornanu sodném:
35,493 ÷ 74,44 = 0,476 = 47,6 % chloru (hmotnostně) v čistém chlornanu sodném.

Pro dostupný chlor % vynásobíme chlor 2 (protože je vztažen k Cl ₂ )
(35,493 x 2) ÷ 74,44 = 0,952 =  95,2 % dostupného chloru  v čistém chlornanu sodném.

PRŮTOK V POTRUBÍ PŘI RŮZNÝCH RYCHLOSTECH

Možné chemické složení v přirozených vodách je možné rozdělit na anorganické (minerální) a organické.

Minerální látky

Hlavní příčinou obsahu minerálních nečistot v povrchových vodách jsou v první řadě splachy z povodí. Díky nim se do vody dostávají hlinitokřemičitany, především jílové minerály (illit, montmorillonit, kaolinit, aj.), zeolity a živce. Mezi další nežádoucí anorganické nečistoty řadíme hydratované oxidy kovů (železa a manganu). Vyjmenované látky (o velikosti částic cca 0,1 až 40,0 μm) jsou hlavním zdrojem zákalu v povrchových vodách. 

Sloučeniny hliníku

V přírodních vodách se hliník vyskytuje například v podobě jílových minerálů albitu NaAlSi3O8 nebo anortitu CaAl2Si2O8. Dále se můžeme setkat s kamencovými břidlicemi (amonno-hlinitými nebo draselno-hlinitými) nebo bauxitem AlO(OH). Ve vodách se má hliník nejčastěji podobu koloidní disperze nebo se vyskytuje ve formě rozpuštěné (hexaaquahlinitý kation v kyselých vodách). Typickou vlastností hliníku je významná tvorba komplexů s huminovými látkami, která dosahuje maxima při pH = 6. 

Sloučeniny železa

Železo se vyskytuje ve vodách v oxidačním stupni II nebo III ve formě rozpuštěné nebo nerozpuštěné, přičemž jeho forma výskytu závisí na hodnotě pH, oxidačně-redukčním potenciálu a přítomnosti komplexotvorných látek. Mezi železné rudy řadíme pyrit FeS2, krevel Fe2O3, magnetovec Fe3O4, limonit Fe2O3·H2O a siderit FeCO3. Ve stojatých povrchových vodách (nádrže a jezera) dochází k vertikální stratifikaci železa. Při letní a zimní stagnaci lze u dna zaznamenat koncentrace železa někdy až v hodnotě desítek mg·l−1, zatímco u hladiny mohou být naměřeny jen setiny mg·l−1. Na jaře a na podzim dochází k promíchávání obsahu nádrže, železo se dostává k hladině a při styku s rozpuštěným kyslíkem oxiduje na FeIII a následně hydrolyzuje. Vzniká hydratovaný oxid železitý, který sedimentuje. V případě anoxických podmínek u dna nádrže probíhá redukce FeIII na FeII a koloběh se opakuje. 

Sloučeniny manganu

Mangan se vyskytuje v přírodě v podobě manganových rud – burel či pyroluzit MnO2, braunit Mn2O3, hausmanit Mn3O4, manganit MnO(OH) a dialogit (MnCO3). Ve vodách lze mangan pozorovat ve formě rozpuštěné i nerozpuštěné především v oxidačních stupních II, III a IV. Dvojmocný mangan je však ve vodách s obsahem kyslíku nestabilní, rychle se oxiduje a hydrolyzuje. Vzniká směs oxidů a hydroxidů označovaná symbolem MnOx. Mangan se stejně jako železo účastní vertikální stratifikace v nádržích a jezerech. 

Sloučeniny křemíku

Křemík je druhým nejčastěji se vyskytujícím prvkem v přírodě. Je součástí minerálů (živce, slídy, pyroxeny, amfiboly, aj.) a do vody se dostává díky zvětrávání křemičitanů a hlinitokřemičitanů. Další příčinou původu křemíku ve vodách je rozpouštění amorfního a krystalického SiO2. V přírodních vodách (pH < 9) se křemík vyskytuje zejména rozpuštěný ve formě kyseliny tetrahydrogenkřemičité H4SiO4 a zčásti ve formě koloidní. Hygienický význam křemičitanů je malý, proto se ve vodách běžně nestanovují, ačkoli jsou vždy přítomny. 

Sloučeniny vápníku a hořčíku

Vápník a hořčík se do vody dostávají především rozpouštěním vápence CaCO3, magnezitu MgCO3, dolomitu CaCO3·MgCO3, sádrovce CaSO4·2H2O a zvětráváním hlinitokřemičitanů (anortitu CaAl2Si2O8, chloritu Mg5Al2Si3O10(OH)8 atd.). Tyto procesy jsou podporovány obsahem CO2 rozpuštěného ve vodě. V přírodních vodách se hořčík vyskytuje v koncentracích od jednotek do několika desítek mg·l−1, vápník je zastoupen ve větším množství, a to v koncentracích od desítek do několika set mg·l−1.

Přírodní organické látky

Přírodní organické látky, jakožto podstatná složka povrchových vod, se označují zkratkou NOM (Natural Organic Matter). Dělí se dle velikosti částic na rozpuštěné organické látky (DOM – Dissolved Organic Matter) o velikosti do 0,45 μm a nerozpuštěné organické látky (POM/SOM – Particulate/Suspended Organic Matter), jejichž rozměry překračují uvedenou hranici. Pro úpravu vody jsou podstatné DOM, což je směs aromatických a alifatických uhlovodíkových struktur s mnoha různými typy funkčních skupin (hydroxylové, karboxylové, amidové atd.). Mohou se do vody dostávat z okolního prostředí nebo v ní mohou přímo vznikat. DOM mohou být tvořeny huminovými látkami (huminové kyseliny a fulvokyseliny), které ve vodách převládají, nebo látkami nehuminového charakteru (hlavně proteiny a sacharidy). Vyšší koncentrace nehuminových látek jsou ve vodě obsaženy ve vegetačním období a při rozvoji fytoplanktonu. Označují se jako AOM – Algal Organic Matter. 

Huminové látky

Huminové látky jsou vysokomolekulární polycyklické sloučeniny s převážně aromatickým charakterem. V jejich struktuře se často vyskytují funkční skupiny karboxylové a hydroxylové, ale i methoxylové a karbonylové. V rámci obsahu jednotlivých prvků jsou přítomny uhlík, kyslík, vodík, dusík, ale i síra. Huminové látky jsou problémem ve vodních zdrojích z hlediska organoleptických vlastností – zapříčiňují hnědé zabarvení vody. Jejich přítomnost může být také zdrojem trihalogenmetanů (TMH), které vznikají při hygienickém zabezpečení vody pomocí chloru. Podle chemických a fyzikálně-chemických vlastností lze huminové látky rozdělit na humusové kyseliny (huminové kyseliny, fulvokyseliny a případně i hymatomelanové kyseliny), huminy a humusové uhlí. V přírodních vodách převažují fulvokyseliny z důvodu jejich vyšší rozpustnosti. Vody s vysokým obsahem huminových látek vykazují kyselý charakter, protože makromolekuly těchto sloučenin mají záporný náboj, který je způsoben přítomností funkčních skupin (především karboxylových a hydroxylových). Kyselost huminových látek se zvyšuje s rostoucí polaritou molekul. Významnou vlastností huminových látek je jejich schopnost tvořit komplexy zejména s vícemocnými kationty. Pro vody s přítomností huminových látek je typický nízký obsah vápníku, hořčíku a hydrogenuhličitanových iontů, dále nízká hodnota pH a KNK4,5, ale naopak zvýšený obsah hliníku. U těchto vod bývají často negativně ovlivněny barva, chuť a zápach. Při úpravě vody s obsahem huminových látek lze jejich destabilizaci provést dvěma způsoby. Buď se provede neutralizace jejich náboje pomocí hydroxopolymerů obsažených v destabilizačním činidle (kationtové polyelektrolyty, chitosan, tanin) nebo lze využít adsorpce huminových látek na sraženiny hydroxidů železa či hliníku (síran hlinitý, polyaluminium chlorid, polyaluminium sulfát). 

AOM

AOM vznikají během životních pochodů organismů (řas a sinic) a tvoří významný podíl NOM v povrchových vodách. Dělíme je na extracelulární organické látky (EOM – Extracellular Organic Matter), které mají původ v metabolických pochodech organismů, a na celulární organické látky (COM – Cellular Organic Matter), které se do vody dostávají díky odumírání buněk řas a sinic. Součástí AOM mohou být sacharidy, dusíkaté látky (aminokyseliny, oligopeptidy, proteiny), organické kyseliny (kyselina glykolová), tuky a mastné kyseliny, fenolové sloučeniny, organické fosfáty, těkavé látky (aldehydy, ketony) a toxiny. Konvenční proces úpravy vody je značně ovlivněn přítomností těchto látek. AOM mají nepříznivé účinky na destabilizaci a agregaci ve vodě se vyskytujících znečišťujících příměsí (v závislosti na pH). Kromě toho dochází k tvorbě vedlejších produktů při chloraci vody – trihalogenmetanů (THM) a halogenderivátů kyseliny octové (HAA).

Úvod a definice

Vodivost a vodivost souvisí podle vzorce:

G = σ(A/l)

Vodivost kovů, polovodičů a dielektrik je podrobně popsána v článcích Více o elektrickém odporu , Více o elektrickém odporu a Elektrická vodivost a vodivost V tomto článku se budeme podrobněji zabývat vodivostí elektrolytů a jejími měřicími metodami a zařízeními. Popíšeme několik experimentů s použitím levného zařízení pro měření vodivosti.

Vodivost elektrolytů a její měření

Vodivost vodných roztoků, ve kterých je elektrický proud přenášen nabitými ionty, je určena počtem nosičů náboje (koncentrací), rychlostí jejich pohybu (pohyblivost iontů závisí na teplotě roztoku) a nábojem, který nesou. (valence iontů). Proto ve většině vodných roztoků povede vyšší koncentrace k většímu množství iontů a tím k vyšší vodivosti. Po dosažení určité maximální koncentrace však může vodivost začít se zvyšující se koncentrací klesat. Proto dvě různé koncentrace stejné soli mohou mít stejnou vodivost.

Teplota také ovlivňuje vodivost, protože při vyšších teplotách se ionty pohybují rychleji, čímž se zvyšuje vodivost. Čistá voda nevede dobře elektrický proud. Obyčejná destilovaná voda v rovnováze s oxidem uhličitým obsahujícím ve vzduchu a celkové rozpuštěné pevné látky méně než 10 mg/l má vodivost asi 20 uS/cm. Vodivost různých roztoků je uvedena v tabulce níže.

K = D/A

Tento vzorec funguje dobře, když je plocha elektrod mnohem větší než vzdálenost mezi nimi, protože v tomto případě většina elektrického proudu protéká přímo mezi elektrodami. Příklad: pro 1 kubický centimetr kapaliny K = D/A = 1 cm/1 cm² = 1 cm⁻¹. Všimněte si, že články s malými široce rozmístěnými elektrodami mají konstanty článku 1,0 cm⁻1 nebo více, zatímco články s většími a těsně umístěnými elektrodami mají konstanty 0,1 cm⁻1 nebo méně. Článková konstanta různých zařízení pro měření vodivosti se pohybuje od 0,01 do 100 cm-1

Pro získání vodivosti z naměřené vodivosti se používá následující vzorec:

σ = K ∙ G

kde

σ je vodivost roztoku v S/cm,

K je buněčná konstanta v cm⁻¹,

G je vodivost buňky v siemens.

Článková konstanta se obvykle nevypočítává, ale měří se pro konkrétní měřicí zařízení nebo sestavu pomocí roztoku o známé vodivosti. Tato naměřená hodnota se zadá do měřiče, který automaticky vypočítá vodivost z naměřené vodivosti nebo odporu. Protože vodivost závisí na teplotě roztoku, obsahují přístroje pro měření vodivosti často teplotní čidlo, které umožňuje měření teploty a poskytuje automatickou teplotní kompenzaci (ATC) na standardní teplotu 25°C.

Nejjednodušší metodou měření vodivosti je přivedení napětí na dvě ploché elektrody ponořené do roztoku a měření výsledného proudu. Toto se nazývá potenciometrická metoda. Podle Ohmova zákona je vodivost G poměr proudu I k napětí V :

G = I/V

Věci však nejsou tak jednoduché, jak se zdají. Obtíží je mnoho. Při použití stejnosměrného napětí se v blízkosti povrchů elektrod mohou hromadit ionty a na površích může docházet k chemickým reakcím. To povede ke zvýšení polarizačního odporu na površích elektrod, což zase může vést k chybným výsledkům. Pokud se pokusíme změřit odpor např. roztoku chloridu sodného pomocí multimetru, jasně uvidíme, že údaj na displeji se poměrně rychle zvyšuje. Ke zmírnění tohoto problému se často používají čtyři elektrody místo dvou.

Polarizaci elektrod lze zabránit nebo ji omezit aplikací střídavého proudu a úpravou měřicí frekvence. Nízké frekvence se používají k měření nízké vodivosti, kde je polarizační odpor poměrně malý. Vyšší frekvence se používají k měření vysokých hodnot vodivosti. Frekvence se obvykle automaticky upravuje s ohledem na naměřenou vodivost roztoku. Moderní digitální 2-elektrodové měřiče vodivosti obvykle používají složité průběhy střídavého proudu a teplotní kompenzaci. Jsou kalibrovány v továrně a často je nutná rekalibrace v terénu kvůli neustálým změnám článku s časem. Může být změněn kontaminací nebo fyzikálně-chemickou úpravou elektrod.

V tradičním 2-elektrodovém měřiči vodivosti se mezi dvě elektrody přivádí střídavé napětí a měří se výsledný proud. Tento měřič, i když je jednoduchý, má jednu nevýhodu — měří nejen odpor roztoku, ale také odpor způsobený polarizací elektrod. Pro minimalizaci vlivu polarizace se často používají 4-elektrodové články, stejně jako platinované články pokryté platinovou černí.

Zařízení pro měření elektrické vodivosti se často používají k měření celkových rozpuštěných pevných látek (TDS) . Je to míra celkové hmotnosti všech organických a anorganických látek obsažených v kapalině v různých formách: ionizované, molekulární (rozpuštěné), koloidní a suspendované (nerozpuštěné). Rozpuštěné pevné látky označují jakékoli anorganické soli, většinou vápník, draslík, hořčík, sodík, chloridy, hydrogenuhličitany a sírany a některé organické látky rozpuštěné ve vodě. Pevné látky obsažené v kapalině, která je uvažována pro TDS, musí být buď rozpuštěné, nebo ve formě velmi malých částic, které zůstanou roztokem po filtraci přes filtr s velmi malými póry (2 mikrometry nebo méně). Látky, které jsou trvale suspendovány v roztoku, ale nemohou projít filtrem, se nazývají celkové suspendované pevné látky nebo TSS . Celkové rozpuštěné pevné látky se obvykle měří ve vodě, aby se určila její kvalita.

Druhá metoda není tak přesná jako gravimetrická analýza. Vodivostní metoda je však nejpohodlnější, nejužitečnější, nejrozšířenější a nejrychlejší metoda, protože jde o jednoduché měření vodivosti a teploty, které lze provést během několika sekund pomocí levného zařízení. Tuto metodu lze použít, protože elektrická vodivost vody přímo souvisí s koncentrací ionizovaných látek rozpuštěných ve vodě. Je zvláště užitečný pro účely kontroly kvality, jako je kontrola pitné vody nebo odhad celkového počtu iontů v roztoku.

Měření vodivosti je závislé na teplotě, to znamená, že pokud se teplota zvýší, zvýší se také vodivost, protože ionty v roztoku se pohybují rychleji. Pro získání teplotně nezávislých měření byl zaveden koncept referenční teploty. Umožňuje porovnání výsledků vodivosti získaných při různých teplotách. Měřič vodivosti tak může měřit skutečnou vodivost a teplotu a poté pomocí funkce korekce teploty automaticky převést naměřenou hodnotu na referenční teplotu 20 nebo 25 °С. Pokud je nutná velmi vysoká přesnost, lze vzorek vložit do termostatu a poté bude měřidlo zkalibrováno na přesně stejnou teplotu, která se používá pro měření.

Většina moderních měřičů vodivosti obsahuje vestavěný snímač teploty, který lze použít pro korekci teploty i pro měření teploty. Nejsofistikovanější měřiče mohou měřit a zobrazovat vodivost, měrný odpor, salinitu, TDS a koncentraci. Všechny však měří pouze vodivost a teplotu a následně vypočítají potřebnou fyzikální hodnotu a provedou teplotní kompenzaci.

Experiment: Měření TDS a vodivosti

Provedeme několik experimentů s použitím levného TDS metru. Je třeba poznamenat, že dvě skutečné fyzikální hodnoty, které toto zařízení měří, jsou odpor roztoku mezi dvěma elektrodami a teplota roztoku.

Měřič TDS vám pomůže zjistit celkové množství rozpuštěných pevných látek v jakékoli aplikaci, jako je sledování kvality pitné vody nebo testování hladiny soli ve sladkovodních akváriích a jezírkách nebo testování systému filtrace a čištění vody, abyste věděli, kdy je třeba vyměnit filtry a membrány. Měřidlo je kalibrováno pomocí 342 ppm roztoku chloridu sodného NaCl. Jeho rozsah je 0–9990 ppm nebo mg/l. PPM je částí na milion. Je to bezrozměrná veličina. Například hmotnostní koncentrace 5 mg/kg = 5 mg v 1 000 000 mg = 5 dílů na milion. Stejně jako procento znamená ze sta, jednotky na milion znamenají z milionu. Proto je PPM způsob měření koncentrace velmi zředěných roztoků.

Měřič skutečně měří vodivost mezi dvěma elektrodami (což je převrácená hodnota odporu), poté výsledek přepočítá na elektrickou vodivost (často zkráceně EC) pomocí výše uvedeného vzorce a známé konstanty článku K, poté provede další přepočet, vynásobením vodivosti přepočítacím faktorem 500. Výsledek těchto výpočtů je zobrazen ve formě TDS v ppm. Tyto výpočty probereme níže.

TDS metr nelze použít k testování vody s vysokou koncentrací solí. Příkladem látek s vysokou koncentrací solí jsou některé potravinářské produkty a mořská voda.

Maximální koncentrace NaCl, kterou může zařízení změřit, je 9990 ppm nebo přibližně 10 g/l. To je pouze normální koncentrace soli v mnoha potravinářských výrobcích. Tento měřič také nebude schopen kontrolovat slanost mořské vody, která je přibližně 35 gramů na litr nebo 35 000 ppm, což je mnohem více, než dokáže toto zařízení změřit. Pokud se pokusíte změřit TDS takto koncentrovaného elektrolytu, měřič ukáže Err.

TDS měří vodivost a pro kalibraci používá stupnici 500 (NaCl). To znamená 1,0 mS/cm x 500 = 500 ppm. V mnoha odvětvích existuje mnoho různých měřítek. Například v hydroponii se obvykle používají tři stupnice: stupnice 500, 640 a 700. Rozdíl mezi nimi je v jejich použití. Stupnice 700 je založena na měření koncentrace chloridu draselného KCl v roztoku:

1,0 mS/cm x 700 činí 700 ppm

Stupnice 640 používá konverzní faktor 640 pro převod z mS/cm na ppm:

1,0 mS/cm x 640 činí 640 ppm

Pro náš experiment nejprve změříme celkové množství rozpuštěných pevných látek v destilované vodě. Měřič ukazuje 0 ppm a multimetr ukazuje 1,21 MΩ.

Připravíme si 1000 ppm roztok NaCl a změříme jeho ppm metrem. K přípravě 100 ml roztoku budeme potřebovat 100 mg chloridu sodného a až 100 ml destilované vody. Pro přípravu roztoku dáme chlorid sodný do odměrného válce, přidáme trochu destilované vody a mícháme, dokud se veškerý chlorid sodný nerozpustí. Poté přidejte destilovanou vodu po značku 100 ml a znovu dobře promíchejte.

TDS-3 měří 955 ppm. Vodivost tohoto roztoku by měla být 1000 ppm / 500 = 2 mS/cm (NaCl nebo stupnice 500).

Pro experimentální stanovení vodivosti jsme připravili dvě elektrody vyrobené ze stejného materiálu, s velikostí a vzdáleností mezi nimi přesně jako v TDS. Poté jsme změřili odpor mezi elektrodami. Naměřený odpor byl 2,5 kΩ.

Nyní, když známe odpor a ppm, můžeme přibližně vypočítat buněčnou konstantu TDS-3 pomocí výše uvedeného vzorce:

K = σ/G = 2 mS/cm x 2,5 kΩ = 5 cm⁻¹

• D = 0,5 cm je vzdálenost mezi elektrodami
• W = 0,14 cm je šířka elektrody
• L = 1,1 cm je délka elektrody

Buněčná konstanta článku TDS-3 je K = D/A = 0,5/0,14 x 1,1 = 3,25 cm-1. To je o něco méně než hodnota 5 cm⁻¹. Všimněte si, že vzorec pro výpočet buněčné konstanty může poskytnout pouze přibližnou hodnotu.

Tento článek napsal Anatolij Zolotkov