HỎI ĐÁP VỀ KHOA HỌC NƯỚC

Sự khác biệt (nếu có) giữa muối khoáng, khoáng chất hòa tan và ion khoáng là gì?

Muối, trong hóa học, đề cập đến bất kỳ hợp chất ion nào (IUPAC, 1990). Ví dụ, muối ăn, natri clorua, là một hợp chất ion bao gồm các ion natri (Na⁺) và clorua (Cl^–). Khoáng chất đề cập đến các hợp chất hóa học được hình thành tự nhiên trên đá hoặc Trái đất, không được tạo ra bởi các quá trình sống. Do đó, muối khoáng là hợp chất ion xuất hiện tự nhiên, và chúng bao gồm muối ăn cũng như nhiều loại muối khác được tìm thấy hoặc sử dụng trong nước chiết xuất, chẳng hạn như magie sunfat (muối Epsom).

Khoáng chất hòa tan đề cập đến các chất khoáng hòa tan trong nước. Khi muối được hòa tan trong nước, nó sẽ tách ra – các ion dương và âm của nó tách biệt hoàn toàn. Natri clorua hòa tan trong nước không còn tồn tại dưới dạng hợp chất; thay vào đó nó tồn tại dưới dạng các ion natri và clorua riêng lẻ hòa tan trong nước. Ion khoáng đề cập đến bất kỳ ion nào trong số các ion này.

Có phải tất cả các muối khoáng đều là hợp chất?

Hợp chất là bất kỳ chất nào được hình thành từ hai hoặc nhiều nguyên tố hóa học liên kết hóa học với nhau. Trong muối khoáng rắn, các nguyên tố liên quan được liên kết với nhau bằng liên kết ion, một loại liên kết hóa học, vì vậy đây được coi là các hợp chất. Khi muối hòa tan trong nước, liên kết ion bị phá vỡ và các ion tách ra, do đó các nguyên tố hóa học không còn được coi là hợp chất .

Muối ăn phân phân giải trong nước. Điều đó cũng đúng với muối khoáng?

Có, tất cả các muối phân giải hoàn toàn khi hòa tan trong nước. Muối ăn là một ví dụ về muối khoáng

Tuy nhiên, một số muối hòa tan tốt hơn các loại khác; ngược lại, cũng có một số muối ít hòa tan (như canxi cacbonat ), chỉ có thể hòa tan một phần . Trong trường hợp này, một số ion sẽ hòa tan trong nước và phân giải hoàn toàn, nhưng một số sẽ vẫn là chất rắn. Các hạt nhỏ canxi cacbonat rắn có thể lan rộng khắp mặt nước và tạo ra huyền phù , làm cho chất lỏng đục. Hoặc canxi cacbonat rắn còn lại có thể bị lắng đọng trên bề mặt, tạo thành vôi .

Các ion khoáng được liên kết với phân tử H₂O riêng biệt, hay chúng tồn tại tự do giữa các phân tử H₂O?

Khi hòa tan trong nước, các ion được liên kết với một số phân tử nước bằng liên kết hydro. Liên kết hydro khá yếu, vì vậy chúng dễ dàng bị phá vỡ và cải tổ. Điều này cho phép ion di chuyển trong nước, liên kết với các phân tử nước khác nhau khi nó di chuyển.

Làm thế nào để các ion ‘đa hoá trị’, như các ion canxi và magie, hình thành các liên kết khác với các liên kết ion thông thường?

Các ion đa hoá trị có nhiều điện tích – ví dụ, một nguyên tử canxi mất hai electron để trở thành ion và do đó, nó có hai điện tích dương (Ca²⁺). Các ion đa hóa trị tạo thành liên kết ion theo cách chính xác giống như các ion đơn trị như natri (Na⁺), ngoại trừ mỗi ion đa hóa trị cần hai điện tích âm để cân bằng. Do đó, trong canxi clorua (CaCl₂), mỗi ion canxi liên kết với hai ion clorua, vì mỗi ion clorua chỉ có một điện tích âm duy nhất (Cl^–).

Khi nước hòa tan magie và canxi từ gốc đá, các nguyên tố đó xâm nhập vào nước chỉ đơn giản là Mg²⁺và Ca²⁺ hay chúng ngay lập tức tạo liên kết với một số nguyên tố khác?

Magie và canxi được hình thành trong trong gốc đá chỉ là muối khoáng – ví dụ, như canxi cacbonat và magie sunfat. Trong các muối khoáng, các nguyên tố này có mặt dưới dạng cation (Mg²⁺ và Ca²⁺⁾ liên kết với các anion khác nhau. Trong trường hợp này, các ion đó là clorua (Cl ^–) và sunfat (SO₄ ^2-). Khi nước đi qua lớp vỏ, một số muối này hòa tan trong nước và các ion tách ra, bao gồm cả cation canxi / magie và các anion tương ứng hòa tan trong nước.

Có phải ‘2’ trong Mg² ⁺khác với ‘2’ trong H₂O không?

Đúng. Trong hóa học, các số được viết bằng chỉ mục (ví dụ, viết tắt H₂O) cho bạn biết số nguyên tử của nguyên tố đó có trong một hợp chất . Vì vậy, trong trường hợp nước, ‘2’ cho bạn biết H₂O chứa hai nguyên tử hydro và một nguyên tử oxy.

Các số được viết bằng siêu ký tự (ví dụ: trong chữ viết tắt Mg²⁺) cho bạn biết số lượng điện tích mà một ion có. Magiê mất hai electron để tạo thành ion, do đó nó thu được hai điện tích dương. Clorua cần một electron để trở thành ion, do đó nó thu được một điện tích âm (C ^–). Do các điện tích phải cân bằng trong một muối, magiê clorua bao gồm hai ion clorua cho mỗi ion magiê, do đó được viết là MgCl₂.

Độ cứng vĩnh cửu có bất kỳ tác động tiềm tàng trong việc hình thành tắc nghẽn, ví dụ, trường hợp nồi hơi máy espresso?

Limescale chủ yếu bao gồm canxi cacbonat, được hình thành bởi canxi bicarbonate hòa tan bị phá vỡ khi nước sôi. Khi điều này xảy ra, canxi cacbonat không hòa tan vào dung dịch mà kết tủa và tạo thành một cặn rắn gọi là limescale .

Bởi vì đun sôi nước sẽ loại bỏ canxi bicarbonate khỏi nước, nó được gọi là độ cứng tạm thời.

Độ cứng vĩnh cửu liên quan đến các muối canxi và magie khác hòa tan trong nước không được loại bỏ bằng cách đun sôi. Bởi vì những thứ này không kết tủa khi nước được đun sôi, chúng không đóng góp đáng kể vào việc gây tắc nghẽn, hoá vôi.

Thuật ngữ ‘năng lượng liên kết’ có nghĩa là gì? Nó có nghĩa là sức mạnh hòa tan?

Năng lượng liên kết đề cập đến sức mạnh của liên kết hóa học; một năng lượng liên kết cao tạo thành một liên kết khó phá vỡ. Trong bài báo về tác dụng của cation trong chiết xuất (Hendon et al., 2014), nhà hóa học Christopher Hendon đề cập đến cách các ion kim loại hòa tan Ca²⁺ và Mg²⁺ liên kết với các hợp chất hương vị trong cà phê. Bởi vì các ion này hòa tan trong nước, liên kết mạnh với các hợp chất hương vị giúp kéo chúng vào trong nước ₂ thay đổi các liên kết mạnh được hình thành với các ion hòa tan giúp phá vỡ các liên kết yếu hơn gắn các hợp chất hương vị lên bề mặt hạt cà phê.

Có sự khác biệt giữa độ cứng chung và độ cứng tổng?

Không, các điều khoản và khái niệm là đồng nghĩa.

Cách đo tổng chất rắn hòa tan (TDS)có giống cách đo độ cứng chung (GH) không?

Độ cứng đề cập đến nồng độ của các ion kim loại đa hóa trị trong nước, thường được biểu thị dưới dạng tương đương canxi. Nói cách khác, nó đề cập đến phần triệu cho số lượng ion này nếu bạn cho rằng chúng đều là canxi. Đối với một giải pháp có chứa các phần canxi và magiê clorua bằng nhau, các phép đo TDS và GH sẽ khác nhau đôi chút vì phép đo GH sẽ xử lý tất cả các cation như thể chúng là canxi, trong khi TDS nên chiếm các kích thước khác nhau của các ion magie và canxi.

Nhiều chất rắn khác thường hòa tan trong nước, chẳng hạn như natri clorua, không đóng góp vào độ cứng – chúng sẽ đóng góp vào TDS nhưng không đóng góp cho GH. Kết quả là, trong nước uống, phép đo TDS thường khác hoàn toàn so với phép đo GH.

Tôi hiểu rằng độ cứng carbonate (KH)không thực sự là phép đo hàm lượng khoáng chất, mà thay vào đó, phép đo tiềm năng đệm được tạo ra bởi các ion tích điện âm. Điều đó có nghĩa là tôi có thể trừ các giá trị KH của mình khỏi các giá trị GH của mình để ước tính độ cứng vĩnh cửu của nước?

KH (độ cứng cacbonat hoặc độ cứng tạm thời) là thước đo các ion cacbonat và bicarbonate trong nước. Các ion này được loại bỏ khi nước sôi, tạo thành cặn canxi cacbonat ( limescale ). Độ cứng còn lại được gọi là độ cứng vĩnh cửu. Độ cứng vĩnh cửu và độ cứng tạm thời, được cộng lại với nhau, là tổng độ cứng hoặc độ cứng chung (GH) . Do đó, sự khác biệt giữa tổng độ cứng (GH) và độ cứng tạm thời (KH) chính xác là độ cứng vĩnh cửu của bạn.

Làm thế nào để liên kết cation H+ với H₂O? Liệu nó có hình thành liên kết ion của riêng nó với phía âm của phần oxy của phân tử nước?

Trong nước, các nguyên tử hydro và oxy tạo thành liên kết cộng hóa trị. Trong loại liên kết này, các nguyên tử hydro và oxy chia sẻ hai electron, thay vì một nguyên tử mất một electron và một nguyên tử thu được một. Khi một axit được hòa tan trong nước, các ion hydro được giải phóng từ liên kết cộng hóa trị với các phân tử nước tạo thành các ion H₃O⁺.

Trong phân tử H₂O, mỗi nguyên tử hydro đóng góp một electron vào liên kết; cái kia đến từ nguyên tử oxy. Trong H₃O ⁺ ion, cả hai electron trong các trái phiếu đến từ các nguyên tử oxy, nhưng họ được chia sẻ giữa oxy và các nguyên tử hydro, tạo thành một phối hợp liên kết hóa trị.

Nguồn tham khảo

• CH Hendon, L Colonna-Dashwood, and M Colonna-Dashwood. 2004. “The Role of Dissolved Cations in Coffee Extraction,” Journal of Agricultural and Food Chemistry.  doi: 10.1021/jf501687c (https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/jf501687c)
• International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC), 1990. IUPAC Nomenclature of Inorganic Chemistry, 3d ed. (the Red Book), p.118. Royal Society of Chemistry. ISBN 0-632-02494-1

Nguồn: Barista Hustle

Link: https://www.baristahustle.com/blog/water-science-faq/

Biên dịch: 43 Factory Coffee Roaster