What is water softening? Explain its different methods.

202410M
Model Answer

Water Softening: Meaning and Industrial / Chemical Methodologies:

  1. Definition: The physical or chemical elimination of multivalent dissolved metal cations—primarily Calcium (Ca²⁺) and Magnesium (Mg²⁺)—from hard water to prevent boiler scale formation and restore lathering efficiency.
  2. Methods for Removal of Temporary Hardness (Due to Bicarbonates):
    • Thermal Boiling: Decomposes soluble bicarbonates into insoluble precipitates:
      Ca(HCO3)2 → CaCO3↓ + H2O + CO2↑
    • Clark's Lime Method: Calculated addition of slaked lime [Ca(OH)2] precipitating insoluble carbonates:
      Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 → 2CaCO3↓ + 2H2O
  3. Methods for Removal of Permanent Hardness (Due to Chlorides and Sulphates):
    • Washing Soda Process: Adding soda ash (Na2CO3) to precipitate insoluble metal carbonates:
      MgSO4 + Na2CO3 → MgCO3↓ + Na2SO4
    • Zeolite / Permutit Process: Passing hard water through a bed of hydrated sodium aluminum silicate (Na2Z), exchanging hard Ca²⁺/Mg²⁺ ions with harmless Na⁺ ions. Regenerated using 10% brine solution (NaCl).
    • Synthetic Ion-Exchange Resin Method (Demineralization): Passing water through Cation Exchange Resins (RH⁺ exchanging Ca²⁺/Mg²⁺ with H⁺) and Anion Exchange Resins (ROH⁻ exchanging SO4²⁻/Cl⁻ with OH⁻), yielding pure de-ionized water.

हिंदी में प्रश्न एवं आदर्श उत्तर

जल मृदुकरण क्या है? इसकी विभिन्न विधियों की व्याख्या कीजिए।

जल मृदुकरण (Water Softening) एवं इसकी प्रमुख विधियाँ:

  1. जल मृदुकरण का अर्थ: कठोर जल में उपस्थित कैल्शियम (Ca²⁺) और मैग्नीशियम (Mg²⁺) के घुलनशील आयनों (जो साबुन के साथ झाग नहीं बनने देते) को हटाकर जल को मृदु (Soft Water) बनाने की प्रक्रिया।
  2. अस्थायी कठोरता (Temporary Hardness - बाइकार्बोनेट्स के कारण) दूर करने की विधियाँ:
    • उबालना (Boiling): जल को उबालने पर घुलनशील बाइकार्बोनेट्स अघुलनशील कार्बोनेट्स में बदलकर नीचे बैठ जाते हैं जिन्हें छान लिया जाता है।
      Ca(HCO3)2 → CaCO3↓ + H2O + CO2↑
    • क्लार्क विधि (Clark's Process): निश्चित मात्रा में बुझा हुआ चूना [Ca(OH)2] मिलाने पर अघुलनशील कार्बोनेट्स अवक्षेपित हो जाते हैं।
  3. स्थायी कठोरता (Permanent Hardness - क्लोराइड्स व सल्फेट्स के कारण) दूर करने की आधुनिक विधियाँ:
    • धावन सोडा विधि (Washing Soda Process): सोडियम कार्बोनेट (Na2CO3) मिलाने पर Ca/Mg कार्बोनेट के रूप में अवक्षेपित होते हैं।
      CaCl2 + Na2CO3 → CaCO3↓ + 2NaCl
    • जियोलाइट / परम्यूटिट विधि (Permutit Process): हाइड्रेटेड सोडियम एल्युमिनियम सिलिकेट (जियोलाइट - Na2Z) के माध्यम से जल प्रवाहित करने पर सोडियम आयन कठोरता पैदा करने वाले Ca²⁺ और Mg²⁺ आयनों से बदल जाते हैं (Ion-exchange)।
    • आयन विनिमय राल विधि (Synthetic Ion-Exchange Resin Method): कैटायन एवं एनायन रेजिन का उपयोग कर जल से सभी लवण हटाकर 'विखनिजीकृत जल' (Demineralized Water) प्राप्त करना (सर्वाधिक शुद्ध विधि)।
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