Известь и магнезию, составляющие постоянную жесткость, можно удалить добавлением карбоната натрия (кальцинированной соды или кристаллической соды); но это дорого в больших масштабах, и, поскольку в воде остается эквивалентное количество сульфата или хлорида натрия, это для большинства целей сомнительно с точки зрения выгоды, хотя в некоторых случаях полезно для питательной воды котлов. При использовании для этой цели воду по возможности следует смягчать и отстаивать перед использованием, вместо того чтобы добавлять соду непосредственно в котел, как это обычно делается. Сода является активным ингредиентом многих составов для котлов. Для предотвращения накипи большинство дубильных материалов или даже отработанные дубильные растворы весьма эффективны, а опасность любого коррозионного воздействия уменьшается добавлением порции кальцинированной соды. Насколько известно в настоящее время, с точки зрения дубления вряд ли необходимо проводить различие между известью и магнезией, которые можно рассматривать просто как «жесткость». Жесткая вода, вероятно, медленнее размягчает сухие шкуры, хотя возможно, что наблюдаемая разница во многих случаях может быть обусловлена более низкой температурой колодцев, из которых обычно берется жесткая вода. В самих известковых растворах жесткость воды не может оказывать заметного влияния, хотя если используется только сульфид натрия, происходит определенный расход из-за временной жесткости, что может сделать целесообразным добавление небольшого количества извести. Именно при промывке шкур после известкования влияние ощущается наиболее отчетливо. Если известкованные шкуры после удаления волоса поместить в воду с большой временной жесткостью, происходит то же действие, что и в процессе смягчения воды Кларка, и мел откладывается на поверхности шкур, делая их жесткими и склонными к «фризеванию» или огрублению мереи при сгонке, а также вызывая плохой цвет из-за соединения с органическими кислотами растворов. Обычным, но не вполне удовлетворительным средством является добавление небольшого количества извести, или, что еще лучше, нескольких ведер известкового раствора в воду перед погружением шкур. Лучший план — использовать надлежащим образом смягченную воду. Постоянная жесткость в этом отношении не вредна.
Жесткость воды и растворенный в ней углекислый газ вместе с ее температурой являются основными факторами, определяющими, будет ли шкура набухать или опадать в ней. Почти единственное точное исследование этого вопроса было проведено В. Эйтнером («Der Gerber», iii. 183). Он помещал куски шкуры, очищенные от волоса путем потения, совершенно плоские и опавшие, в воду на 4 дня при температуре 46° F (8° C) со следующими результатами:
1. In distilled water
Scarcely at all plumped.
2. " water saturated with CO2
Well plumped.
3. " " with lime bicarbonate, 20° German
scale of hardness } Tolerably plump.
4. " " " magnesia bicarbonate, 20° do.
do. do.
5. " " " lime sulphate, 20° do.
Well plumped.
6. " " " magnesia sulphate, 20° do.
Best plumped.
7. " " " magnesium chloride, 20° do.
Not at all plumped.
8. " " " common salt, 20° do.
do. do.
(1 German degree of hardness corresponds to 1 of lime in 100,000.)
Особенности, проявленные кусками шкуры при извлечении из воды, сохранялись на протяжении всего дубления, которое проводилось по подобию немецкого метода: шкура набухала и прокрашивалась в слабых растворах березовой коры, приготовленных на дистиллированной воде и подкисленных в каждом случае равными количествами молочной кислоты, а затем окончательно укладывалась для дубления в смесь дубовой коры и валонии. № 6, из сульфата магния, был лучшим; затем № 2; № 3 был менее хорош, но все куски с 1 по 6 были твердыми, плотными и имели хорошее наполнение и текстуру, причем № 1 хорошо набух в кислом растворе. С другой стороны, 7 и 8 почти не набухли в растворе, а оставались плоскими на протяжении всего процесса, были более рыхлыми, тонкими и имели более тонкое волокно. Из этого эксперимента ясно, что, хотя сульфаты и карбонаты оказывают благоприятное влияние на набухание, хлориды действуют наоборот, не только не вызывая набухания сами по себе, но и приводя шкуры в неблагоприятное состояние для набухающего действия кислот в растворах. Эти эксперименты полностью подтверждаются опытом автора на практике. Вода на кожевенном заводе Лоулайтс, которая в сухую погоду в основном получается из пластов того, что изначально было морским песком, и которая, следовательно, содержит очень аномальную долю хлоридов (до 68 частей NaCl на 100 000), требует особого и очень тщательного обращения для получения толстой кожи, несмотря на то, что она содержит значительное количество сульфатов кальция и магния. Эти факты также указывают на важность тщательного удаления соли из шкур, предназначенных для подошвенной кожи. Набухание не является желательным для кожи, предназначенной для отделочных целей, и возможно, что использование небольшого процента соли в растворах или промывочных водах могло бы позволить обойтись без мягчения. Подобно мягчителю, соль растворяла бы небольшую часть дермы (см. стр. 19). Практических средств удаления хлоридов из воды не существует, но Эйтнер предлагает добавление небольшого количества серной кислоты к воде, содержащей большую временную жесткость (бикарбонаты), благодаря чему она превращается в постоянную (сульфаты), которая, как мы видели, лучше способствует набуханию. Для этой цели требуется около 2,8 унции обычного английского купоросного масла (уд. вес 1,490) на 100 куб. футов воды на каждую часть извести Ca(OH)2 на 100 000 (тестирование воды см. на стр. 97). Более простой ориентир — добавлять столько, чтобы лакмусовая бумага окрашивалась в фиолетовый, но не в красный цвет, даже после перемешивания ее в воде в течение нескольких минут. Кислоту, конечно, необходимо тщательно перемешать путем погружения. Следует иметь в виду, что эксперимент Эйтнера проводился на потных шкурах, и что с известкованной шкурой, которая поддерживается в набухшем состоянии благодаря растворенной извести, удерживаемой в шкуре, условия иные, и в отношении углекислого газа и бикарбонатов, вероятно, были бы получены другие результаты. Оба они превратили бы известь в шкуре в мел, который является одновременно нерастворимым и инертным, и шкура, вероятно, опала бы, во всяком случае до тех пор, пока известь полностью не карбонизировалась, в то время как шкуры оставались бы наиболее набухшими в водах, наиболее свободных от веществ, способных нейтрализовать известь. Одной из вод, наиболее эффективных для набухания известкованных шкур, является вода реки в Линкольне. Ее жесткость и содержание хлора по сравнению с водой Лоулайтс в сухую погоду:
Per 100,000.
Lincoln, permanent hardness 8·43, temporary 8·32, chlorine 2·60 pt.
Lowlights, " " 60·5, " 45·0 " 41·7 "
Обе воды содержат значительное количество органических веществ, и обе обязаны своей жесткостью отчасти магнезии. Из этого мы могли бы сделать вывод, что, как и следовало ожидать априори, чем мягче вода, тем более набухшими остаются в ней известкованные шкуры. Однако г-н С. Л. Эванс сообщил мне, что в воде Дартмура, которая очень мягкая, но торфяная, шкуры быстро опадают. В этом случае красящие вещества торфа, которые по своей природе являются очень слабыми кислотами, вероятно, нейтрализуют известь. Можно также отметить, что везде, где присутствуют условия гниения или разлагающихся органических веществ, шкуры быстро опадают по тем же причинам, что и при мягчении.
Хотя вредное воздействие бикарбонатов на известкованную шкуру является общеизвестным фактом, их влияние на растворы и дубление изучено не так хорошо. Несомненно, что они нейтрализуют и соединяются с органическими кислотами растворов, а вероятно, и с некоторыми видами танина, и поскольку 1 часть на 100 000 составляет 1 унцию на 100 куб. футов, кислота, необходимая для нейтрализации очень жесткой воды, составляет значительную величину. Хорошо известно, что жесткая вода портит чай, и влияние жесткости на экстракцию танина — это тема, вполне заслуживающая исследования, которую автор надеется изучить.
При крашении, по крайней мере в отношении красильных деревьев, влияние бикарбонатов отчетливо благоприятно, и это также считается верным для вайды, кошенили и индигокармина.
Помимо солей извести и магнезии, вода может содержать сульфаты и хлориды натрия и калия; но не карбонаты этих оснований при наличии постоянной жесткости. В мягких водах иногда присутствуют карбонаты, которые образуют карбонат кальция в известкованных шкурах. Говорят, что шкуры быстро размягчаются в такой воде. Щелочные сульфаты, как известно, не оказывают вредного действия, а о хлоридах уже говорилось. Железо может присутствовать в растворе в виде бикарбоната, но не в какой-либо другой форме при наличии бикарбоната кальция. Оно полностью удаляется вместе с временной жесткостью по методу Кларка или при кипячении. Железо гораздо чаще встречается просто во взвешенном состоянии, в виде ила, но оно всегда нежелательно. Большинство вод содержат немного кремниевой кислоты и глинозема, а некоторые — значительные количества. Говорят, что такие воды делают кожу жесткой, но автору неизвестны случаи их использования в Англии; и их встречаемость сравнительно редка.
Для сравнения анализы нескольких родниковых и речных вод приведены на стр. 89.
Анализы различных вод.
Thames, at Kew. Thames, at London Bridge. Severn, Wales. Thirlmere. Rhine, Basle. Spring, Witley, Surrey. Spring, Watford, Herts. Artesian, Well Trafalgar Square. Ripley's, Well Holbeck, Yorks. Well, Council Acad., Vienna. River Witham, Lincoln. Beamhouse well, Lowlights.
Total solids
31·0
40·8
3·87 5·15 16·9 7·6 33·8 84·9 150·4 212·2
33·0 ..
Ca
7·6
8·21
·3 ·43 5·55 ·81 11·0 1·56 1·22 19·6
6·08 ..
Mg
·47 ·2 ·12 ·48 ·18 .. ·84 ·42 10·4
.. ..
Na
·87
1·43
·6 ·49 ·06 ·64 1·1 29·4 58·1 41·1
.. ..
K
·39
·17
·1 .. .. ·23 .. ·85 ·83 10·5
.. ..
CO3
10·53
6·94
·2 1·09 8·62 trace 15·6 11·3 39·8 97·6
.. ..
SO4
3·95
3·22
1·3 ·75 1·54 1·33 ·68 20·6 1·03 26·7
7·59 ..
Cl
1·21
6·36
·8 1·1 ·15 1·28 1·21 16·5 45·2 3·5
2·60 21·8
SiO2
·63
·18
·2 ·07 ·21 1·23 1·16 ·57 2·63 ·3
.. ..
Temporary Hardness
20·0
..
·9 ·7 .. 2·8 .. .. .. ..
8·0 39·7
Permanent hardness 8·4 48·0
ГЛАВА VI.
МЕТОДЫ ХИМИЧЕСКОГО АНАЛИЗА ДЛЯ КОЖЕВЕННОГО ЗАВОДА.
Предполагается, что читатель обладает элементарными знаниями по химии и общими навыками лабораторных работ; но, рискуя предоставить информацию, которая многим уже знакома, необходимо кратко объяснить принципы, лежащие в основе тех методов тестирования, которые наиболее применимы для технических целей.
Стандартные растворы. — Если 40 г чистой каустической соды (NaHO) растворить в воде и добавить немного настойки лакмуса, она окрасится в ярко-синий цвет. Если теперь добавлять соляную кислоту, по капле, лакмус в конце концов станет фиолетовым, и еще одна капля превратит его в ярко-красный. В этой точке жидкость не является ни кислой, ни щелочной, и если ее выпарить досуха, не останется ничего, кроме 58,5 г поваренной соли (NaCl), в то время как 18 г воды образуются и улетучатся. Таким образом, мы использовали ровно 36,5 г чистой HCl, и если мы растворим 40 г каустической соды в 1 литре воды, а 36,5 г чистой HCl в другом, равные части этих жидкостей всегда будут точно нейтрализовать друг друга, образуя только поваренную соль и воду. Очевидно, что если у нас есть раствор соды указанной концентрации, мы можем найти количество соляной кислоты в любом растворе неизвестной концентрации, посмотрев, сколько его требуется для нейтрализации, скажем, 10 куб. см (= 0,4 г соды) известного раствора. Вместо 40 г каустической соды мы можем взять 56 г поташа на литр, и он точно нейтрализует равный объем соляного раствора, содержащего 36,5 г. Если, опять же, мы приготовим раствор, содержащий 49 г чистой серной кислоты (SO4H2) на литр, он нейтрализует точно равный объем раствора соды или поташа, будучи, таким образом, точно эквивалентным раствору HCl. Такие растворы называются нормальными, и любой нормальный кислотный раствор нейтрализует равный объем любой нормальной щелочи, и наоборот. Для многих целей нормальные растворы слишком сильны, и предпочтительнее растворы, содержащие 1/10 количеств, необходимых для нормального раствора; такие растворы называются децинормальными. Все растворы, содержащие известные количества химических веществ и предназначенные для использования в объемном анализе, называются стандартными растворами.
Индикаторы. — Настойка лакмуса, используемая для показа того, когда раствор точно нейтрален, называется индикатором, и многие материалы используются аналогичным образом в различных аналитических процессах. Так, раствор индиго в процессе Левенталя является индикатором. Более полезным индикатором для целей кожевенного производства, чем лакмус, является «метиловый оранжевый» д-ра Лунге, который безразличен к углекислому газу и поэтому может использоваться в холодном состоянии с растворами щелочных карбонатов; их гораздо легче приготовить и сохранить, чем растворы каустических щелочей, необходимых при использовании лакмуса. Он очень чувствителен к минеральным кислотам, но не в равной степени к органическим. Его можно приобрести у Messrs. Mawson and Swan в Ньюкасле; и поскольку для каждого теста требуется лишь ничтожное количество, он действительно дешевле лакмуса, и нескольких граммов хватит на всю жизнь. Его необходимо растворять в воде, и для каждого титрования брать не более 2 или 3 капель. (Титрование означает оценку с помощью стандартного раствора.) Другие индикаторы будут названы в связи с аналитическими методами, в которых они используются.
Fig. 9.
Инструменты. — Для практического проведения анализа с помощью стандартных растворов требуются мерные сосуды. Одна или несколько колб, отмеченных на горлышке для удержания точных количеств (рис. 9), по крайней мере одна, вмещающая 1 литр, являются обязательными. Один или два градуированных цилиндра (рис. 10), вмещающих 100 куб. см и разделенных на десятые доли куб. см, очень полезны, и хорошо также иметь один, вмещающий литр и снабженный пробкой (рис. 11). Это называется «тестовым смесителем», но он не является абсолютно необходимым.
Рис. 10.
Рис. 11.
Рис. 12.
Рис. 13.
Рис. 14.
Пипетки (рис. 12) — это трубки с отметкой на стержне, с помощью которой можно отбирать точные количества жидкости. Необходимы несколько штук вместимостью 5, 10, 20 и 25 куб. см, и желательно иметь одну вместимостью 10 куб. см, разделенную на десятые доли. Самым важным из всех является бюретка (рис. 13). Если можно приобрести только одну, это должна быть бюретка Мора со стеклянным краном, но поскольку щелочные растворы склонны заклинивать стеклянные краны, хорошо иметь одну с краном, а другую с зажимом (рис. 14). Они должны вмещать 50 или 25 куб. см и быть разделены на десятые доли. Используемая бюретка закрепляется в штативе (рис. 15) и заполняется до верха градуировки, а количество выданного раствора затем показывается по шкале. Обычно чтение производят по нижней стороне вогнутого мениска жидкости, тщательно удерживая глаз на его уровне.
Fig. 15.
Химические весы, подходящие для приготовления стандартных растворов и общего аналитического использования, показаны на рис. 16. Коромысло снабжено стальными или горно-хрустальными призмами в центре, которые опираются на агатовые плоскости, и аналогичные призмы «a» поддерживают чашки. За исключением момента взвешивания, коромысло, а в хороших весах и чашки (в «b»), фиксируются опорами, поднимаемыми поворотом рифленой головки «c». Длинная стрелка «d», движущаяся по шкале, показывает, когда коромысло находится в горизонтальном положении; но взвешивание выполняется не ожиданием того, пока весы придут в состояние покоя, а путем отмечания того, когда колебания равны по обе стороны от нулевой точки. Разновесы, которые должны быть от 50 г и ниже, обычно латунные (предпочтительно позолоченные) до 1 г, в то время как дробные части до 0,01 г — из платиновой фольги. Миллиграммы и доли взвешиваются с помощью «райдера» из проволоки весом 0,01 г, перемещаемого вдоль коромысла (которое для этой цели градуировано как безмен) с помощью рычагов «e». Хорошие весы должны отчетливо реагировать на 0,001 г, а отличные — на 0,0001 г. Если на каждую чашку помещены равные веса, они, конечно, должны уравновешиваться, и если их поменять местами, равновесие должно сохраняться. Если нет, то плечи коромысла неравны. Веса всегда имеют незначительные погрешности, но если они от действительно хорошего производителя, они обычно настолько малы, что ими можно пренебречь, за исключением очень тонких исследований. Веса всегда следует помещать на чашку в регулярном порядке, начиная с самых тяжелых, и хорошо приучить себя считывать вес по свободным местам в коробке, а также по весам на чашке.
Fig. 16.
Хотя, конечно, наиболее важно, а для точной работы необходимо иметь как можно лучшие весы, многое можно сделать в технической работе даже с хорошей парой аптекарских весов; и большинство стандартных растворов можно купить готовыми; в то время как из двух или трех точно откалиброванных растворов можно объемным путем приготовить многие другие.
Приготовление стандартных кислотных и щелочных растворов. — На практике очень трудно получить совершенно чистую каустическую соду, свободную от воды и углекислого газа, оба из которых жадно поглощаются ею из воздуха, так что стандартный раствор практически невозможно приготовить путем прямого взвешивания вещества, как предлагалось во вводном абзаце. Однако в карбонате натрия у нас есть вещество, которое легко получить чистым и сухим и которое можно использовать почти для всех целей, для которых мог бы применяться каустический раствор. Децинормальный раствор достаточно силен для большинства работ на кожевенном заводе, хотя удобно иметь как нормальный, так и децинормальный, а запас более сильного раствора прослужит дольше и легко разбавляется до децинормальной концентрации путем добавления 1 части к 9 частям дистиллированной воды. Чтобы приготовить нормальный раствор, около 60 г чистейшего карбоната натрия помещают в фарфоровую чашку или платиновый тигель и нагревают над газовой горелкой Бунзена или спиртовкой почти докрасна, после чего дают остыть, плотно закрыв. Из соли, высушенной таким образом, 53 г точно отвешивают в стакан и растворяют в дистиллированной воде. Раствор затем переливают в мерную литровую колбу и осторожно доливают водой при температуре 59° F (15° C) до отметки на горлышке. Затем все переливают в бутыль хорошего размера с пробкой (40 унций) и энергично встряхивают в течение 5-10 минут. Это тщательное встряхивание важно для всех стандартных растворов, и без опыта никто не поверит, сколько встряхиваний требуется для равномерного смешивания раствора. Вероятно, больше трудностей у начинающих аналитиков возникает из-за пренебрежения этим вопросом, чем по любой другой причине. Чтобы приготовить децинормальный раствор, действуйте точно таким же образом, используя 5,3 г вместо 53; или разбавьте, как указано выше.