Жорсткість води є традиційною мірою здатності води реагувати з милом: жорстка вода вимагає для утворення піни значної кількості мила. Відкладення накипу в трубах гарячого водопостачання, котлах та інших побутових пристрояхвикликається твердою водою. Жорсткість води визначається розчиненими іонами полівалентних металів. У прісної водиосновними іонами, що викликають жорсткість, є кальцій та магній; мають значення також іони стронцію, заліза, барію та марганцю. Жорсткість води зазвичай визначається за допомогою реакції іонів полівалентних металів, присутніх у воді, з хелатуючими агентами, наприклад, ЕДТА, і виражається як еквівалентна концентрація карбонату кальцію. Жорсткість може оцінюватися також шляхом визначення індивідуальних концентрацій складових її компонентів, сума яких виражається через еквівалентну кількість карбонату кальцію. Ступінь жорсткості питної водикласифікується, виходячи з еквівалентних концентрацій CaCO 3 в ній, таким чином:

М'яка – 0-60 мг/л

Середня жорсткість - 60-120 мг/л

Жорстка – 120-180 мг/л

Дуже жорстка – 180 мг/л і вище.

Жорсткість класифікується також на основі еквівалентних концентрацій CaO або Ca(OH) 2 . У системі СІ рекомендується також виражати жорсткість у молях Ca 2+ на м 3 .

Незважаючи на те, що жорсткість обумовлюється катіонами, вона може розглядатися також як карбонатна (усувна) та некарбонатна (постійна) жорсткість. Карбонатна жорсткість показує кількість карбонатів і бікарбонатів у розчині, яка може бути видалена або обложена кип'ятінням. Цей тип жорсткості відповідальний за відкладення накипу у трубопроводах гарячого водопостачання та котлах. Некарбонатна жорсткість обумовлюється поєднанням іонів, що викликають жорсткість, з сульфатами, хлоридами та нітратами і визначається як "постійна жорсткість", оскільки вона не може бути усунена кип'ятінням.

Лужність як показник буферності води тісно пов'язана з жорсткістю. Лужність здебільшоговикликається аніонами або молекулярними формами слабких кислот, головним чином гідроксидами, бікарбонатами і карбонатами; за наявності у воді інших форм, таких як борати, фосфати, силікати та органічні кислоти, вони також вносять невеликий внесок у показник лужності води. Незалежно від того, які розчинені форми забезпечують лужність води, вона завжди виражається у вигляді еквівалентної кількості карбонату кальцію.

У випадках, коли лужність поверхневих вод визначається присутністю карбонатів та/або бікарбонатів, її величина зазвичай близька до величини жорсткості.

Розповсюдження жорсткої води

Основними природними джерелами жорсткості води є осадові породи, фільтрація та стік із ґрунту. Жорстка вода зазвичай утворюється в районах із щільним орним шаром та вапняними утвореннями. Для підземних вод зазвичай характерна більша жорсткість, ніж поверхневих. Підземні водибагаті карбоновими кислотами, зазвичай мають високу розчинну здатність по відношенню до грунтів і пород, що містять вимірювані кількості мінералів кальциту, гіпсу і доломіту, внаслідок чого рівні жорсткості можуть досягати декількох тисяч мг/л.

Основними промисловими джерелами жорсткості є стоки підприємств, що виробляють неорганічні хімічні речовини, та гірничодобувна промисловість. Оксид кальцію використовується у будівельній промисловості у вапняному розчині, штукатурці та інших матеріалах. Він знаходить застосування також у виробництві паперової маси та паперу, рафінуванні цукру, очищенні нафти, дубленні, очищенні води та стічних вод. Магній також використовується в різних процесах у текстильній, дубильній та паперовій промисловості. Сплави магнію знаходять широке застосування у ливарному та штампувальному виробництві, портативних верстатах, багажному устаткуванні та побутових продуктах широкого застосування. Солі магнію використовуються також у виробництві металевого магнію, добрив, кераміки, вибухових речовин та медикаментів.

Вплив на тверду воду на здоров'я

Як зазначено у статті про кальцій та магній, основними факторами, що визначають жорсткість води, є іони кальцію та магнію. Дані про негативний вплив на здоров'я, що специфічно зв'язується з високими рівнями кальцію або магнію в питній воді, відсутні.

Крім побутових незручностей внаслідок використання води з високим ступенемжорсткості, інша можлива незручність може виникати при зв'язуванні магнію з сульфат-іоном, в результаті чого вода набуває проносних властивостей.

поріг присмаку для іона кальцію в питній воді коливається від присутніх аніонів; для іона магнію поріг присмаку менший. З подальшими подробицями щодо залежності між жорсткістю води та серцево-судинними захворюваннями можна ознайомитися у частині III, де розглядаються аспекти здоров'я для неорганічних компонентів води. Рекомендовані величини вмісту у воді для кальцію та магнію не пропонуються, оскільки така величина пропонується для загальної жорсткості на основі естетичних міркувань.

Інші аспекти

М'яка вода більшою мірою схильна викликати корозію труб, і внаслідок цього в питній воді в розподільчій системі можуть бути деякі важкі метали, такі як мідь, цинк, свинець і кадмій. Ступінь такої корозії та розчинення металів є також функцією значення рН, лужності та концентрації розчиненого кисню. В деяких населених пунктахкорозія настільки сильна, що в системі водопостачання доводиться вживати спеціальних запобіжних заходів.

У районах з дуже жорсткою водою внутрішньобудинкові труби можуть забиватися окалиною, що відклалася; жорстка вода також утворює накип на кухонному посудіта збільшує споживання мила. Таким чином, жорстка вода може бути не тільки неприємною, а й економічно обтяжливою для споживача. Сприйняття жорсткості води населенням неоднаково в різних населених пунктах часто воно пов'язане з тією жорсткістю, до якої споживач звик протягом кількох років, і в багатьох населених пунктах заперечення не викликає води з жорсткістю понад 500 мг/л. Хоча, прийнятна рівновага між корозією та проблемами накипу забезпечує рівень жорсткості приблизно 100 мг CaCO 3 /л.

Як ви знаєте зі шкільного курсу хімії, у звичайній воді містяться іони кальцію та магнію. Підвищений вміст іонів Са 2+ та Mg 2+ надає воді негативна якістьзване жорсткістю.

СаСО 3 + СО 2 + Н 2 О = Са(НСО 3) 2

MgСО 3 + СО 2 + Н 2 О = Mg(НСО 3) 2

Цей процес широко здійснюється в природних умов, приводячи до винесення вапняків, що розмиваються в поверхневі води, а потім – у моря та океани.

Некарбонатна (постійна) жорсткістьобумовлена ​​присутністю у воді сульфатів, хлоридів магнію та кальцію, а також інших солей (MgSO 4 , MgCl 2 , CaCl 2).

Загальна жорсткість = карбонатна (тимчасова) жорсткість + некарбонатна (постійна) жорсткість.

У побуті будь-яка людина може зіткнутися із завданням вимірювання жорсткості води в домашніх умовах. Жорсткість негативно впливає якість різних процесів, у яких використовується вода з підвищеною жорсткістю. Чим нижчий у воді відсоток розчинених солей, тим вода м'якша і корисніша. Робота посудомийної машиникількість прального порошку, якість води в акваріумі, необхідність встановлення пом'якшувача води і т.д. Загалом, цілей багато.

У Росії жорсткість вимірюють у "градусах жорсткості" (1°Ж = 1 мг-екв/л = 1/2 моль/м3). За кордоном прийнято інші одиниці виміру жорсткості води.

Одиниці виміру жорсткості

1°Ж = 20,04 мг Ca 2+ або 12,15 Mg 2+ за 1 дм 3 води;
1°DH = 10 мг CaO 1 дм 3 води;
1°Clark = 10 мг CaCO 3 0,7 дм 3 води;
1°F = 10 мг CaCO 3 1 дм 3 води;
1 ppm = 1 мг CaCO 3 1 дм 3 води.

За інтенсивністю утворення накипу в чайнику можна зробити певні висновки: що більше нальоту, то жорсткіша вода.

Порівняльний якіснийвисновок про жорсткість води можна здійснити в такий спосіб. На предметне скло нанесіть по краплі дощової, кип'яченої та некип'яченої водопровідної води. Після висихання по інтенсивності опадів, що утворилися, ви зможете зробити висновок про жорсткість вашої води. Дощова водам'яка, т.к. в ній практично відсутні солі кальцію та магнію. Осад після випаровування некип'яченої води дозволить зробити висновок про загальну жорсткість, а кип'ячену – про тимчасову жорсткість.

Але в домашніх умовах можна досить точно та кількісно оцінити жорсткість води. З курсу органічної хімії ви знаєте, що господарське мило, як і будь-яке інше, важко милиться у твердій воді. Цей метод заснований на тому, що як мило зв'яже надлишок солей кальцію та магнію, з'являється мильна піна. Для визначення жорсткості води необхідно зважити один грам господарського мила, подрібнити його і акуратно, щоб не утворилася піна, розчинити в невеликій кількості гарячої води, що дистилює. Дистильовану воду можна купити в аптеках чи автомагазинах. Вона використовується для додавання в акумулятор при збільшенні концентрації електроліту.

Далі мильний розчинналиваємо в циліндричну склянку і доливаємо дистильованої води до рівня 6 сантиметрів, якщо мило 60% або рівня 7 сантиметрів, якщо мило 72%. Відсоток вмісту мила вказано на бруску. Тепер у кожному сантиметрі рівня мильного розчину міститься кількість мила, здатне зв'язати солі жорсткості, кількість яких відповідає 1 ° dH в 1 літрі води. Далі в літрову банкуналиваємо півлітра досліджуваної води. І безперервно помішуючи, потроху додаємо приготований мильний розчин зі склянки в банку з водою, що досліджується. Спочатку на поверхні будуть лише сірі пластівці. Потім з'являться різнокольорові мильні бульбашки. Поява стійкої білої мильної піни свідчить, що це солі жорсткості в досліджуваної воді пов'язані. Тепер дивимося на нашу склянку та визначаємо, скільки сантиметрів розчину нам довелося вилити зі склянки у досліджувану воду. Кожен сантиметр зв'язав о пів літра води кількість солей, що відповідає 2°dH. Таким чином, якщо довелося до появи піни вилити у воду 4 сантиметри мильного розчину, то жорсткість досліджуваної води дорівнює 8°dH.

Якщо ви вилили у воду весь мильний розчин, а піна так і не з'явилася, це означає, що жорсткість води, що досліджується, більше 12°dH. У такому разі досліджувану воду розбавляємо дистильованою водою вдвічі. І проводимо аналіз знову. Тепер отриманий результат жорсткості потрібно буде помножити на два. Отримане значення буде відповідати жорсткості води, що досліджується.

За таблицею зможете визначити якість досліджуваної води:

З точністю до тисячних часток градуса жорсткість визначити цим методом не вдасться, але оцінити різкий відхід загальної жорсткості від норми з точністю 1-2 ° dH цілком можливо. Розкид показань 1-2 градуси цілком прийнятний. Враховуючи простоту та доступність методу, він, безумовно, може бути успішно застосований.

За допомогою цього методу можна в польових умовахоцінити жорсткість води з різних водних джерел та виконати цікаву проектно-дослідницьку роботу.

Джерела:

1Рудзітіс Г.Є. Хімія. Неорганічна хімія. Органічна хімія. 9 клас: навч. для загальноосвіт. організацій із дод. на електрон. носії (DVD): базовий рівень / Г.Є. Рудзітіс, Ф.Г. Фельдман. – К.: Просвітництво, 2013. – 224 с.: іл.

Люди в різних країнах дуже давно дійшли необхідності її нормувати, бо висока жорсткість - це погано: і труби забиваються, і випрати до ладу неможливо. Але стали це робити в кожній країні по-своєму, хто як, виходячи з традиційних одиниць виміру та способів визначення іонів кальцію та магнію, адже єдиних стандартизованих міжнародних одиниць тоді не було.

Відомо, що немає нічого гіршого за шкідливі звички — позбутися їх дуже важко! У кавовій літературі (хоча жорсткість по суті своїй поняття не з області кави!) різних країн жорсткість досі вимірюють у градусах, причому в кожній країні у своїх власних, відмінних від решти. Ідентичні лише російські та німецькі градуси жорсткості, щоправда, давним-давно відмінні обох цих країнах, але завзято які у визначенні понять.

У СРСР до 1952 року використовували градуси жорсткості, які збігалися з німецькими. У Росії її для вимірювання жорсткості використовується нормальна концентрація іонів кальцію і магнію, виражена в міліграмах еквівалента на літр (мг-екв/л). Один мг-екв/л відповідає вмісту в літрі води 20,04 мг Ca2+ або 12,16 мг Mg2+ ( атомна масаподілена на валентність).

В інших країнах прийнято позначати жорсткість в УМОВНИХ градусах:

Німецькі градуси (dGH)

1° = 1 частина оксиду кальцію - СаО в 100000 частин води, або 0.719 частин оксиду магнію - MgO в 100000 частин води, або 10 мг СаО в 1 л води, або 7.194 мг MgO в 1 л води. dGH (dH) і dKH в даний час найчастіше вживається в акваріумістиці як одиниця виміру жорсткості, причому позначення dGH - відноситься до загальної жорсткості, dKH - до карбонатної;

Французькі градуси (fh)

1° = 1 частина CaCO 3 - 100000 частин води, або 10 мг CaCO 3 - 1 л води;

Американські градуси (usH)

1 ° = 1 гран (0.0648 г) CaCO 3 в 1 галоні (американському! 3.785 л) води. Поділивши грами на літри одержуємо: 17.12 мг/л СаСО 3 . Однак є ще одне визначення американського градуса: 1 частина CaCO 3 в 1000000 частин води (в англомовній літературі вираз концентрації, як 1 частину на 1 000 000 частин називають ppm - part per million (одна частина на мільйон), і часто використовують). воно ідентичне 1мг/л). Таким чином, цей 1 американський градус = 1мг CaCO 3 в 1 л води. Саме ця величина американського градуса прийнята у всіх таблицях з перехідними коефіцієнтами для переведення одних одиниць виміру жорсткості до інших.

Англійські градуси (Clark)

1° = 1 гран (0.0648 г) в 1 галоні (англійською! 4.546 л) води = 14.254 мг/л CaCO3.

Відчуваєте, як все не просто?! Тому наведу таблицю, що дозволяє порівнювати та переводити одні градуси жорсткості до інших:

Таблиця 1