Твердість води

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до навігації Перейти до пошуку

Жорсткість води — сукупність властивостей, зумовлених вмістом у воді катіонів кальцію та магнію.

Загальний опис[ред. | ред. код]

Жорсткість води визначають за кількістю солей кальцію і магнію в ній. Якщо вода містить значні кількості вапнякових солей, то таку воду називають жорсткою[1], а коли цих солей зовсім немає, або вони містяться в незначних кількостях, то — м'якою.

Відрізняють тимчасову, або карбонатну, твердість води і сталу. Тимчасова твердість зумовлюється наявністю кислих карбонатів (гідрокарбонатів) кальцію і магнію: Ca(HCO3)2 і Mg(HCO3)2, а стала — наявністю сульфатів і хлоридів кальцію та магнію: CaSO4, MgSO4, CaCl2 і MgCl2. Загальна твердість води є сумою тимчасової і сталої твердості.

Тверда вода непридатна майже для всіх галузей виробництва. Так, наприклад, жорстку воду не можна використовувати для прання білизни, миття шерсті і фарбування тканин, бо в ній мило втрачає свою мийну здатність. Це пояснюється тим, що розчинний у воді стеарат натрію С17Н35COONa, який становить головну складову мила, переходить у нерозчинний стеарат кальцію (або магнію), утворюючи так зване кальцієве (або магнієве) мило:

  • 17Н35COONa + CaSO4 = (С17Н35СОО)2Са↓ + Na2SO4

При цьому мильна піна утворюється тільки після повного осадження іонів кальцію і магнію, на що непродуктивно витрачається багато мила. Крім того, утворюваний осад кальцієвого і магнієвого мила міцно осідає на волокнах тканин і забрудює їх, а при фарбуванні утворює плями.

Жорстка вода непридатна і для цілого ряду інших виробництв: паперового, шкіряного, крохмального, спиртового тощо. Вона непридатна і для паросилового господарства, бо при кип'ятінні води утворюється накип, який погано проводить тепло, внаслідок чого збільшується витрата палива. Накип викликає інтенсивне руйнування стінок котлів, що може призвести до аварії.

Для приготування їжі жорстку воду теж не вживають, бо в ній погано розварюються м'ясо і овочі. Для пиття вона теж непридатна.

Тимчасова твердість води — компонента загальної твердості води, що може бути усунена кип'ятінням. Пов'язана з наявністю розчинних солей Ca та Mg, зокрема Ca(HCO3)2, Mg(HCO3)2.

Методи визначення твердості води[ред. | ред. код]

Жорсткість води найчастіше визначають титруванням розчином двонатрієвої солі етилендіамінтетраацетатної кислоти (комплексон ІІІ, трилон Б) у лужному середовищі в присутності індикатора хромоген чорний спеціальний або еріохром чорний. Користуючись іншим спеціальним індикатором — мурексидом, визначають кальцієву Т.в.; магнієву Т.в. розраховують за різницею між результатами цих двох визначень. Якщо вміст кальцію та магнію у воді визначено іншими способами, то загальну Т.в. можна вирахувати за формулою: Т=Са2++Мg2+, де Т — загальна Т.в., ммоль/дм3; Са2+ та Мg2+ — концентрація кальцію та магнію, ммоль/дм3.

Класифікація води за жорсткістю[ред. | ред. код]

Вода з Ж. менше 4 ммоль/дм3 характеризується як м'яка, від 4 до 8 ммоль/дм3 — середньої жорсткості, від 8 до 12 ммоль/дм3 — тверда, понад 12 ммоль/дм3 — дуже жорстка.

За О. О. Алекіним:

  • дуже м'яка — до 1,5 ммоль/дм³;
  • м'яка — 1,5-3,0 ммоль/дм³;
  • помірно жорстка — 3,0-6,0 ммоль/дм3;
  • жорстка — 6,0-9,0 ммоль/дм3;
  • дуже жорстка — понад 9,0 ммоль/дм3.

Одиниці вимірювання[ред. | ред. код]

Для числового вираження жорсткості води вказують концентрацію в ній катіонів кальцію та магнію. Рекомендована одиниця СІ для вимірювання концентрації — моль на кубічний метр (моль/м³), але на практиці для вимірювання жорсткості частіше використовується мілімоль на літр (ммоль/л), ммоль/дм³.

У різних країнах використовують різні позасистемні одиниці — градуси жорсткості.

Градус Позначення Визначення Величина
мг-екв/л ммоль/л
Німецький °dH (degrees of hardness),
°dGH (German (Deutsche) Hardness),
°dKH (для карбонатної твердості)
1 частина оксиду кальцію (СаО) або 0,719 частин оксиду магнію (MgO) на 100 000 частин води 0,3566 0,1783
Англійський °e 1 гран CaCO3 на 1 англійський галон води 0,2848 0,1424
Французький °TH 1 частина CaCO3 на 100.000 частин води 0,1998 0,0999
Американський ppm 1 частина CaCO3 на 1.000.000 частин води 0,0200 0,0100

Способи усунення твердості води[ред. | ред. код]

Докладніше: Пом'якшення води

Для усунення жорсткості води, тобто її пом'якшення, з води потрібно видалити йони Са2+ і Mg2+ у вигляді нерозчинних солей.

  • Тимчасову жорсткість води усувають кип'ятінням:
    • Ca(HCO3)2 = СаСО3↓ + Н2О + СО2
    • Mg(HCO3)2 = MgCO3↓ + Н2О + СО2

Під час нагрівання йони Са2+ і Mg2+ виводяться з розчину у вигляді нерозчинних карбонатів. Саме легкість усунення тимчасової жорсткості води під час нагрівання зумовлює назву — «тимчасова».

  • Постійну жорсткість води, зумовлену сульфатами та хлоридами Кальцію і Магнію, неможливо усунути кип'ятінням, оскільки ці солі не розкладаються. Назва «постійна жорсткість» походить саме від того, що її не можна усунути простим нагріванням води. Її усувають введенням у воду деяких реагентів — натрій карбонату (кальцинована сода), кальцій гідроксиду (вапняна вода), натрій ортофосфату. Одночасно усувається як тимчасова, так і постійна, тобто загальна жорсткість води. Наприклад:
    • Ca(HCO3)2 + Са(ОН)2 = 2СаСО3↓ + 2Н2О
    • MgSO4 + Na2СО3 = MgCO3↓ + Na2SO4
    • Ca(HCO3)2 + Na2СО3 = СаСО3↓ + 2NaHCO3
    • 3CaSO4 + 2Na3РО4 = Са3(РО4)2↓ + 3Na2SO4
  • Сучасний спосіб пом'якшення води заснований на використанні іонообмінних смол  — катіонітів. Катіоніти — це тверді речовини, нерозчинні у воді, до складу яких входять рухливі катіони Na+ у вигляді солей органічних кислот, зафіксованих на поверхні носія. Спрощено їх позначають так: Na2R. Катіони Na+ можуть обмінюватися на катіони навколишнього середовища, наприклад Са2+ і Mg2+. Під час пропускання жорсткої води крізь колонку з катіонітом йони Са2+ і Mg2+ затримуються в ньому, а катіони Na+ з катіоніту переходять у воду:
    • Na2R + Са2+ = CaR + 2Na+

Катіоніт періодично регенерують, промиваючи його концентрованим розчином натрій хлориду.

Жорсткість природної води[ред. | ред. код]

  • Жорсткість природної води коливається в широких межах; вона неоднакова в різних природних водах, в одному і тому ж водному об'єкті величина її змінюється за порами року. В поверхневих водах Ж. досягає найбільших величин наприкінці зими, найменших — у період повені. В поверхневих водах зазвичай переважає карбонатна Ж. (70-80 % від загальної). Магнієва Ж.в. рідко перевищує 30 % від загальної, однак у деяких районах (Донбас, Кривий Ріг) сягає 60 % від загальної. Т. підземних вод, особливо в артезіанських колодязях, менше змінюється протягом року.
  • Жорсткість річкових вод України, як і мінералізація води, зростає з північного заходу на південний схід. У річкових водах Полісся жорсткість становить 2-3 ммоль/дм³, у Дніпрі — 4-5 ммоль/дм³, а в малих і середніх річках Приазов'я — 15-30 ммоль/дм³, що обмежує можливості використання місцевих водних ресурсів[2].
  • Жорсткість морської води: Чорне море — кальцієва 12,0 ммоль/дм3, магнієва 53,5 ммоль/дм3, загальна 65,5 ммоль/дм3; Каспійське море — кальцієва 36,4 ммоль/дм3, магнієва 30 ммоль/дм3, загальна 66,4 ммоль/дм3; океан — кальцієва 22,5 ммоль/дм3, магнієва 108 ммоль/дм3, загальна 130,5 ммоль/дм3.

Жорсткість питної води[ред. | ред. код]

В Україні відповідно до Державних санітарних норм та правил «Гігієнічні вимоги до води питної, призначеної для споживання людиною» (ДСанПіН 2.2.4-171-10), затверджених Мінохорони здоров'я України 12.05. 2010 р., які загалом регулюють якість питної води, прийнято такі нормативи показників жорсткості питної води:[3]

  • вода водопровідна — до 6,5 ммоль/дм³ (в окремих випадках з дозволу санітарних служб — до 10 ммоль/дм³);
  • вода колодязів і каптажів джерел — до 10 ммоль/дм³;
  • вода фасована, з пунктів розливу та з питних бюветів — 7 ммоль/дм³.

Пом'якшення води[ред. | ред. код]

Примітки[ред. | ред. код]

  1. Словник української мови. Академічний тлумачний словник (1970—1980)
  2. Горєв Л. М., Пелешенко В. І., Хільчевський В. К. Гідрохімія України. — К.: Вища школа, 1995. — 307 с. — ISBN 5-11004522-4
  3. Державні санітарні норми та правила «Гігієнічні вимоги до води питної, призначеної для споживання людиною» (ДСанПіН 2.2.4-171-10)], затверджені Мінохорони здоров'я України 12.05. 2010 р., уведені 16.07. 2010 р.

Література[ред. | ред. код]

Посилання[ред. | ред. код]

  • Жорсткість води // Словник – довідник з екології : навч.-метод. посіб. / уклад. О. Г. Лановенко, О. О. Остапішина. — Херсон : ПП Вишемирський В.С., 2013. — С. 87.