Какие бывают виды жесткости воды?

Жесткая вода чаще всего ассоциируется с накипью на дне чайника или ощущением мыла на руках после мытья рук, некоторые испытывают ощущение «жестких волос». В этой статье мы рассмотрим жесткость со стороны физики и химии, изучим ее свойства, разновидности, влияние на здоровье человека и способы ее устранения жесткости воды.

Жесткая вода чаще всего ассоциируется с накипью на дне чайника или ощущением мыла на руках после мытья рук, некоторые испытывают ощущение «жестких волос». По этому критерию люди обычно оценивают качество воды. В этой статье мы рассмотрим жесткость со стороны физики и химии, изучим ее свойства, разновидности, влияние на здоровье человека и способы ее устранения жесткости воды.

Эффект жесткой воды

Жесткость воды — это концентрация растворённых в ней солей магния (Mg) и кальция (Ca): гидрокарбонатов, хлоридов и сульфатов. Проще говоря, жесткой называется вода, содержащая в себе большое количество солей. Почему воду назвали «жесткой»? Женщины в старину стирали вещи на берегу рек и озер, в воде которых содержат кальций, отчего ткань становилась жесткой на ощупь.

Виды жесткости воды

Жесткость воды делится на 3 вида:

1. Общая жесткость
2. Временная жесткость
3. Постоянная жесткость

Единицы измерения жесткости

Не существует единой единицы измерения жесткости. В России, в соответствии с Госстандартом, в качестве единицы жесткости воды установлен моль на кубический метр (моль/м3). В Германии — 2.8DH°; во Франции — 5F°; в Америке — 50.05 ppm CaCO3.

Классификация воды по жесткости

Согласно требованиям СанПиН 2.1.4.1074-01 жесткость питьевой воды должна быть не выше 7 мг-экв/л.

Влияние на здоровье человека

Как же влияет жесткая вода на наш организм? Медики связывают появление мочекаменной болезни именно с этой особенностью воды. Но на данный момент официального подтверждения этой гипотезе нет. Но мы знаем, что слишком жесткая вода неблагоприятно влияет на органолептические свойства воды, придавая ей горьковатый вкус. Также жесткая вода сушит нашу кожу и волосы. Однако, полностью переходить на мягкую воду не рекомендуется. Наш организм нуждается в солях кальция и магния для укрепления сердечно-сосудистой системы. А вот комнатные растения лучше поливать мягкой или талой водой.

Способы борьбы с жесткой водой

Для смягчения жесткости воды специалисты рекомендуют приобрести умягчители, которые являются самыми эффективными в борьбе с солями жидкости. Также существует несколько способов смягчения воды в домашних условиях, самым простым и привычным из которых является кипячение воды.

Для борьбы с постоянной жёсткостью воды используют такой метод, как вымораживание льда. Необходимо просто постепенно замораживать воду. Когда примерно 90% жидкости превратится в лед, нужно разморозить его обратно, а соли останутся в оставшейся незамороженной жидкости.

При выборе степени жесткости воды лучше придерживатьсяЖесткость воды можно определить как содержание растворенных в ней солей магния, кальция, а также ряда других элементов из периодической таблицы Д. И. Менделеева. К примеру, это могут быть соли железа и марганца, однако, содержание последних в воде, как правило, на порядок ниже в сравнении с содержанием солей кальция и магния, поэтому, говоря об общей жесткости воды, подразумевают именно содержание в воде растворенных солей кальция и магния. Общая жесткость включает в себя временную и постоянную жесткость, которые также иногда называют карбонатной и некарбонатной, соответственно.

Временная (карбонатная жесткость): Имеет обозначение KH. Она напрямую зависит содержания в воде гидрокарбонатов и карбонатов магния и кальция. Карбонатная жесткость называется временной, поскольку она может быть устранена путем кипячения воды. При кипячении данные соли выпадают в осадок и образуют накипь. Карбонатная жесткость определяет буферные свойства воды, в связи с чем, препятствует резким колебаниям уровня pH воды.

Постоянная жесткость (некарбонатная жесткость): Имеет обозначение GH. Она обусловлена количественным содержанием в воде хлоридов, сульфатов и ряда других солей магния и кальция. При кипячении воды, такие соли в осадок выпадать не будут. Именно эта разновидность жесткости определяет степень пригодности воды для целей питья и приготовления пищи, т.к. ввиду невозможности ее удаления посредством кипячения, все соли кальция и магния, определяющие данные тип жесткости, попадут в организм человека. Кальций и магний – важнейшие макроэлементы, необходимые для нормального функционирования человеческого организма, однако, все хорошо в меру, и потребление воды с избыточным содержанием солей кальция и магния на протяжении длительного периода времени может привести к развитию мочекаменной болезни. Данный показатель может быть снижен путем применения технологии – смягчение.

Успешно справиться с избыточной жесткостью поможет фильтр, в котором реализована технология смягчения воды, которая позволит привести качество воды по данному показателю к приемлемому уровню.

Жёсткость воды — совокупность химических и физических свойств воды, связанных с содержанием в ней растворённых солей щёлочноземельных металлов, главным образом кальция, магния и железа (так называемых солей жёсткости).

Жесткая и мягкая вода

Вода с большим содержанием солей называется жёсткой, с малым содержанием — мягкой. Термин «жёсткая» по отношению к воде исторически сложился из-за свойств тканей после их стирки с использованием мыла на основе жирных кислот — ткань, постиранная в жёсткой воде, более жёсткая на ощупь. Этот феномен объясняется, с одной стороны, сорбцией тканью кальциевых и магниевых солей жирных кислот, образующихся в процессе стирки на макроуровне. С другой стороны, волокна ткани обладают ионообменными свойствами, и, как следствие, свойством сорбировать многовалентные катионы — на молекулярном уровне.

Различают временную (карбонатную) жёсткость, обусловленную гидрокарбонатами кальция и магния Са(НСО3)2; Mg(НСО3)2, и постоянную (некарбонатную) жёсткость, вызванную присутствием других солей, не выделяющихся при кипячении воды: в основном, сульфатов и хлоридов Са и Mg (CaSO4, CaCl2, MgSO4, MgCl2).

Жёсткая вода при умывании сушит кожу, в ней плохо образуется пена при использовании мыла. Использование жёсткой воды вызывает появление осадка (накипи) на стенках котлов, в трубах и т. п. В то же время использование слишком мягкой воды может приводить к коррозии труб, так как в этом случае отсутствует кислотно-щелочная буферность, которую обеспечивает гидрокарбонатная (временная) жёсткость. Вкус природной питьевой воды, например воды родников, обусловлен именно присутствием и соотношением содержания различных солей жёсткости.

Жёсткость природных вод может варьироваться в довольно широких пределах и в течение года непостоянна. Увеличивается жёсткость из-за испарения воды, уменьшается в сезон дождей, а также в период таяния снега и льда.

Единицы измерения

Для численного выражения жёсткости воды указывают концентрацию в ней катионов кальция и магния. Рекомендованная единица СИ для измерения концентрации — моль на кубический метр (моль/м³), однако, на практике для измерения жёсткости используются градусы жёсткости и миллиграмм-эквиваленты на литр (мг-экв/л).

В СССР до 1952 года использовали градусы жёсткости, совпадавшие с немецкими. В России для измерения жёсткости иногда использовалась нормальная концентрация ионов кальция и магния, выраженная в миллиграмм-эквивалентах на литр (мг-экв/л).

Что нам скажет Википедия?

Жёсткость воды — совокупность химических и физических свойств воды, связанных с содержанием в ней растворённых солей щёлочноземельных металлов, главным образом кальция, магния и железа (так называемых солей жёсткости).

Жесткая и мягкая вода

Вода с большим содержанием солей называется жёсткой, с малым содержанием — мягкой. Термин «жёсткая» по отношению к воде исторически сложился из-за свойств тканей после их стирки с использованием мыла на основе жирных кислот — ткань, постиранная в жёсткой воде, более жёсткая на ощупь. Этот феномен объясняется, с одной стороны, сорбцией тканью кальциевых и магниевых солей жирных кислот, образующихся в процессе стирки на макроуровне. С другой стороны, волокна ткани обладают ионообменными свойствами, и, как следствие, свойством сорбировать многовалентные катионы — на молекулярном уровне.

Различают временную (карбонатную) жёсткость, обусловленную гидрокарбонатами кальция и магния Са(НСО3)2; Mg(НСО3)2, и постоянную (некарбонатную) жёсткость, вызванную присутствием других солей, не выделяющихся при кипячении воды: в основном, сульфатов и хлоридов Са и Mg (CaSO4, CaCl2, MgSO4, MgCl2).

Жёсткая вода при умывании сушит кожу, в ней плохо образуется пена при использовании мыла. Использование жёсткой воды вызывает появление осадка (накипи) на стенках котлов, в трубах и т. п. В то же время использование слишком мягкой воды может приводить к коррозии труб, так как в этом случае отсутствует кислотно-щелочная буферность, которую обеспечивает гидрокарбонатная (временная) жёсткость. Вкус природной питьевой воды, например воды родников, обусловлен именно присутствием и соотношением содержания различных солей жёсткости.

Жёсткость природных вод может варьироваться в довольно широких пределах и в течение года непостоянна. Увеличивается жёсткость из-за испарения воды, уменьшается в сезон дождей, а также в период таяния снега и льда.

Единицы измерения

Для численного выражения жёсткости воды указывают концентрацию в ней катионов кальция и магния. Рекомендованная единица СИ для измерения концентрации — моль на кубический метр (моль/м³), однако, на практике для измерения жёсткости используются градусы жёсткости и миллиграмм-эквиваленты на литр (мг-экв/л).

В СССР до 1952 года использовали градусы жёсткости, совпадавшие с немецкими. В России для измерения жёсткости иногда использовалась нормальная концентрация ионов кальция и магния, выраженная в миллиграмм-эквивалентах на литр (мг-экв/л). Один мг-экв/л соответствует содержанию в литре воды 20,04 миллиграмм Ca2+ или 12,16 миллиграмм Mg2+ (атомная масса делённая на валентность).

С 1 января 2014 года в России введён межгосударственный стандарт ГОСТ 31865-2012 «Вода. Единица жёсткости»[1]. По новому ГОСТу жёсткость выражается в градусах жесткости (°Ж). 1 °Ж соответствует концентрации щелочноземельного элемента, численно равной 1/2 его миллимоля на литр (1 °Ж = 1 мг-экв/л).

Иногда указывают концентрацию, отнесённую к единице массы, а не объёма, особенно если температура воды может изменяться или если вода может содержать пар, что приводит к существенным изменениям плотности.

В разных странах использовались (иногда используются до сих пор) различные внесистемные единицы — градусы жёсткости.

По величине общей жёсткости различают воду мягкую (до 2 °Ж), средней жёсткости (2-10 °Ж) и жёсткую (более 10 °Ж).

Жёсткость воды поверхностных источников существенно колеблется в течение года; она максимальна в конце зимы, минимальна — в период паводка (например, жёсткость волжской воды в марте — 4,3 °Ж, в мае — 0,5 °Ж[2]). В подземных водах жёсткость обычно выше (до 8-10, реже до 15-20 °Ж) и меньше изменяется в течение года.

Методы устранения

Устранение избыточной жёсткости воды является одним из этапов водоподготовки.

Кипячение устраняет только временную (карбонатную) жёсткость. Находит применение в быту.

Лучшим реагентом для устранения общей жесткости воды является ортофосфат натрия Na3PO4, входящий в состав большинства препаратов бытового и промышленного назначения:

Ортофосфаты кальция и магния очень плохо растворимы в воде, поэтому легко отделяются механическим фильтрованием. Этот метод оправдан при относительно больших расходах воды, поскольку связан с решением ряда специфических проблем: фильтрации осадка, точной дозировки реагента.

В промышленности с помощью ионообменных фильтров заменяют ионы кальция и магния на ионы натрия и калия, получая мягкую воду.

Различают нанофильтрацию (условный диаметр отверстий мембраны равен единицам нанометров) и пикофильтрацию (условный диаметр отверстий мембраны равен единицам пикометров). В качестве недостатков данного метода следует отметить:

Полностью очистить воду от солей жёсткости можно дистилляцией.

Клиническое значение

Потребление жёсткой или мягкой воды обычно не является опасным для здоровья, однако в российских нормах указывается, что высокая жёсткость способствует образованию мочевых камней, а низкая — незначительно увеличивает риск сердечно-сосудистых заболеваний.

Использование жёсткой воды для питания и купания новорожденных увеличивает риск атопического дерматита и/или экземы у детей. Средний возраст первых симптомов — 3 мес. Причем появление экземы запускает механизм развития аутоаллергии по цепочке «атопический марш» — от экземы к пищевой аллергии и астме.

Примечания

Ссылки