Андрей Смирнов
Время чтения: ~23 мин.
Просмотров: 0

Градусы жесткости воды: dGH (GH), Clark, fh, usH и другие. Перевод градусов жесткости.

Жесткость воды — это совокупность химических и физических свойств воды, связанных с содержанием в ней растворенных солей щелочноземельных металлов, главным образом, кальция и магния (так называемых «солей жесткости»).

Соли жесткости имеют разные свойства. Так, при нагреве воды, некоторые из них выпадают в осадок в виде накипи, а некоторые — не выпадают. По этому признаку их и начали разделять.

Соли, выпадающие в осадок, стали называть солями временной (или устранимой) жесткости, а соли, которые не выпадают в осадок при нагреве воды, солями постоянной жесткости.

Сульфаты, хлориды и нитраты магния и кальция, растворенные в воде, образуют постоянную (или некарбонатную) жесткость. Они выпадают в осадок исключительно при полном испарении воды.

Временная жесткость характеризуется присутствием в воде наряду с катионами Ca2+, Mg2+ и Fe2+ гидрокарбонатных, или бикарбонатных анионов (HCO3-).

При кипячении воды гидрокарбонаты разлагаются, образуя очень плохо растворимый карбонат кальция, углекислый газ и воду:

Ca2+ + 2HCO3- = CaCO3↓ + H2O + CO2↑

Общая жесткость складывается из постоянной и временной.

hardness.jpg

В данной таблице приведены основные катионы металлов, вызывающие жесткость, и главные анионы, с которыми они ассоциируются.

Катионы

Анионы

Кальций (Ca2+)

Гидрокарбонат (HCO3-)

Магний (Mg2+)

Сульфат (SO42-)

Стронций (Sr2+)

Хлорид (Cl-)

Железо (Fe2+)

Нитрат (NO3-)

Марганец (Mn2+)

Силикат (SiO32-)

На практике стронций, железо и марганец оказывают на жесткость столь небольшое влияние, что ими, как правило, пренебрегают. Алюминий (Al3+) и трехвалентное железо (Fe3+) также влияют на жесткость, но при уровнях рН, встречающихся в природных водах, их растворимость и, соответственно, «вклад» в жесткость ничтожно малы. Аналогично, не учитывается и незначительное влияние бария (Ва2+).

Жёсткость воды — происхождение

Ионы кальция (Ca2+) и магния (Mg2+), а также других щелочноземельных металлов, обуславливающих жесткость, присутствуют во всех минерализованных водах. Их источником являются природные залежи известняков, гипса и доломитов. Ионы кальция и магния поступают в воду в результате взаимодействия растворенного диоксида углерода с минералами и при других процессах растворения и химического выветривания горных пород. Источником этих ионов могут служить также микробиологические процессы, протекающие в почвах на площади водосбора, в донных отложениях, а также сточные воды различных предприятий.

map-1024x678.png

Обычно в маломинерализованных водах преобладает (до 70%-80%) жесткость, обусловленная ионами кальция (хотя в отдельных редких случаях магниевая жесткость может достигать 50-60%). С увеличением степени минерализации воды содержание ионов кальция (Са2+) быстро падает и редко превышает 1 г/л. Содержание же ионов магния (Mg2+) в высокоминерализованных водах может достигать нескольких граммов, а в соленых озерах — десятков граммов на один литр воды.

В целом, жесткость поверхностных вод, как правило, меньше жесткости вод подземных. Жесткость поверхностных вод подвержена заметным сезонным колебаниям, достигая обычно наибольшего значения в конце зимы и наименьшего в период половодья, когда обильно разбавляется мягкой дождевой и талой водой. Морская и океанская вода имеют очень высокую жесткость (десятки и сотни мг-экв/дм3).

Жесткость воды — единицы измерения

С 1 января 2014 года в России введен межгосударственный стандарт ГОСТ 31865-2012 «Вода. Единица жесткости». По новому ГОСТу жесткость 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). В разных странах использовались (иногда используются до сих пор) различные внесистемные единицы — градусы жёсткости.

За рубежом приняты другие единицы измерения жесткости воды, соотношение этих единиц представлено в таблице:

Страна Единицы измерения Россия Германия Великобритания Франция США
Россия

°Ж

1

2,80

3,51

5,00

50,04

Германия

°DH

0,357

1

1,25

1,78

17,84

Великобритания

°Clark

0,285

0,80

1

1,43

14,3

Франция

°F

0,20

0,56

0,70

1

10

США

ppm

0,02

0,056

0,070

0,10

1

1°Ж = 20,04 мг Ca2+ или 12,15 Mg2+ в 1 дм3 воды; 1°DH = 10 мг CaO в 1 дм3 воды; 1°Clark = 10 мг CaCO3 в 0,7 дм3 воды; 1°F = 10 мг CaCO3 в 1 дм3 воды; 1 ppm = 1 мг CaCO3 в 1 дм3 воды.

Численные значения жесткости измеренные в мг-экв/л, моль/м3, и °Ж, несмотря на различия в обозначении, равны между собой.

По значению общей жесткости природные воды делят на группы:

  • очень мягкая вода (0–1,5 мг-экв/л)
  • мягкая вода (1,5–4 мг-экв/л)
  • вода средней жесткости (4–8 мг-экв/л)
  • жесткая вода (8–12 мг-экв/л)
  • очень жесткая вода (более 12 мг-экв/л).

Нормативные требования и рекомендации

Рекомендации всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) для питьевой воды: кальций – 20-80 мг/л; магний – 10-30 мг/л. Для жесткости какой-либо рекомендуемой величины не предлагается.

Российские нормативные документы (СанПиН 2.1.4.1074-01 и ГН 2.1.5.1315-03) для питьевой воды регламентируют: кальций – норматив не установлен; магний – не более 50 мг/л; жесткость — не более 7°Ж.

Норматив физиологической полноценности бутилированной воды (СанПиН 2.1.4.1116-02): кальций – 25-130 мг/л; магний – 5-65 мг/л; жесткость – 1,5-7°Ж.

По содержанию кальция и магния бутилированная вода высшей категории ничем не лучше воды из-под крана!

zastavochka_320_IMG_5646.jpg  

«Градусы бывают разные…» Народная мудрость

В настоящее время жесткость воды надо измерять в мэкв, но по традиции в аквариуме жесткость измеряют в градусах, а в разных странах свои собственные градусы жесткости. Эта статья 

</span></span>

поможет начинающему аквариумисту п

ереводить одни градусы в другие и понять зачем они нужны и что же все-таки они означают.

</h2>

Сразу перейти к таблице перевода одних градусов  другие в другие и в мэкв  >>> 

 Жесткость – одна из важнейших характеристик аквариумной воды. Но жесткость бывает общая, временная, постоянная, карбонатная и измеряется она в градусах, которые бывают разными… Хотите заниматься аквариумистикой серьезно? Тогда вам просто необходимо разобраться во всем этом.  

Жесткость воды – это совокупность ее свойств, обусловленных присутствием в ней катионов кальция (Ca2+), магния (Mg2+), и отчасти двухвалентного железа (Fe2+)*. Различают постоянную, временную и общую жесткость.

 </span></span></h3>

   Общая жесткость определяется суммарным содержанием в воде всех указанных выше катионов. Эти ионы оказываются в воде в результате растворения в ней соответствующих солей. О том, как это происходит, и, кроме того, о принятых в науке способах выражения концентраций ионов рассказано в . О содержании в пресной воде растворенных солей (не только кальция и магния, но и других) рассказано в статье «».     Постоянная жесткость

  не  загрязненных промышленными стоками слабоминерализованных поверхностных природных вод характеризует количество растворенных 

сульфатов

хлоридов

 и некоторых других солей кальция и магния. То есть в этих водах наряду с катионами Ca

2+

 и Mg

2+

имеются анионы SO

42-

, Cl

 и др. При кипячении такой воды концентрации этих катионов и анионов практически не изменяются – отсюда и название «постоянная жесткость». 

    Временная жесткость   (она же карбонатная жесткость) связана с присутствием в воде наряду с катионами Ca2+, Mg2+ и Fe2+ гидрокарбонатных, или бикарбонатных анионов (HCO3). При кипячении воды гидрокарбонаты разлагаются, образуя очень плохо растворимый карбонат кальция, углекислый газ и воду:

Ca2+ + 2HCO3— = CaCO3↓ + H2O + CO2

   Таким образом, временную жесткость можно устранить путем длительного кипячения, поэтому она и «временная».   С  ионами железа реакция протекает сложнее из-за того, что FeCOнеустойчивое в воде химическое соединение. В присутствии кислорода конечным продуктом цепочки реакций оказывается Fe(OH)3, представляющий собой темно-рыжий осадок. Поэтому, чем больше в воде железа, тем сильнее окраска у накипи, которая осаждается на стенках и дне сосуда при кипячении.     Для  измерения  общей и временной жесткости в магазинах продаются отдельные тесты. Кроме того, на Аквариумке описаны методики определения временной и общей жесткости с помощью вполне доступных реактивов, так что определить жесткость в домашних условиях, даже не имея фирменных тестов, вполне реально. О том, как это сделать читайте статьи «

Методы определения общей жесткости

» и «

Определение временной, или карбонатной жесткости

«. </span></span></p>

   Зачем же используется отдельное понятие «ЖЕСТКОСТЬ ВОДЫ», ведь понятие «МИНЕРАЛИЗАЦИЯ» охватывает присутствие в воде всех солей и вышеозначенных тоже? Разница между этими двумя понятиями есть, причем существенная. К примеру, минерализацию можно поднять, растворив в воде любую соль (другое дело понравится эта соль вашим рыбкам, или нет, подробнее об этом в статье «»). Аквариумисты с этой целью чаще всего используют хлорид натрия — NaCl). А вот жесткость, в первую очередь, связана именно с растворенными солями кальция и магния. Вопреки существующему в среде аквариумистов предубеждению, растворение в воде поваренной соли (особенно хорошо очищенной) жесткости не поднимает! Итак,

ЖЕСТКОСТЬ И МИНЕРАЛИЗАЦИЯ воды — это взаимосвязанные, но РАЗНЫЕ понятия!!!

 </span></span>    Жесткость – это особые свойства воды, во многом определяющие её потребительские качества и потому имеющие важное хозяйственное значение. Жесткая вода образует накипь на стенках нагревательных котлов, батареях и пр., чем существенно ухудшает их теплотехнические характеристики. Жесткая вода мало пригодна для стирки. Мало того, что накипь на нагревателях стиральных машин выводит их из строя… впрочем, пересказывать телевизионную рекламу не буду – и так уже всех достала, она еще и моющие свойства мыла ухудшает. Катионы Ca2+ и Mg2+ реагируют с жирными кислотами мыла, образуя малорастворимые соли, которые создают пленки и осадки, в итоге снижая качество стирки и повышая расход моющего средства. Говоря проще, жесткая вода плохо мылится. Это только теперь, благодаря огромным успехам человечества в области химии, созданы хорошие шампуни, которые могут мылиться в любой воде. А в староглиняные времена в местностях с жесткой водой красавицы, желающие иметь мягкие и шелковистые волосы, для того, чтобы помыть голову, вынуждены были собирать дождевую воду – она мягкая. Неспроста Петр I, требовавший, чтобы на ассамблеи люди приходили в приличном виде, и не терпевший грязных бород, вынужден был построить новую столицу на реке Неве. Здесь вода очень мягкая, прекрасно мылится и можно мыться и бриться всласть! В общем, жесткость понятие скорее техническое и гигиеническое. Люди в разных странах очень давно пришли к необходимости её нормировать, ибо высокая жесткость – это плохо: и трубы забиваются, и постирать толком невозможно. Но стали это делать в каждой стране по-своему, кто как, исходя из традиционных единиц измерения и способов определения ионов кальция и магния, ведь единых стандартизированных международных единиц тогда не было.       Известно, что нет ничего хуже вредных привычек – избавиться от них очень трудно! В аквариумной литературе (хотя жесткость по сути своей понятие не из области аквариумистики!) разных стран жесткость до сих пор измеряют в градусах, причем в каждой стране в своих собственных, отличных от всех остальных. Идентичны только русские и немецкие градусы жесткости, правда, давным-давно отменные в обеих этих странах, но упорно существующие в аквариумных книжках.     В  России,  начиная  с  1952 года, жесткость воды для технических и гигиенических нужд выражается в миллиэквивалентах, содержащихся в 1 л воды (мэкв, или мг-экв/л). До этого времени жесткость определяли в немецких градусах, в других странах принято обозначать жесткость в УСЛОВНЫХ градусах:</p>

   = 1часть оксида кальция – СаО в 100000 частей воды, или 0.719 частей оксида магния – MgO в 100000 частей воды, или 10 мг СаО в 1 л воды, или 7.194 мг MgO в 1 л воды. 

dGH (dH) и dKH в настоящее время наиболее часто употребляется в аквариумистике как единица измерения жесткости, причем обозначение dGH – относится к общей жесткости, dKH – к карбонатной;

ФРАНЦУЗСКИЕ ГРАДУСЫ (fh):

</span></span></h4>

   = 1 часть CaCO3 в 100000 частей воды, или 10 мг CaCO3 в 1 л воды;

АМЕРИКАНСКИЕ ГРАДУСЫ (usH):

</span></span></h4>

   = 1 гран (0.0648 г) CaCO3 в 1 галлоне (американском! 3.785 л) воды. Поделив граммы на литры получаем: 17.12 мг/л СаСО3 . Однако есть еще одно определение американского градуса: 1 часть CaCO

3

</sub> в 1000000 частей воды 

(в англоязычной литературе выражение концентрации, как 1 часть на 1 000 000 частей называют ppm — part per million (одна часть на миллион), и часто используют. На практике оно идентично 1мг/л)

. Таким образом этот 1 американский градус = 1мг CaCO3  в 1 л воды. Именно эта величина американского градуса принята во всех таблицах с переходными коэффициентами для перевода одних единиц измерения жесткости в другие; 

(случай странный, ибо люди сведующие в штатовской жизни, такие как например автор известного аквариумного сайта Миклуха (которого я специально об этом спрашивал, а он любезно мне ответил, за что БОЛЬШОЕ СПАСИБО) утверждают, что в США используется именно первый из упомянутых американских градусов)

.

АНГЛИЙСКИЕ ГРАДУСЫ (Clark):

</span></span></h4>

   = 1 гран (0.0648 г) в 1 галлоне (английском! 4.546 л) воды = 14.254 мг/л CaCO3 .

    Чувствуете как все не просто?! Поэтому приведу таблицу, позволяющую сравнивать и переводить одни градусы жесткости в другие:

Таблица 1
Наименование единиц Мг-экв/л Градус жесткости
немецкий французский американский английский
1 мг-экв/л 1 2.804 5.005 50.045 3.511
1 немецкий градус dH 0.3566 1 1.785 17.847 1.253
1 французский градус 0.1998 0.560 1 10,000 0.702
1 американский градус 0.0200 0.056 0.100 1 0.070
1 английский градус 0.2848 0.799 1.426 14.253 1

     Как пользоваться этой таблицей?     Допустим, что из лаборатории вы получили результаты анализа аквариумной воды: «Общая жесткость» = 3.25 мг-экв/л. Вам надо перевести эту величину в немецкие градусы. В ячейке, соответствующей пересечению строки мг-экв/л и столбца немецких градусов находим коэффициент, он же множитель, равный 2.804. Теперь надо умножить 3.25 на 2.804. Произведение этих чисел и будет жесткостью в немецких градусах (dHG). Жесткость вашей воды в dGH=9.110. То есть, сравнительно с мг-экв/л, немецкие градусы – более мелкие единицы измерения. Если же вы счастливый обладатель американского теста, и он выдал результат, к примеру, 14 американских градусов (usH), а вам нужны все те же немецкие, то ответ в dGH будет: 14×0.056=0.780. Но это только в том случае, если мы считаем что американский градус равен 1 мг CaCO3  в 1 л воды (так пишут во всей русскоязычной литературе), сами же американцы считают, что их градус жесткости в 17.12  раз больше (см. выше), соответственно, и результат измерения в dGH будет равен 13.35. То есть эти американские градусы довольно близки к немецким.

   Пользование разными единицами измерения жесткости без их пересчета (ведь все же они градусы, можно не «заостриться» на том какие они) может привести к существенному искажению данных. Так 14 американских градусов – это всего лишь 0.78 немецких. Поэтому читая сообщения американского коллеги-рыбовода, о том, что его рыбки отнерестились при 14° град. жесткости, не думайте, что им подходит для нереста жесткая вода, эта вода на самом деле очень мягкая. Забавно, что если имелись в виду другие американские градусы, то ошибка будет небольшой, так что и в самом деле, можно не заостряться… В общем, первое что надо сделать – это выяснить в каких единицах представлены результаты.   Как пример путаницы другого рода, связанной с пересчетом содержания кальция в молекулах CaO и CaCO3, приведу фрагмент из очень популярной ныне книги:**

Единицы жесткости воды, выраженные в миллионных долях (ppm) растворенных солей кальцияI)
1 английский градус (Clark)  1 немецкий градус (dH)II)  1 американский градус  1 французский градус (fh) 
1 ppm = 1 миллиграмм на литр
I) Английские, французские и американские градусы жесткости выражают содержание карбоната кальция (СаСО3), в то время как немецкие градусы показывают содержание окиси кальция (СаО).
II) Номинально обозначение «dH» применяется только к немецким градусам жесткости, однако в последние годы оно стало применяться универсально.

     Что здесь не так? С Кларком все в порядке – величина 14.3 ppm по сути та же, что приводилась нами ранее на этой страничке, только округленная. А вот 1 немецкий градус какой-то странный: мы знаем, что он равен 10 мг СаО в 1 литре. Авторы книги тоже утверждают, что немецкие градусы показывают содержание СаО, но откуда тогда они взяли цифру 17.9 ppm? Нельзя сказать что эта цифра взята с «потолка», то есть случайная, нет: позанимавшись немного арифметикой я установил, что она соответствует такому количеству СаСО3, какое содержит столько же Са, сколько его в 10 мг СаО! То есть выражает эквивалентное по кальцию количество СаСО3. А сколько же Са в СаО? Посчитаем: молекула СаО имеет массу, выраженную в  равную 40.08+16=56.08 (сумма атомных масс кальция и кислорода). Каков вклад кальция в эту массу мы знаем, поэтому можно составить такую пропорцию:

40.08  —  56.08
Х  —  10

     Откуда Х=7.15, таким образом в 

1° dGH содержится 7,15 мг кальция

.    Теперь определим массу молекулы СаСО3: 40.08+12+3×16(сумма масс кальция, углерода и трех кислородов) = 100.09. Вклад массы кальция составляет 40.08, поэтому можно составить еще одну пропорцию:</span></span></p>

40.08  —  100.08

7.15

 —  Y

   Здесь Y – это та масса СаСО3 (в мг), в которой кальция содержится 7.15 мг. Y=17.85 (округленно, те самые 17.9). То есть, вопреки сделанному ими самими примечанию, авторы книги представили 1 немецкий градус (10 мг/л СаО) в пересчете на эквивалентное (равноценное) по кальцию количество СаСО3. Совершили ли они в конечном счете ошибку? Конечно! Ведь они указали что эти 17.9 мг/л относятся к СаО. Сколько же в таком случае было бы здесь кальция?

40.08  —  56.08

Х

 —  17.9

     Х=12.8 мг. Такое количество кальция к немецкому градусу жесткости не имеет никакого отношения!   Как видно из приведенного примера главный недостаток градусов, как единиц измерения жесткости, в том, что они показывают содержание кальция и магния не НЕПОСРЕДСТВЕННО, а в ПЕРЕСЧЕТЕ на окись или на карбонатную соль. Как уже упоминалось раньше – это УСЛОВНЫЕ единицы. На самом деле окись кальция (СаО) в воде существовать не может***. А СаСО3 – мало растворимое в воде вещество: в стандартных условиях при давлении 1 атм. и температуре 25°С растворяется лишь 6.7 мг/л, что может поднять ее жесткость лишь до 0.24 мг-экв/л, или dGH=0.670. Выходит так, что если аквариумист, горя желанием узнать, сколько же в воде его аквариума присутствует ионов кальция и магния, сделает тест (все покупные тесты измеряют жесткость в градусах), то узнает он вовсе не это, а то сколько там БЫЛО БЫ СаО или СаСО3, если бы массу 

действительно присутствующих в воде ионов кальция и магния (Ca2+ и Mg2+) пересчитать на эквивалентное количество этих веществ, которых на самом деле в воде нет!

     Приведу еще одну табличку, которая показывает сколько же мг/л ионов кальция и магния (тех, которые на самом деле в воде есть, но не виде условных веществ, а в виде реально растворенных ионов) соответствуют различным единицам (градусам) измерения жесткости.</span></span></p>

Таблица 2
Единица измерения жесткости Содержание какого вещества отражают Численное значение 1 единицы Эквивалентная масса ионов,  реально существующих в воде
Для кальция Для магния Са2+ Мg2+
Мг-экв/л Са2+ и Мg2+ 1 мг-экв/л 1 мг-экв/л 20.04 12.15
Немецкий градус dGH CaO и MgO 10 мг/л СаО 7.19 мг/л MgO 7.15 мг/л 4.34 мг/л
Французский градус fh CaCO3 10 мг/л CaCO

3

</sub>

8.425 мг/л MgCO

3

</sub>

4.005 2.429
Американский градус usH CaCO3 1 мг/л CaCO

3

</sub>

0.8425 мг/л MgCO

3

</sub>

0.4005 0.2429
Английский градус (Clark) CaCO3 14.254 мг/л CaCO

3

</sub>

12.008 мг/л MgCO

3

</sub>

5.708 3.463

В доступной мне литературе в отношении французских, американских и английских градусов я не встретил упоминаний об эквивалентных для этих градусов количествах MgCO3. С другой стороны, без магния-то как?! Поэтому я, по аналогии с немецкими градусами, сделал пересчеты с массы СаСО3 на эквивалентные количества MgCO3 и привел в таблице все соответствующие магниевой жесткости величины.

   В общем, очень неудобные единицы измерения эти градусы. От того с ними и вечная путаница. Особенно «обнадеживающе» выглядит второе примечание из приведенного выше фрагмента книги (помеченное II)), из него следует, что теперь далеко не всегда понятно, какие именно градусы обозначает значок dH, а значит путаница будет расти. И она растёт. Авторы книг по аквариумистике из разных стран ссылаются друг на друга, используя переводы. А некоторые переводчики и редакторы не слишком вникают в суть вопроса. И ведь есть ещё простые типографские опечатки, которые кочуют из издания в издание. Так что подчас не понятно о каких именно градусах на самом деле идёт речь, и те ли это градусы, которые имел в виду автор. В качестве примера приведу табличку из широко известной книги Г. Майланда**** (стр.52).

Таблица 3
 
1 нем. градус 1.00 1.25 1.78 17.8 7.15
1 англ. градус 0.798 1.00 1.43 14,3 5.70
1 франц. градус 0.560 0.702 1.00 10.0 4.0
1 америк. градус III) 0.056 0.070 0.10 1.0 0.40
1 рус.градус 0.14 0.111 0.078 0.0078 1.00
III) Данные в ppm (parts per million) при условии, что масса 1 литра воды равна 1 кг.

Я скопировал эту табличку полностью. В принципе это та же самая таблица, что и приведенная выше таблица 1, только менее точная. В ней почти все правильно, за исключением данных относящихся к неким «Русским градусам» (suH). Судя по крайнему правому столбцу таблицы, они равны 1 мг/л Ca2+ и тогда весь этот столбец правильный. Множитель 0.14 в нижней строчке тоже правильный. Это легко проверить: мы знаем (табл. 2), что 1° dGH равноценен 7.15 мг Ca2+ на литр. Если 1° suH действительно равен 0.14 dGH, то в 1° suH кальция содержится 7.15×0.14=1 мг/л. Все сошлось, и значит – все это верно. Но тогда последующие цифры в этой строке никакого разумного объяснения не имеют. Перемножение соответствующих градусам жесткости эквивалентных масс кальция на приведенные коэффициенты 1 мг не дает. Я прикидывал и так и этак, что хотел показать автор, или в чем он ошибся – догадаться не сумел (если вы догадаетесь – напишите пожалуйста). 

Короче говоря, даже если «Русские градусы» равные 1 мг/л кальция есть, то пользоваться этой таблицей для их перевода в другие единицы все равно нельзя!

</span></span></p>

   В серьёзной науке и технике принято использовать единицы измерения, общие для всех вне зависимости от «страны измерения». Просто для того, чтобы лучше понимать друг друга.     Выражение  жесткости  в  миллиграмм  эквивалентах  на литр воды (мг-экв/л, иногда пишут еще миллиэквивалент) куда удобнее, чем градусы.     Завершая   этот  материал, упомяну о парадоксальных результатах, которые можно получить измеряя временную (карбонатную) и общую жесткость. А именно: временная жесткость может оказаться больше общей. Тесты можно переделать заново несколько раз, но «странный результат» будет упорно воспроизводиться – значит дело не в случайной ошибке тестирования. О возможности получения таких результатов упоминает в своей книге и Г.Майланд*****, но вразумительного объяснения не дает (правда может быть это просто перевод книги невразумительный). А между тем этот ларчик открывается очень просто. О том как – можно прочитать в статье про .

Автор отнюдь не всезнайка, и хотя потратил кучу времени, чтобы разобраться во всех этих градусах, вполне мог где-то допустить ошибки. Если Вы их заметили, пожалуйста напишите нам. Замечания и пожелания будут приняты с благодарностью.

* О.С.Зайцев, «Исследовательский практикум по общей химии», М., издательство МГУ, 1994 г. Назад к тексту

** М.Бейли, П.Бергесс, «Золотая книга акариумиста», Москва, «Аквариум», 2002 г. (страница 116). Назад к тексту 

*** CaO – негашеная, или жженая известь реагирует с водой с образованием большого количества теплоты: CaO + H2O = Ca(OH)2 + 65 кДж. Этот процесс называется гашением извести, а образующийся продукт называется гашеной известью. Ca(OH)2 мало растворим в воде. В 1 л растворяется при 20°С всего около 1.56 г. Насыщенный раствор гидроксида кальция называется известковой водой и имеет щелочную реакцию. На воздухе известковая вода быстро становится мутной вследствие поглощения ею диоксида углерода (СО2) и образования нерастворимого карбоната кальция. Назад к тексту 

**** Г.Й.Майланд «Аквариум и его обитатели», БММ АО, Москва 1998 г. Назад к тексту

***** Там же. Назад к тексту

Жёсткость – одна из важнейших характеристик воды. Это свойство воде придают соли магния и кальция (Mg и Ca), которые называют солями жёсткости. Чем меньше их концентрация, тем мягче вода.

Единицы измерения. Единой единицы измерения жёсткости воды в мире не существует. Этот показатель измеряют в градусах, наиболее часто используют немецкие, французские и американские единицы.

В соответствии с ГОСТом 31865-2012 за единицу измерения жёсткости в России принят градус (ºЖ), величина которого равна 1 мг-экв/л (в числовом выражении это соответствует концентрации Ca или Mg, эквивалентной 1/2 миллимоля на литр).

Для определения соотношения градусов разных стран используют условную единицу ppm (part per million, или пропромилле), то есть миллионную долю базовой массы: 1 ppm = 0,0001 % (1 мг на килограмм).

Показания бытовых приборов обычно выражены в единицах страны-производителя. Чтобы сравнить их с указанными в нормативных документах, полученные значения переводят в принятые в стране единицы измерения.

Значения градусов жёсткости, приведенных к ppm:

  • 1 dH (немецкий градус) = 17,8 ppm;
  • 1 f (французский градус) = 10 ppm;
  • 1 (английский градус, Clark) = 14,3 ppm;
  • 1 A (американский градус) = 1 ppm;
  • 1 мг-экв/л (1ºЖ) = 50,05 ppm.

Виды жёсткости воды

Выделяют три вида жёсткости:

  • временная (карбонатная), обусловленная содержанием гидрокарбонатов кальция и магния – солей слабой угольной кислоты. При кипячении соли распадаются, в результате образуется нерастворимый осадок из карбоната кальция (СаСО3) и гидроокиси магния (Мg(OH)2;
  • постоянная (некарбонатная), от которой невозможно избавиться кипячением. В воде находят соли двухвалентных металлов (кальция, магния, бария и стронция), образованных сильными кислотами: соляной (HCl), серной (H2 SO4), азотной (HNO3). Соли бария и стронция для расчета степени жёсткости воды не учитывают, поскольку их количества незначительны;
  • общая – определяется как суммарная концентрация ионов кальция и магния в воде.

В России воду классифицируют в зависимости от величины показателя общей жёсткости:

  • до 2°Ж – мягкая;
  • от 2 до 10°Ж – средней жёсткости;
  • более 10°Ж – жёсткая.
Как и почему меняется жесткость воды

Почему нужно уметь измерять жёсткость воды

Слишком жёсткая или слишком мягкая вода может нанести непоправимый вред как бытовым приборам, так и здоровью людей. Мягкая вода вымывает из организма кальций, из-за чего разрушаются кости и зубы. В такой воде активно коррозируют металлические поверхности. Чтобы этого избежать, используют ингибитор коррозии.

Вред жёсткой воды:

  • приходится тратить больше тепла на нагрев воды: слой накипи (осадок из солей жесткости), появившийся на ТЭНах, обладает низкой теплопроводностью. Из-за недостаточного отвода тепла нагревательные элементы часто сгорают;
  • увеличивается расход моющих средств из-за того, что поверхностно-активные вещества (ПАВ), входящие в состав, дают с солями кальция и магния нерастворимые соединения и не образуют достаточного для удаления загрязнений количества пены;
  • стенки трубопроводов быстро зарастают известковыми отложениями, поэтому в водопроводной системе снижается напор, трубы приходится менять.

Следите за показателями жёсткости воды, поступающей из водопровода или местного источника. Если пользоваться доступными средствами смягчения воды, водопроводная система, нагреватели, стиральная и посудомоечная машины прослужат намного дольше.

Прежде чем покупать дорогие устройства и реагенты, выясните, какие соли и в каком количестве присутствуют в водопроводной воде. Показатель общей жёсткости меняется в зависимости от количества осадков, таяния снега и других явлений, влияющих на концентрацию солей. Чтобы правильно выбрать умягчители, сначала сделайте анализ на определение жёсткости воды.

Для бытовых целей: умывания, стирки и уборки, – достаточно выяснить показатель жесткости воды один раз и в случае необходимости использовать подходящие средства. Для приготовления пищи, если водопроводная слишком вода жёсткая, целесообразно использовать бутилированную воду хорошего качества, которую периодически проверять портативным и несложным в обращении прибором для определения общей и карбонатной жёсткости.

Определение жесткости воды приборами и «на глаз»

Предположить, что вода содержит большое количество солей щелочноземельных металлов, можно по следующим признакам:

  • плохо пенится мыло и стиральный порошок;
  • на поверхности нагревательных приборов образуется известковый налет;
  • вода имеет горьковатый вкус и дольше обычного заваривается чай;
  • при кипячении на поверхности воды образуется характерная пленка;
  • плохо развариваются мясные продукты.

1. Полоски жесткости воды. Продаются в аптечных магазинах «Медтехника», показывают результат измерения с точностью 1-2°Ж.

Инструкция: опустить полоску жесткости в стакан с водой, подождать, пока индикатор, которым она пропитана, изменит цвет, затем сравнить с эталонной шкалой.

2. Экспресс-тесты для аквариумов. Этот способ основан на методе титрования.

Пример аквариумного теста жесткости

Инструкция: в пробирку налить 5 мл воды и по каплям добавить реагент, содержащий индикатор. Число капель реагента, необходимых для того, чтобы раствор из жёлтого стал синим, равно количеству градусов жёсткости, каких именно – указано в инструкции к тесту.

3. Специальные приборы. Самый простой и точный метод определения жёсткости воды – титрование. Основан на реакции индикаторов, их способности менять цвет при достижении той или иной концентрации в строго определенном количестве воды, содержащей соли. В лабораториях результаты титрования обрабатывают с помощью фотоколориметра.

Существуют приборы, принцип действия которых заключается в измерении электропроводности воды. Уровень проводимости прямо пропорционально зависит от концентрации солей кальция и магния, растворённых в воде. В продаже есть приборы типа TDS-метр (total dissolved solids, или «солемер») и EC-метр (кондуктометр).

Пример TDS-метра

TDS-метр выдаёт результат в ppm. Устройство показывает общее содержание солей и удельную электропроводность воды. EC-метр дополнительно показывает и удельное сопротивление раствора в мкСм/см (микро Сименс). Результат TDS = k * EC, где коэффициент k в пределах 0,55–0,80 (среднее значение 0,67).

TDS и EC-метр в одном приборе. Дороже, но удобнее

С помощью таких приборов удобно следить и поддерживать требуемое качество воды в аквариумах или для полива растений, чувствительных к повышенной жёсткости.

Больше о методах определения жесткости воды на ЧистоДаре.

Используемые источники:

  • https://rapresol.ru/hardness/
  • https://aquariumok.ru/content/gradusy_zhestkosti_vody_dgh_dh_clark_fh_ush_i_drugie
  • https://zen.yandex.com/media/chistodar/domashnie-i-professionalnye-metody-opredeleniia-jestkosti-vody-5d2c31d495aa9f00b1becfd0

Рейтинг автора
5
Подборку подготовил
Максим Уваров
Наш эксперт
Написано статей
171
Ссылка на основную публикацию
Похожие публикации