Жесткость

Значительное содержание в водной среде растворяющихся солей кальция, магния можно охарактеризовать жесткостью.

Основополагающей мерой качественной характеристики воды является ее жесткость.

Химические свойства жесткости

При словосочетании «жесткость воды» в первую очередь приходят ассоциации с катионами кальция, а уже потом, с катионами магния. На самом деле, наличие всех 2-валентных катионов в водной среде по-разному, но оказывают влияние на характеристику жесткости. Взаимодействуя с анионами, образуются так называемые соли жесткости, которые способны выпасть в осадок. Данной способностью не располагают только 1-валентные катионы.

В нижеприведенной таблице указаны катионы металлов, напрямую связанных с жесткостью, и основные анионы, ассоциирующиеся с ними.

Практика показывает, что стронций, железо, марганец в общей картине жесткости практически не заметны, поэтому к проблеме их извлечения из водной среды относят на второй план, или вообще не обращают внимание. Алюминий, 3-валентное железо оказывают влияние на рассматриваемое качество воды, но содержание их в естественных условиях, уровень растворимости настолько малы, что заострять внимание на них не следует. На наличие бария, тоже, закрываются глаза.

Разновидности жесткости

Они подразделяются на:

Общая жесткость. Сумма концентрированных ионов Ca и Mg, представляющая сложение временной (наличие карбонатов) и постоянной (без присутствия карбонатов) характеристики жесткости.

Временная жесткость. В водной среде находятся гидрокарбонаты и карбонаты Ca и Mg. Данная разновидность жесткости ликвидируется простым достижением температуры воды 100 градусов по Цельсию, и поэтому характеризуется как временная. При вскипании происходит распад гидрокарбонатов, в процессе которого образуются угольная кислота, а также, карбонат Ca и гидроксид Mg выпадают в виде осадка.

Постоянная жесткость. Характеризуется находящимися в водной среде кальциевыми и магниевыми солями, содержащихся в мощных кислотах, таких как, серная, азотная, соляная. При нагревании не исчезает.

Единицы измерения

Как ни парадоксально, но в мире существует не одна, а несколько имеющих связь между собой измерений. Государственная стандартизация Российской Федерации использует моль/м3. В иностранных государствах широкое применение получили измерения жесткости, называемые немецким, американским, французским градусом.

Единицы жесткости воды

Примечание

Появление жесткости

Составляющие щелочноземельных металлов, таких как, Ca и Mg – ионы, характеризующие жесткость, входят в состав всех минерализованных вод. Данные воды протекают в естественных залежах известняковых, гипсовых пород и доломитах. Вследствие взаимной реакции диоксидов углерода, которые растворены в водной среде, с минеральными веществами, а также, растворения и совокупности физических, биологических, химических разрушений  высокогорных пород вода «обогащается» ионами Ca и Mg. В процессах с участием микробиологических веществ, которые протекают в почве, находящейся на водосборе, на дне водоемов, в сточных производственных водах происходит насыщение водной среды данными ионами.

Колебание жесткости воды происходит в довольно больших рамках, и это отражено в классификации степеней жесткости водной среды. В нижерасположенной таблице выведены 4 вида классификации. Два из научно-исследовательских материалов России, два из иностранных источников Германии и Соединенных Штатов Америки.

В таблице проиллюстрирован более строгий и скрупулезный подход, зарубежных ученых к ситуации связанной с «жесткой» водой.

Жесткость в пределах 70-80 процентов, в основном из-за наличия ионов Ca (за небольшим исключением, ионов Mg), для маломинерализованной водной среды является стандартной. Чем выше степень минерализации, тем меньше наличие в воде ионов Ca (1 г/л), а вот с ионами Mg ситуация выглядит иначе, и количество может достигать гораздо больших размеров. Например, соленые озера являются обладателями воды с содержанием ионов Mg в несколько 10-ков гр.

Воды, находящиеся на поверхности земли, имеют меньшею жесткость по сравнению с водами, находящимися под землей. Жесткость первых меняется с изменением времени года, с приходящимся на завершение зимнего периода пиком, а меньшие показатели достигаются в половодье, так как вода на поверхностных слоях смешивается с дождевой или талой водой, обладающей особой мягкостью. Самыми большими цифрами жесткости могут «похвастаться» морские и океанические водные среды.

Как влияет жесткость на качественные характеристики воды

Если рассматривать свойства пригодности питьевой воды по показателям наличия солей жесткости, то они могут отличаться, критерием изменений могут стать местные условия. Предельно допустимые нормы для ионов Ca не должны превышать 6 мг-экв/л, при соответствующих им анионам, а для ионов Mg нормы более строгие. В крайних ситуациях допускается жесткость водной среды пригодной для питьевых нужд немного более 10 мг-экв/л. Высокие показатели жесткости воды приводят к ухудшению органолептических свойств водной среды, вода обладает горьковатыми вкусовыми ощущениями и оказывает пагубное воздействие на пищеварительные органы.

Стоит заметить, что у Всемирной Организации Здравоохранения не существует рекомендаций по величине жесткости, не влияющей на хорошее самочувствие человека. В документации Организации есть упоминания о трудах связанных с изучением обратной зависимости «жесткой» воды, пригодной для питья, и болезнями сердечно-сосудистой системой, и эта зависимость существует. Но мировые медицинские гении посчитали ее недостаточной. Также не доказана теория, об изменении «мягкой» водой необходимого количества минеральных элементов, достаточного для здорового организма.

Показатели рН, щелочность, жесткость более 4 мг-экв/л может стать причиной отложения накипи в трубах, предназначенных для перемещения воды, усиливает данный эффект высокие температуры. Котлонадзор ввел строгие нормы по наличию в воде солей жесткости, и требует беспрекословное соблюдение этих требований. Данные показатели для котельного оборудования равны 0.05-0.1 мг-экв/л.

Соли жесткости, взаимодействуя с моющими средствами, образуют эффект «мыльной зашлакованности», которая выглядит в виде пенного налета. Она становится причиной большого расхода мыльных веществ. Пенный налет после засыхания откладывается на стенках сантехнического оборудования, тканях, кожных покровах человека и на волосах. Вызывая ощущение сухости волос и кожи. Самым пагубным результатом данной «зашлакованности» становиться разрушение естественной жировой пленки, покрывающей здоровые кожные ткани, а также, становится причиной загрязненных пор. Первым звонком по выявлению данной проблемы может стать неприятная скрипучесть чистых кожных покровов или волос. Все знакомы с некомфортным ощущением мыльной кожи после банных процедур «мягкой» водой, как ни странно, но это доказывает, что с той самой защитой все в порядке, она находится в целостном и невредимом состоянии. Именно этот факт дает эффект скольжения. Но если он не наблюдается, вы идете оставлять свои честно заработанные сбережения на различные косметические средства, произведенные для борьбы с сухостью и жесткостью. А ведь решение данной проблемы заложено в нас самой природой.

Стоит рассмотреть другой аспект ситуации с наличием в воде жесткости. Водная среда, обладающая «мягкостью», в которой показатель жесткости меньше 2 мг-экв/л обладает низкой буферной емкостью (щелочностью) и в сочетании с другими факторами может вызвать довольно сильную коррозию распределительной системы. Вследствие чего, в ряде случаев необходимо провести необходимые действия для соблюдения идеального баланса жесткости и активных коррозийных действий воды.