Кальция и магния (Са(НСО 3) 2 ; Mg(НСО 3) 2), и постоянную (некарбонатную) жёсткость , вызванную присутствием других солей, не выделяющихся при кипячении воды: в основном, сульфатов и хлоридов Са и Mg (CaSO 4 , CaCl 2 , MgSO 4 , MgCl 2).
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. Потребление жёсткой или мягкой воды обычно не является опасным для здоровья,есть данные о том, что высокая жёсткость способствует образованию мочевых камней, а низкая - незначительно увеличивает риск сердечно-сосудистых заболеваний. Вкус природной питьевой воды, например, воды родников , обусловлен именно присутствием 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 миллиграммы эквивалента на литр (мг-экв/л).
С 1 января 2005 года в России введен новый Национальный стандарт Российской Федерации ГОСТ Р 52029-2003 «Вода. Единица жесткости» . По новому ГОСТу жесткость выражается в градусах жесткости (°Ж). 1 °Ж соответствует концентрации щелочноземельного элемента, численно равной 1/2 его моля 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 ). В подземных водах жёсткость обычно выше (до 80-100 °Ж) и меньше изменяется в течение года.
Методы устранения
Термоумягчение
. Основан на кипячении воды, в результате термически нестойкие гидрокарбонаты кальция и магния разлагаются с образованием накипи:
Ca(HCO 3) 2 → CaCO 3 ↓ + CO 2 + H 2 O.
Кипячение устраняет только временную (карбонатную) жёсткость. Находит применение в быту.
Реагентное умягчение
. Метод основан на добавлении в воду кальцинированной соды Na 2 CO 3 или гашёной извести Ca(OH) 2 . При этом соли кальция и магния переходят в нерастворимые соединения и, как следствие, выпадают в осадок. Например, добавление гашёной извести приводит к переводу солей кальция в нерастворимый карбонат:
Ca(HCO 3) 2 + Ca(OH) 2 → 2CaCO 3 ↓ + 2H 2 O
Лучшим реагентом для устранения общей жесткости воды является ортофосфат натрия Na 3 PO 4 , входящий в состав большинства препаратов бытового и промышленного назначения:
3Ca(HCO 3) 2 + 2Na 3 PO 4 → Ca 3 (PO 4) 2 ↓ + 6NaHCO 3 3MgSO 4 + 2Na 3 PO 4 → Mg 3 (PO 4) 2 ↓ + 3Na 2 SO 4
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.
См. также
Ссылки
Примечания
Wikimedia Foundation . 2010 .
Смотреть что такое "Жёсткость воды" в других словарях:
Совокупность свойств воды, обусловленная наличием в ней преимущественно солей кальция и магния. Использование жёсткой воды приводит к осаждению твердого осадка (накипи) на стенках паровых котлов, теплообменников, затрудняет варку пищевых… … Энциклопедический словарь
жёсткость воды - vandens kietumas statusas T sritis ekologija ir aplinkotyra apibrėžtis Vandens savybė, kurią lemia kalcio Ca²⁺ ir magnio Mg²⁺ jonų kiekis jame. Pagal kietumą vanduo skirstomas į: minkštą (kietumas<4 mmol/l), vidutinio kietumo (4–8 mmol/l),… … Ekologijos terminų aiškinamasis žodynas
жёсткость (воды) - — Тематики нефтегазовая промышленность EN hardness …
жёсткость воды - Количество ионов кальция и магния, присутствующих в воде и выраженное в мг экв/л, может быть выражена в градусах различных систем. [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом EN hardness of water … Справочник технического переводчика
Совокупность свойств, обусловленных содержанием в воде ионов Са2+ и Mg2+. Суммарная концентрация ионов Ca2+ (кальциевая Ж. в.) и Mg2+ (магниевая Ж. в.) называется общей Ж. в. Различают Ж. в. карбонатную и некарбонатную. Карбонатная Ж. в.… … Большая советская энциклопедия
Один из показателей качества воды, обусловл. содержанием в ней растворённых солей кальция и магния, вызывающих осаждение твёрдого осадка (накипи) на стенках теп лообменных аппаратов (паровых котлов, водонагревателей и др.). Ед. Ж. в. миллиграмм… … Большой энциклопедический политехнический словарь
Совокупность свойств воды, обусловленная наличием в ней преим. солей кальция и магния. Использование жёсткой воды приводит к осаждению тв. осадка (накипи) на стенках паровых котлов, теплообменников, затрудняет варку пищ. продуктов, стирку.… … Естествознание. Энциклопедический словарь
Показатель минерализации воды, выраженный суммарным содержанием в ней ионов кальция и магния (в мг экв/л); используется при оценке качества питьевой воды … Медицинская энциклопедия
Свойство воды, обусловленное содержанием в ней солей кальция или магния, вызывающих образование твёрдого осадка (Болгарский язык; Български) твърдост на водата (Чешский язык; Čeština) tvrdost vody (Немецкий язык; Deutsch) Wasserhärte (Венгерский… … Строительный словарь
временная жёсткость (воды) - — [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом EN temporary hardness … Справочник технического переводчика
С первого взгляда такое понятие, как жесткость воды, звучит странно – если бы речь шла о льде, тогда было бы все значительно понятнее. Но на самом деле этой характеристике уделяется большое внимание достаточно часто и в разных сферах, так как вода влияет на здоровье человека. Ниже мы ответим на вопрос, как именно и какие методы нужно использовать для того, чтобы определять жесткость воды.
Из этой статьи вы узнаете:
Как определить жесткость воды с помощью приборов
Как определить жесткость воды в домашних условиях
Какие соли определяют жесткость воды
Для чего необходимо определять жесткость воды
Такой показатель, как жесткость воды, напрямую зависит от того, какое количество солей кальция и магния в ней содержится. Жесткость воды – неоднозначное понятие, так как она может быть сульфатной или карбонатной, это можно определить разными способами.
По своей сути, жесткость воды – это положительно заряженные ионы кальция и магния, которые в ней растворены. Определить этот показатель можно следующим образом: если его значение высокое, то при нагреве емкости с водой на ее стенках появится налет от солей.
Человек тоже подвержен появлению подобного налета, но проявляется он совершенно по-другому: камнями в желчном пузыре, почках или печени. Определить жесткость воды важно, поскольку от этого значения зависит возможность дальнейшего использования жидкости в той или иной сфере.
У вас должны возникнуть вопросы о жесткости воды дома или в офисе в том случае, если на чайнике появилась накипь, плохо работает бойлер, стиральная машина некачественно стирает. В таких ситуациях будет полезным определить значение этого показателя, например, сдав пробу на анализ в лабораторию.
Как определить жесткость воды различного типа
Как определить карбонатную и некарбонатную жесткость воды
Карбонатная жесткость – это почти 100 % всех случаев, но для того, чтобы определить, что это именно она, нужно использовать специальные методы.
Что можно сделать, чтобы определить карбонатную жесткость воды:
произвести химическое исследование на жесткость;
обратиться в лабораторию;
купить в магазине специальный тест, который позволит определить жесткость воды;
обратиться за помощью к специалистам.
Как определить временную жесткость воды
Наличие временной жесткости воды характеризуется наличием в ее составе положительно заряженных ионов кальция, магния и железа, бикарбонатных и гидрокарбонатных анионов (II). Ее можно определить следующим образом: при нагреве такой воды происходит разложение гидрокарбонатов, но образуются малорастворимый карбонатный осадок, вода и углекислый газ.
Как определить постоянную жесткость воды
Для того чтобы определить постоянную жесткость воды, нужно выявить содержание в ней солей кальция и магния – сульфатов, фосфатов и хлоридов, которые полностью растворяются в воде и не осаждаются при кипячении. Воду можно очистить от них фильтрами с ионообменной смолой, обратным осмосом или электродиализом. Чтобы определить показатель общей жесткости воды, нужно суммировать показатели временной и постоянной жесткости.
Как определить жесткость воды в лаборатории
Как определить жесткость воды с помощью специальных приборов
Вода должна иметь оптимальный показатель жесткости, поскольку полное отсутствие солей вредно для организма человека. Если в воде, например, мало карбонатных солей, это ведет к появлению сердечнососудистых заболеваний.
Если говорить о самих емкостях, в которых вода нагревается, то мягкая вода способствует коррозии. Поэтому после работы оборудования с мягкой водой в теплоэнергетике поверхности дополнительно обрабатывают раствором, содержащим вещества, которые замедляют этот процесс.
Таким образом, вода, из какого источника вы бы ее ни взяли, имеет какой-то показатель жесткости, причем идеально, если он имеет среднее значение, ведь как избыток солей, так и их недостаток ведут к определенным последствиям.
Определить жесткость воды в наше время несложно – сейчас можно приобрести специальные приспособления для контроля этого показателя и в доме, и на производстве. Оптимальный вариант – прибор TDS-3, на рынке его можно встретить под разными торговыми названиями.
Можно использовать другое приспособление, которое позволяет определить жесткость воды, –электролизер. Это достаточно дешевый прибор.
Электорлизер не сможет определить уровень жесткости воды в цифрах, но он окрасит жидкость в определенный цвет в зависимости от того, насколько в ней много соли. После электролиза вы поймете, с какими именно примесями имеете дело также по цвету воды.
Подобный прибор вы можете изготовить сами, для этого возьмите:
-
прозрачную трубку;
-
пластиковый контейнер объемом полтора литра;
фильтр для очистки воды;
обратный клапан для воды.
нержавеющую сталь, размер 50 х 50 см;
болты М6 х 150;
Основой для будущего прибора будет служить лист нержавейки, идеально - AISI 316L, если она импортная, и 03Х16Н15М3, если она отечественная.
Теперь нержавейку нужно разметить и разрезать на 16 одинаковых квадратов, после чего у каждого из них срезаем один угол, а на противоположном углу сверлим дырку, которая пригодится чуть позже. Принцип работы электролизера заключается в движении электричества от пластины одного заряда к пластине противоположного заряда, как итог – вода распадается на кислород и водород.
Для того чтобы создать хорошее движение тока, пластины подключают поочередно: сначала положительный заряд, затем отрицательный, снова положительный и т. д. Трубка применяется для изоляции, от нее нужно отрезать кольцо, разрезав которое получаем полоску толщиной 1 мм.
Шайбы нужны для того, чтобы собрать пластины: на болт прикручиваем шайбу, потом пластину и три шайбы, потом снова пластина и так далее. На каждом заряде должно быть по восемь пластин. Все это нужно делать достаточно аккуратно, чтобы избежать соприкосновения спилов пластин с электродами.
Следующий этап создания прибора для определения качества воды – стягивание гаек и изоляция пластин, после чего помещаем то, что получилось, в пластмассовый контейнер подходящего размера.
В местах касания болтами стен бокса сверлим две дыры. Может получиться так, что болты не проходят в ёмкость, тогда обрежьте их и затяните для герметичности гайками. Теперь сверлим отверстие в крышке для штуцеров. Для создания герметичности шва обрабатываем его силиконовым герметиком.
До того как вы соберетесь определить жесткость воды таким прибором, нужно проверить, достаточно ли хорошо он работает: подключите прибор к питанию, наполните водой до болтов, накройте крышкой, подключите к штуцеру трубку и опустите другой конец трубки в воду. Если ток появится, то его можно увидеть.
Теперь ток постепенно нужно увеличивать. Дистиллированная вода из-за своей чистоты очень плохо проводит ток, поэтому для создания электролита в нее нужно добавить щелочь, например, гидроксид натрия (присутствует в средствах для очистки труб типа «Крот»). Защитный клапан предотвращает излишнее скопление газов. Поздравляем, у вас есть собственноручно изготовленный прибор, который позволит определить жесткость воды!
Как определить жесткость воды с помощью мыла
Этот способ был описан И. Шереметьевым. В его основе лежит трудность размыливания хозяйственного мыла в жесткой воде. Мыльная пена появляется в том случае, когда мыло свяжет избыток солей кальция и магния.
Определить жесткость воды этим способом можно таким образом: берем 1г хозяйственного мыла, измельчаем и постепенно, аккуратно, избегая появления пены, растворяем его в небольшом количестве горячей дистиллированной воды.
Полученный раствор переливаем в цилиндрический стакан, теперь в него нужно долить дистиллированной воды до уровня 6 см, если мыло 60 %,или до уровня 7 см, если мыло 72 % (этот процент указан на самом куске мыла). На каждый сантиметр имеющегося раствора приходится такое количество мыла, которое может связать соли жесткости, их содержится 1°dH на 1 л. воды. Теперь берем литровую банку и наполовину заполняем ее той водой, жесткость которой хотим определить. Затем при постоянном помешивании постепенно льем туда приготовленный раствор. Сначала будут видны только темные хлопья, а потом появятся цветные пузыри. Если образуется плотная белая пена, то это говорит о том, что все соли жесткости в исследуемой воде связаны. Теперь нужно посчитать, сколько сантиметров из приготовленного раствора мы вылили – каждый сантиметр связал в половине литра воды количество солей, соответствующее 2°dH, то есть если для получения пены пришлось добавить 4 см мыльного раствора, то жесткость исследуемой воды равна 8°dH.
В том случае если раствор уже закончился, а пены так и нет, мы имеем дело с жесткостью воды, превышающей 12°dH. Тогда, чтобы определить искомое значение, повторяем опыт, но исследуемую воду разбавляем дистиллированной водой в два раза. Тот результат, который получим в итоге повторного анализа, следует умножить на два, это и будет искомым показателем жесткости воды.
Обычные стаканы, как правило, имеют примерно такие параметры: объем – 200–250 мл, высота –10 см, нижний диаметр – 55 мм и более, верхний диаметр – 73 мм. Таким образом, его средний диаметр составляет примерно 63 мм. Наиболее точно определить жесткость воды у вас получится в том случае, если вы будете использовать химический цилиндрический стакан с диаметром около 6 см. Конечно, можно использовать и конусный стакан, но тогда погрешность будет большей. Хочется отметить, что абсолютной точности измерения от этого способа ждать не стоит, но точности 1–2 °dH вполне достаточно для определения состояния воды. Такая погрешность является в большей мере следствием разности верхнего и нижнего диаметров сосуда, в котором находится мыльный раствор, а также на нее влияют качество мыла, дистиллированной воды и ваш опыт осуществления данного анализа.
Этот метод очень простой и позволяет самостоятельно определить жесткость воды, поэтому такая небольшая погрешность при определении этого показателя не должна заставлять вас отказываться от его применения.
Как еще определить жесткость воды в домашних условиях
На самом деле определить жесткость воды несложно. Если вам нужно узнать точную цифру, вы всегда можете отнести пробу на анализ в лабораторию. Наиболее оптимальный способ определить жесткость воды – провести тест, используя реактив Трилон Б. Также возможно получить быстрые результаты, применив специальное оборудование, минимальная стоимость которого 10–15 у.е. Это небольшие деньги, если необходимо часто контролировать этот показатель дома.
Если у вас нет этого оборудования, но вам нужно прямо сейчас определить жесткость воды, можете воспользоваться следующим способом. Просто возьмите кусок мыла и умойтесь с ним – если пены нет и сушится кожа, при этом на лейке душа или в чайнике имеется налет, то вода жесткая. Если все наоборот, то вода мягкая или средней жесткости.
На самом деле существуют еще некоторые способы, которые позволят определить показатель жесткости:
Наиболее доступный метод предполагает определить качество воды по внешнему виду и вкусу. В идеале она прозрачная, не имеет осадка и постороннего запаха.
Чтобы определить, насколько вода чистая, ее нужно налить в прозрачный чистый стакан на 20 см и поставить на лист с текстом. Если сквозь воду текст получится прочитать, то этот показатель в норме.
Цвет воды можно определить подобным образом, только налить нужно 100 мл воды в стакан и поставить его на белую бумагу. Если в воде присутствуют примеси органики, жидкость темнеет.
По запаху можно определить чистоту жидкости. Нагрейте воду до 20°С, затем – до 60°С. Если вы замечаете неприятный гнилостный запах, значит, в ней есть примеси сероводорода.
Вкус также позволяет определить некоторые качества. Для этого налейте воду в чистую посуду, прокипятите небольшой объем воды в течение пяти минут, после чего остудите до 20°С–25°С, теперь попробуйте. Сладковатый вкус свидетельствует о содержании в ней гипса, горький – соли магния, терпкий – соли железа. Гнилостный вкус появляется от попадания в воду растительных или животных организмов. Профильтровав, можно определить наличие твердых примесей, но предварительно воду нужно отстоять в течение некоторого времени.
Попробуйте капнуть воду на стекло или зеркало. После того как жидкость испарится, изучите поверхность: если она осталась чистой – вода также чистая. Наличие пятен – явный признак плохого качества воды. Присмотритесь к аквариуму, если он у вас есть, его обитатели обычно очень чувствительны к качеству воды.
Вышеприведенные способы не позволят точно определить жесткость и качество воды, поэтому лучше всего обратиться к специалистам.
Если нужно определить жесткость воды для дома, дачи или коттеджа, лучше всего сделать анализ, так как количество магния и кальция может быть в ней любое в зависимости от множества факторов.
Вы потратите деньги на анализ, но будете точно знать, насколько эффективным окажется приобретённый фильтр.
Существует большое количество российских компаний, разрабатывающих системы водоочистки. Положившись только на себя, выбрать нужный фильтр затруднительно. Сделать дома очистную систему самим, даже если вы предварительно немного почитаете об этом, не будет достаточно эффективным способом очистки.
Надежнее обратиться в компанию по установке фильтров, которая предоставляет полный спектр услуг: консультацию специалиста, анализ воды из скважины или колодца, подбор подходящего оборудования, доставку и подключение системы. Кроме того, важно, чтобы компания предоставляла и сервисное обслуживание фильтров.
Таковой является компания Biokit , которая предлагает широкий выбор систем обратного осмоса, фильтры для воды и другое оборудование, способное вернуть воде из-под крана ее естественные характеристики.
Специалисты нашей компании готовы помочь вам:
подключить систему фильтрации самостоятельно;
разобраться с процессом выбора фильтров для воды;
подобрать сменные материалы;
устранить неполадки или решить проблемы с привлечением специалистов-монтажников;
найти ответы на интересующие вопросы в телефонном режиме.
Доверьте очистку воды системам от Biokit – пусть ваша семья будет здоровой!
1. Пипеткой Мора или цилиндром отмеряют 50 мл исследуемой воды и переносят ее в коническую титровальную колбу объемом 250 мл.
2. В колбу приливают дозатором 2 мл раствора NaOH 2 н. (для создания щелочной среды - рН 12-13) и добавляют на кончике шпателька сухого индикатора флуорексона.
3. Пробу титруют 0,02 н. раствором Трилона Б. Титрование должно быть очень аккуратным, после прибавления нескольких капель Трилона Б содержимое колбы тщательно перемешивается.
Переход окраски от зеленовато-розовой флуорисцирующей к розовой свидетельствует об окончании титрования .
При дальнейшем добавлении Трилона Б цвет пробы воды и его интенсивность не изменяется.
4. Количество Трилона Б, пошедшее на титрование, записывается в тетрадь для расчета содержания ионов кальция в исследуемой воде.
С = n * N * 1000 /V , где
n - количество раствора Трилона Б, пошедшее на титрование пробы, мл
N - нормальность Трилона Б (см.»Жесткость»);
V - объем пробы, взятый для титрования, мл
Запись и расчет результатов.
Са мг-экв/л = 4,9 * 0,0192 *1000 / 50 =1,88 мг-экв/л
Ca мг/л =1,88 * 20,04 =37,7 мг/л
Реактивы:
Раствор Трилона Б (см. методику определения "Жесткость")
2 н. раствор едкого натра (NaOH) 80 г. х.ч. NaOH растворяют в 1000 мл дистиллированной воды (растворение происходит с выделением тепла).
Раствор ZnCl 2 (см. "Жесткость")
Смешанный индикатор - флуорексон (кальценна-динатриевая соль). Готовят следующим образом: 0,5 г сухого флуорексона растирают маленькими порциями в ступке со 100 г хлористого натрия. Приготовленный реактив следует хранить в склянке из темного стекла.
Магний.
Источники . Главным источником ионов магния в поверхностных водах являются процессы химического выветривания и растворения доломитов, мергелей и других минералов. Значительное количество ионов магния может поступать в водоемы со сточными водами предприятий металлургической, силикатной, текстильной и других отраслей промышленности.
Свойства и цели наблюдения. Магний придает воде горьковатый вкус, поэтому концентрация его в питьевых водах ограничена.
В исследуемой пробе воды определяют общую жесткость (мг-экв/л) и содержание ионов кальция. Содержание ионов магния определяют арифметически, вычисляя из величины общей жесткости величину содержания ионов кальция мг-экв/л). Полученная величина и есть содержание ионов магния (Mg 2+), мг-экв/л.
Для перевода мг-экв/л в мг/л необходимо полученную величину в мг-экв/л. умножить на 12,16
Mg 2+ мг-экв./л + = 2,84 -1,88= 0,96 Mg 2+ мг/л= 0,96 * 12,16=11,7
Вода – это сложный природный раствор. Вся жизнь на земле зависит от воды и в большей своей части состоит из нее. Вода в том или ином виде содержит в себе, все существующие химические элементы, в том числе и газы. Возможность существования в воде живых существ обусловлена ее гидрохимическими параметрами, которые в свою очередь зависят не только оттого, что в ней содержится, но и в каких пропорциях.
Многие люди слышали о таком понятии как жесткость воды . Но не многие представляют, что это такое и откуда она берется.
Жесткость – это особое свойство воды, во многом определяющее её потребительские качества и поэтому имеющее важное хозяйственное значение. Жесткая вода в процессе кипения образует накипь на стенках всевозможных нагревательных приборов (чайников, отопительных котлов, стиральных машин, батареях и пр.), чем значительно ухудшает их теплотехнические характеристики. Кроме того, жесткая вода плохо подходит для стирки, ухудшая моющие свойства мыла. Катионы Ca2+ и Mg2+ вступают в химическую реакцию с жирными кислотами мыла, в результате которой образуются плохо растворимые соли, создающие пленки и осадки, снижающие качество стирки и повышающие расход моющего средства. Проще говоря, жесткая вода плохо мылится.
Жесткость воды обусловлена содержанием в ней солей кальция и магния. Эти химические элементы являются активными регуляторами многих химических процессов в природе, а жесткость воды несомненно является одним из важнейших показателей качества воды, с какой бы целью она не применялась – для питья, технических нужд, или содержания и разведения рыбы.
Вполне естественно, что вода, взятая из разных водоемов, может существенно отличается по жесткости.
Причем если водоем, будь то озеро или река пополняется водой в основном из подземных источников, которые как правило протекают в известняковых пластах земной коры, при прохождении которых вода обогащается солями жесткости, то вода в таком водоеме будет жесткой.
Если же основной источник пополнения водоема – талая или дождевая вода, то вода в таком водоеме будет мягкой.
В целом, жесткость поверхностных вод, как правило, меньше жесткости вод подземных.
Жесткость воды в природных водоемах периодически изменяется достигая максимального значения в зимний период и минимального весной во время таяния снега. Что касается тропических водоемов, а обитатели аквариумов в основном выходцы из тропических стран, то там наблюдается похожая закономерность. В засушливый сезон вода более жесткая чем в сезон дождей.
Жесткость воды может колебаться в широких пределах. Значительные колебания временной и общей жесткости могут отрицательно сказываться на здоровье обитателей аквариума. Обычно в аквариуме преобладает жесткость, обусловленная наличием ионов кальция (до 70%); однако в некоторых случаях магниевая жесткость может достигать 50-60%. Так например, в озере Танганьика преобладает магниевая жесткость , поэтому иногда аквариумисты практикуют добавление в воду сульфата магния.
Океанская и морская вода имеют очень высокую степень жесткости (десятки и сотни мг-экв/дм3).
Иначе говоря, при незначительном содержании солей кальция и магния, воду называют мягкой, а при большом количестве – жесткой. Кроме этого, также различают кальциевую и магниевую составляющие. Хотя эти элементы довольно близки по своим свойствам, но небольшие различия все же есть. Так, магниевые соли растворяются в воде несколько хуже чем кальциевые, а их избыток придает воде горьковатый вкус.
Итак, жесткость воды это свойство обусловленное содержанием в ней растворимых солей кальция и магния, называемых еще солями жесткости.
Когда речь идет о жесткости воды
в аквариуме, то имеется в виду так называемая общая жесткост
ь, образованная двумя составляющими: временной (карбонатной) и постоянной (некарбонатной).
Это соотношение можно записать так:
общая жесткость (GH) = временная жесткость (КН) + постоянная жесткость (NKH).
Временная жесткость отражает наличие в воде гидрокарбонатов магния и кальция. Эти соли легко распадаются в процессе кипячения воды, в результате чего образуется угольная кислота и гидроксид магния с карбонатом кальция в виде осадка, который многим известен как накипь.
От величины временной жесткости
зависит растворимость в ней CO2, а соответственно значение pH в аквариуме. Чем выше карбонатная жесткость
тем хуже растворяется в воде CO2 и выше значение pH.
Если в аквариуме плохо развиваются растения, то наиболее вероятной причиной этого может быть высокое значение карбонатной жесткости
, так как в мягкой воде растения лучше усваивают необходимые им минеральные элементы.
Постоянная жесткость воды в аквариуме обусловлена присутствием в воде кальций-магниевых солей разных кислот (азотной, соляной и серной) и при кипячении не изменяется.
В действующем аквариуме вода со временем смягчается, т.к. кальций усваивается рыбами, беспозвоночными животными и растениями. Поэтому старая вода как правило более мягкая. В аквариуме с большим количеством растений, при сильном освещении, жесткость может, изменятся в течение суток. В дневное время она становиться меньше, а ночью увеличивается. Особенно это актуально для аквариумов, в которых развились зеленые водоросли.
В зависимости от своих свойств вода способствует или тормозит развитию жизненных процессов. В общем случае, для аквариума пригодна чистая, прозрачная, содержащая все необходимые для растений микроэлементы водопроводная вода с GH 5-20°, KH 2-15° градусов, pH 6,5-7,5.
Общая жесткость воды в аквариуме измеряется в GH – это значение показывает суммарное количество в воде ионов щелочноземельных металлов, таких как кальция, магния, стронция, бериллия и бария. Физиологическое значение этих элементов для пресноводных рыб чрезвычайно велико, но потребляют они эти элементы не из воды, а из корма. Строго говоря, в подавляющем большинстве случаев этот параметр для рыб не сильно критичен. Опасность для них представляют только экстремальные значения.
Так, в воде со значением GH близким к нулю вообще ничего живое жить не будет. А при очень больших показателях, превышающих 35-50°GH, в действие вступают уже другие факторы, здесь пресноводная аквариумистика кончается, и начинается зона действия законов природы для солоноватых вод. Тут уже начинают сказываться различные осмотические явления, при которых далеко не каждая пресноводная рыба способна выжить. Во всех же остальных случаях большинство рыб легко адаптируются к любым разумным значениям общей жесткости.
Обратите внимание на взаимосвязь параметров: GH, KH и pH. Хотя эти три параметра различны, они все взаимодействуют друг с другом в разной степени, делая трудным изменение одного параметра без изменения других. Это – одна из причин, по которой начинающим аквариумистам не рекомендуют заниматься изменением параметров воды, если на то нет необходимости.
Как пример, жесткая вода , часто становится из-за известняка. Известняк содержит карбонат кальция, который когда растворяется в воде, увеличивает, и GH (от кальция) и KH (от карбоната). Увеличение KH также обычно увеличивает pH. Как следствие KH действует подобно губке, поглощая кислоту из воды и увеличивая pH.
Единицы измерения жесткости воды
В литературе посвященной аквариумистике, жесткость до сих пор измеряют в градусах, причем в разных странах свои собственные градусы, отличные от других.
Идентичны пожалуй только немецкие и русские градусы жесткости, правда, давно официально отменные в обеих странах, но по-прежнему существующие в аквариумной литературе.
В западных странах используется такие единицы измерения жесткости, как немецкий (d°, dH), французский (f°) и американский градус (ppm CaCO3).
Очень мягкой считается вода с жесткостью от 0 до 4°, мягкой — от 5 до 8°, вода средней жесткости — от 9 до 16°, жесткая вода — от 16 до 30° и более 30° — очень жесткая вода .
Обратите внимание, что сокращения GH, КН и NKH являются общепринятыми во всей аквариумной литературе. Например, вы можете встретить запись 12° dGH и 4° dKH, что означает, соответственно, 12 немецких градусов общей жесткости и 4 немецких градуса карбонатной жесткости.
В городах аквариумисты используют водопроводную воду, жесткость которой зависит прежде всего от географического положения и в меньшей степени от времени года.
Например, жесткость воды в Москве находится в диапазоне от 4 до 12°, в Санкт-Петербурге, от 2 до 3°, а в Одессе 12° и выше.
Для перевода одних градусов жесткости в другие можно воспользоваться таблицей:
Как пользоваться этой таблицей?
Допустим, исходная общая жесткость воды в аквариуме равна 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 (dGH). 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 1л воды (так пишут во всей русскоязычной литературе), сами же американцы считают, что их градус жесткости в 17.12 раз больше, 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 может привести к существенному искажению данных. Так 14 американских градусов – это всего лишь 0.78 немецких.
Поэтому читая сообщения американского аквариумиста, о том, что у него рыбы отнерестились при 14° град. жесткости, не думайте, что им подходит для нереста жесткая вода
, эта вода на самом деле очень мягкая. В любом случае, первое что надо сделать – это выяснить в каких единицах представлены результаты.
Как повысить жесткость воды в аквариуме?
Для того чтобы повысить жесткость воды в аквариуме на небольшую величину (1-3°) достаточно поместить в него куски мрамора или известняка. В этом случае жесткость воды будет увеличиваться постепенно, причем чем мягче исходная вода, тем быстрее увеличится ее жесткость.
Более эффективный метод повышения жесткости – химический, реализуемый путем добавления в воду растворов хлористого кальция и сульфата магния (магнезии). Эти препараты можно приобрести в аптеке.
Так при добавлении одного миллиграмма 10-процентного раствора хлористого кальция жесткость одного литра воды в среднем повышается на 3°, а добавление одного миллиграмма 25-процентного раствора сульфата магния увеличит жесткость воды на 4°.
Максимальный эффект достигается одновременным использованием обоих препаратов, это даст более близкое к естественному соотношение ионов кальция и магния.
Как понизить жесткость воды в аквариуме?
Существует несколько способов для уменьшения жесткости воды в аквариуме. Самый простой заключается в ее кипячении, например, чтобы уменьшить жесткость воды приблизительно в два раза, необходимо кипятить ее в течение получаса.
Понизить жесткость воды можно путем вымораживания. Этот метод заключается в следующем: воду наливают в небольшой пластиковый контейнер и помещают в холодильник, после того как большая часть воды в емкости замерзнет, не замерзшую воду сливают, а оставшийся лед, практически не содержащий солей, растапливают, после чего доводят температуру полученной воды до комнатной и используют. Полученная таким способом вода будет иметь значительно меньшую жесткость.
Оба этих метода понижения жесткости рассчитаны на не большие объемы воды. А как быть в случае если необходимо уменьшить жесткость воды в большом аквариуме?
В этом случае, для получения мягкой воды используют специальное оборудование.
На сегодняшний день лучшим решением можно считать использование установки обратного осмоса. Такие установки (фильтры) вполне доступны и используются в бытовых целях. На выходе такого фильтра вода будет иметь нулевую жесткость.
А для получения воды определенной жесткости достаточно разбавить отстоянную водопроводную воду полученной водой.
Объем необходимой водопроводной воды, можно рассчитать по формуле:
GH’ — необходимая жесткость воды
V’ — объем воды с необходимой жесткостью
GH — жесткость водопроводной воды
А чтобы найти объем «осмолята» нужно просто вычесть объем водопроводной воды из объема воды с необходимой жесткостью:
Например, чтобы получить 60 литров воды с жесткостью 4 градуса, при жесткости воды в водопроводе 15 градусов:
Нужно взять 16л водопроводной воды и смешать ее со следующим объемом «осмолята»: Vосм=60л–16л=44л
Для устранения жесткости также используется метод ионного обмена или катионирования, когда воду пропускают через слой катионита (специальной смолы). При этом катионы Са2+ и Mg2+, находящиеся в воде, обмениваются на катионы Nа+, содержащиеся в применяемом катионе. В некоторых случаях требуется удалить из воды не только катионы Са2+ и Mg2+, но и другие катионы и анионы. В таких случаях воду пропускают через катионит, содержащий в обменной форме водородные ионы (Н – катионит), и анионит, содержащий гидроксид – ионы (ОН – анионит).
В итоге вода освобождается как от катионов, так и от анионов солей. Такая обработка воды называется ее обессоливанием.
Как измерить жесткость воды в аквариуме?
Оценить значение общей жесткости воды в аквариуме можно по крайней мере шестью различными способами:
1. Комплексонометрическим титрованием трилоном Б. Это самый точный метод, но не самый простой.
2. С помощью покупных тестов. Это не очень точно, зато быстро и просто.
3. С помощью измерения электропроводности воды. Очень просто, но нужен кондуктометр.
4. С помощью ионометра (вольтметра с высоким входным сопротивлением) и ионоселективного электрода.
5. С помощью титрования соляной кислотой пробы воды, обработанной щелочью и содой. Это не просто и не очень точно.
6. С помощью обычного хозяйственного мыла. Это тоже не точно, но и не сложно.
Определение временной, или карбонатной жесткости воды в аквариуме
Определение карбонатной жесткости воды проводится путем её титрования соляной кислотой.
Под титрованием понимается добавление к исследуемой воде раствора реагента, концентрация которого заранее известна. По расходу этого реагента, а он вступает в химическую реакцию с тем веществом, содержание которого хотят определить, рассчитывают концентрацию определяемого вещества.
Для аквариумных нужд удобно пользоваться 0.05М раствором соляной кислоты. В качестве индикатора понадобится метиловый оранжевый, который необходим для того, чтобы установить момент окончания титрования.
Соляная кислота, и метиловый оранжевый очень распространенные реактивы. Их всегда можно приобрести в специализированных магазинах. Присутствуют они и в любой химической лаборатории.
Приготовление реактивов:
Для приготовления 0.05М раствора соляной кислоты, 4 мл покупной 38% соляной кислоты растворяют в дистиллированной воде (примерно в 200-300 мл), после чего доводят все той же водой раствор до 1 литра.
Работа с концентрированной соляной кислотой требует предельной осторожности, ОНА НЕ ДОЛЖНА ПОПАДАТЬ НА РУКИ И ОДЕЖДУ, а ВДЫХАНИЕ ЕЕ ПАРОВ ВРЕДНО
. Помните, что ВСЕГДА НАДО ДОБАВЛЯТЬ КИСЛОТУ В ВОДУ, А НЕ ВОДУ В КИСЛОТУ
.
Разбавленная до указанной концентрации соляная кислота никакой опасности не представляет.
Для приготовления раствора индикатора небольшое его количество — 0.1 г растворяют в 100 мл дистиллированной воды. Особой точности здесь не требуется, все можно сделать на глаз.
Проведение анализа:
Как можно точнее отмеряют 50 мл исследуемой воды. Добавляют в нее несколько капель раствора метилового оранжевого, до тех пор пока вода не окрасится в желтый цвет. Далее проводят титрование пробы кислотой до изменения цвета индикатора.
Кислоту удобно набрать в шприц до отмеченного заранее деления и из него дозировано добавлять в раствор. Сначала порции кислоты могут быть относительно большими, но к концу титрования надо быть аккуратным и осторожным, цвет может поменяться буквально от одной капли.
Титровать надо не торопясь, осторожно перебалтывая воду в стаканчике.
Как только цвет раствора изменится с желтого на оранжевый, следует прекратить титрование. Лучше проделать эту процедуру несколько раз, каждый раз точно засекая какой объем кислоты был израсходован.
Затем вычислить СРЕДНИЙ ОБЪЕМ пошедшей на титрование кислоты. Зная этот объем можно рассчитать карбонатную жесткость по формуле:
Где Ск — концентрация кислоты в молях (М/л), Vк — объем раствора кислоты использованный при титровании (мл), Vв — объем пробы воды, взятой для титрования (мл).
Если Ск = 0.05 М, а Vв = 50 мл, то
То есть если вы титровали 50 мл воды 0.05 М соляной кислотой, то в этом случае карбонатная жесткость в
мг-экв/л будет численно равна объему кислоты (в мл), израсходованному для титрования.
Например, если на титрование ушло 1.5 мл раствора кислоты, то карбонатная жесткость воды равна 1.5 мг-экв/л. Для перевода в градусы KH значение в мг-экв/л надо умножить на 2.804: 1.5*2.804=4.2°KH.
Определение общей жесткости воды в аквариуме
Этот тест не отличается от большинства других тестов для определения общей жесткости , он основан на титровании кальция и магния трилоном Б в присутствии металлоиндикатора. В качестве индикатора в данном случае используется хром темно-синий, который позволяет определить кальций и магний отдельно.
Приготовление реактивов.
Индикатор:
В 10 мл этилового спирта на кончике ножа внести индикатор (хром темно-синий), порошок растворяется долго. Раствор должен быть темный, как крепкий раствор марганцовки. При отсутствии спирта можно использовать водку.
Титровальный раствор: 500 мг трилона Б (динатриевой соли ЭДТА 2-водной) растворить в 75 мл дистиллированной воды.
Определение общей жесткости (суммы кальция и магния)
К 10 мл исследуемой воды добавить 8-10 капель 10%-ного раствора аммиака (аптечного нашатырного спирта) для создания щелочной среды и 1-3 капли индикатора до появления хорошо заметной розово-сиреневой окраски.
Затем по каплям добавлять раствор трилона Б до появления устойчивой сине-фиолетовой окраски, перемешивая пробу после каждой капли. При приближении к конечной точке титрования добавлять титровальный раствор следует медленно, так как смена окраски может произойти через 2-3 секунды после добавления очередной капли.
Результат получаем в немецких градусах: 1 капля = 0,5 dGH (для пипетки 1 мл=20 капель), т.е. если на титрование ушло 20 капель, то общая жесткость GH=10.
Определение постоянной и карбонатной жесткости с помощью готовых наборов.
Такие тесты выпускаются многими производителями, они продаются в зоомагазинах.
Пользоваться ими просто и удобно. Как правило такие наборы продаются в красивой упаковке в которой находятся: мерный стаканчик, пузырек-капельница с реагентом-индикатором и инструкция.
Ход анализа предельно прост.
Для определения общей жесткости
:
В мерный стаканчик надо набрать 5 мл исследуемой воды, далее в достаточно освещенном помещении, поместив стаканчик против белого фона, добавляем содержимое теста по каплям, перемешивая после каждой капли, до тех пор, пока вода не изменит цвет с розового на зеленый. Количество капель соответствует значению общей жесткости
воды в немецких градусах.
Для определения карбонатной жесткости :
В 5 мл. исследуемой воды добавляем содержимое теста по каплям, перемешивая после каждой капли, до тех пор, пока вода не изменит цвет с синего на желтый. Число капель соответствует значению карбонатной жесткости воды в немецких градусах.
Вы не пожалеете если приобретете эти наборы.
Измерение общей жесткости воды с помощью кондуктометра
Кондуктометр (TDS-метр) - это электронный прибор, измеряющий электропроводность воды, которая тем выше, чем больше в ней растворено солей. Поэтому его еще иногда называют солемер.
Этот метод позволяет составить достаточно точное представление о жесткости воды в аквариуме в том случае, если Вы не сыпали в аквариум поваренную соль и не регулировали рН средствами типа рН-минус, рН-плюс и другими кислотами и щелочами.
По его показаниям можно косвенно судить о величине общей жесткости, для этого достаточно лишь воспользоваться графиком
Объяснять тут почти совсем нечего – все очень просто.
Если электропроводность воды, к примеру, 200 мкСм/см, то жесткость ее будет около 5° dGH, если — 360 мкСм/см, то около 10° dGH и т.д. Можно распечатать этот график и проведя горизонтальную линию от точки на оси ординат, соответствующей значению электропроводности, до пересечения ее с кривой графика, а от этой точки вертикальную линию до оси абсцисс, определить общую жесткость воды. График этот составлен на основе анализа реальных образцов природных вод.
Метод подкупает своей простотой. Но при его использовании необходимо учитывать, что это косвенное измерение общей жесткости
.
Показания прибора сильно зависят от температуры исследуемого раствора (существуют модели с термокомпенсацией, но они дороже). А так же электропроводность зависит от активной реакции воды(pH). При длительном использовании возможна сульфатация электродов, которая так же искажает показания прибора (есть модели, в которых для измерения используется переменный ток, но они так же дороже).
Самым доступным, дешевым и точным в домашних условиях, без использования сложного химического или электронного оборудования является метод определения общей жесткости с помощью обычного хозяйственного мыла.
Этот способ описал в своей книге И. Шереметьев. Основан этот метод на том, что хозяйственное мыло, как и любое другое трудно размылить в жесткой воде. И только когда мыло свяжет избыток солей кальция и магния – появляется мыльная пена.
Для определения жесткости воды
нужно взвесить один грамм хозяйственного мыла, измельчить его и аккуратно, чтобы не образовалась пена растворить в небольшом количестве горячей дистиллированной воды. Дистиллированную воду можно купить в автомагазинах. Она используется для добавления в аккумулятор при повышении концентрации электролита.
Далее мыльный раствор наливаем в цилиндрический стакан и доливаем дистиллированной воды до уровня 6 сантиметров, если мыло 60% или до уровня 7 сантиметров если мыло 72%. Процент содержания мыла указан на бруске. Теперь в каждом сантиметре уровня мыльного раствора содержится количество мыла способное связать соли жесткости, количество которых соответствует 1°dH в 1 литре воды.
Далее в литровую банку наливаем пол-литра исследуемой воды. И непрерывно помешивая, понемногу прибавляем наш мыльный раствор из стакана в банку с исследуемой водой. Поначалу на поверхности будут только серые хлопья. Затем появятся разноцветные мыльные пузыри. Появление устойчивой белой мыльной пены говорит о том, что все соли жесткости в исследуемой воде связаны.
Теперь смотрим на наш стакан и определяем, сколько сантиметров раствора нам пришлось вылить из стакана в исследуемую воду. Каждый сантиметр связал в половине литра воды количество солей соответствующее 2°dH. Таким образом, если вам пришлось до появления пены вылить в воду 4 сантиметра мыльного раствора, то жесткость исследуемой воды равна 8°dH.
Если вы вылили в воду весь мыльный раствор, а пена так и не появилась, это означает, что жесткость исследуемой воды больше 12°dH. В таком случае исследуемую воду разбавляем дистиллированной водой в два раза. И проводим анализ снова. Теперь полученный результат жесткости нужно будет умножить на два. Полученное значение будет соответствовать жесткости исследуемой воды.
При определенном опыте погрешность метода около 1 – 2 °dH. Что вполне допустимо для наших целей. Учитывая простоту и доступность метода он, безусловно, заслуживает внимания.
Вообще-то, большинство рыб и растений способны благополучно приспосабливаться к изменяющимся условиям, в том числе и к непривычной жёсткости (или, наоборот, мягкости) воды.
Умение различать такие параметры воды, как жесткость и мягкость, необходимо в том случае, если вам придется иметь дело с каким-нибудь “трудным” видом рыб, предъявляющим высокие требования к окружающей среде. Но размножение рыбы в условиях неподходящей жёсткости весьма затруднительно, а иногда и совершенно невозможно. При выборе рыб и растений для вашего аквариума вы обязаны учитывать их требования к жесткости воды
.
Например, совершенно недопустимо сажать вместе цихлид из африканских озер Малави и Танганьика, которым нужна жесткая вода
, и рыб из бассейна реки Амазонки, которым нужна мягкая вода.
Вам необходимо заранее определиться со своими пристрастиями и решить, какая жесткость воды будет в вашем аквариуме и соответственно, какие рыбы будут у вас жить.
Водные растения, достаточно чувствительные к жесткости воды , предпочитают слабожесткую, хотя есть и исключения. Так, мадагаскарские апоногетоны решетчатые, баивианус растут в водах с жесткостью 0,8-1,2°dH, а в аквариумах погибают при жесткости 4-5°. Криптокорина цилиата, наоборот, растет при жесткости, превышающей 20-30°.
Поскольку развитие растений в очень мягкой воде попросту невозможно, для большинства аквариумистов вопрос об этом типе воды не возникает вне зависимости от того, можно его воспроизвести или нет.
В мягкой воде разрушаются раковины улиток, плохо переносят линьку креветки и раки – этим животным недостает кальция.
Большинство аквариумных рыб и растений на своей родине живет в очень мягкой или мягкой воде. В наших кранах в среднем течет вода средней жесткости или жесткая. Но не стоит отчаиваться – благодаря тому, что рыбы и растения живут в аквариумах не первый год – они адаптировались к повышенной жесткости. Это касается “нетребовательных” рыб и растений – если же Вы хотите завести требовательные к мягкой воде живые организмы, то Вам придется смягчать воду.
Большинство аквариумных рыб, содержащихся в аквариуме, нормально живут при 3-15° жесткости. Но и здесь мы встречаемся с отклонениями. Живородящие рыбки нуждаются в воде с жесткостью 10-15° dH, харациниды предпочитают 3-6° dH, цихлиды озера Малави – 14-20° dH. Некоторые бычки из рек Азии в мягкой воде очень быстро погибают.
Жесткость – важный параметр для аквариумиста, однако стоит особо отметить, что это свойство воды определяется только количеством некоторых растворенных в ней минеральных веществ. Есть и другие химические элементы, вносящие вклад в общее содержание минеральных веществ, но не влияющие на жесткость воды
, и которые можно измерить с помощью специальных тестов.
Очень важно помнить об этом, так как некоторые методы смягчения воды не снижают содержания минеральных веществ, а просто превращают соли, делающие воду жесткой, в другие соли, не влияющие на жесткость.
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 поможет начинающему аквариумисту п ереводить одни градусы в другие и понять зачем они нужны и что же все-таки они означают.
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 (Ca 2+), магния (Mg 2+), и отчасти двухвалентного железа (Fe 2+) . Различают постоянную, временную и общую жесткость.
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 отдельной статье . 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
4 2- , 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 Ca 2+ , Mg 2+ и Fe 2+ гидрокарбонатных, или бикарбонатных анионов (HCO 3 -)
. При кипячении воды гидрокарбонаты разлагаются, образуя очень плохо растворимый карбонат кальция, углекислый газ и воду:
Ca 2+ + 2HCO 3 - = CaCO 3 ↓ + H 2 O + CO 2
Таким образом, временную жесткость можно устранить путем длительного кипячения, поэтому она и "временная".
С ионами железа реакция протекает сложнее из-за того, что FeCO 3 неустойчивое 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 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 " " и " ".
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 " Состав и свойства аквариумной воды "). 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!!!
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 Ca 2+ и Mg 2+ 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 - 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:
АМЕРИКАНСКИЕ ГРАДУСЫ (usH): |
|
| 1° = 1 гран (0.0648 г) CaCO 3 в 1 галлоне (американском! 3.785 л) воды. Поделив граммы на литры получаем: 17.12 мг/л СаСО 3 . Однако есть еще одно определение американского градуса: 1 часть CaCO 3 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 CaCO 3 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) . | |
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 CaCO 3 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 CaCO 3 , приведу фрагмент из очень популярной ныне книги:
| Единицы жесткости воды, выраженные в миллионных долях (ppm) растворенных солей кальция I) | |
|
1 английский градус (Clark) 1 немецкий градус (dH) II) 1 американский градус 1 французский градус (fh) |
=14.3 ppm =17.9 ppm =17.1 ppm =10.0 ppm |
| 1 ppm = 1 миллиграмм на литр | |
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 СаСО 3 , какое содержит столько же Са, сколько его в 10 мг СаО! То есть выражает эквивалентное по кальцию количество СаСО 3 . А сколько же Са в СаО? Посчитаем: молекула СаО имеет массу, выраженную в а.е.м. 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:
Здесь Y - это та масса СаСО 3 (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 СаСО 3 . 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 СаСО 3 - 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 СаСО 3 , если бы массу действительно присутствующих
в воде ионов кальция и магния (Ca 2+ и Mg 2+) 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.
| Таблица 2 | |||||
| Единица измерения жесткости | Содержание какого вещества отражают | Численное значение 1 единицы | Эквивалентная масса ионов, реально существующих в воде | ||
| Для кальция | Для магния | Са 2+ | Мg 2+ | ||
| Мг-экв/л | Са 2+ и Мg 2+ | 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 | CaCO 3 | 10 мг/л CaCO 3 | 8.425 мг/л MgCO 3 | 4.005 | 2.429 |
| Американский градус usH | CaCO 3 | 1 мг/л CaCO 3 | 0.8425 мг/л MgCO 3 | 0.4005 | 0.2429 |
| Английский градус (Clark) | CaCO 3 | 14.254 мг/л CaCO 3 | 12.008 мг/л MgCO 3 | 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 MgCO 3 . С другой стороны, без магния-то как?! Поэтому я, по аналогии с немецкими градусами, сделал пересчеты с массы СаСО 3 на эквивалентные количества MgCO 3 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
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 Ca 2+ 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 Ca 2+ 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!
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.
** М.Бейли, П.Бергесс, "Золотая книга акариумиста", Москва, "Аквариум", 2002 г. (страница 116).
*** CaO - негашеная, или жженая известь реагирует с водой с образованием большого количества теплоты: CaO + H 2
O = 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 (СО 2
) и образования нерастворимого карбоната кальция.
**** Г.Й.Майланд "Аквариум и его обитатели", БММ АО, Москва 1998 г.
***** Там же.
Владимир Ковалев обновлено 11 07 2016
Загрузка...
