Жёсткость воды — совокупность химических и физических свойств воды, связанных с содержанием в ней растворённых солей щёлочноземельных металлов, главным образом, кальция и магния. Вода с большим содержанием таких солей называется жёсткой, с малым содержанием — мягкой.
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 чаще используется миллимоль на литр (ммоль/л). В России для измерения жёсткости чаще используется нормальная концентрация ионов кальция и магния, выраженная в миллиграмм-эквивалентах на литр (мг-экв/л). Один мг-экв/л соответствует содержанию в литре воды 20,04 миллиграмм Ca2+ или 12,16 миллиграмм Mg2+ (атомная масса делённая на валентность). По величине общей жёсткости различают воду мягкую (до 2 мг-экв/л), средней жесткости (2-10 мг-экв/л) и жёсткую (более 10 мг-экв/л).
Жесткость бывает временной и постоянной. Временная обусловлена присутствием в воде растворимых солей, например, бикарбоната кальция Са(НСО3)2, она легко удаляется простым кипячением. При этом выпадают в осадок в виде накипи нерастворимые карбонаты кальция и магния.
Постоянная жесткость воды вызвана присутствием сульфатов и хлоридов все тех же кальция и магния. При нагревании они не выпадают в осадок. В открытых водоемах этот показатель часто зависит от времени года и даже от погоды.
Виды и показатели жесткости:
- общая жесткость. Определяется суммарной концентрацией ионов кальция и магния. Представляет собой сумму карбонатной (временной) и некарбонатной (постоянной) жесткости;
- карбонатная жесткость. Обусловлена наличием в воде гидрокарбонатов и карбонатов (при рН>8,3) кальция и магния. Данный тип жесткости почти полностью устраняется при кипячении воды и поэтому называется временной жесткостью. При нагреве гидрокарбонаты распадаются с образованием угольной кислоты и выпадением в осадок карбоната кальция и гидроксида магния;
- некарбонатная жесткость. Обусловлена присутствием кальциевых и магниевых солей сильных кислот (серной, азотной, соляной) и при кипячении не устраняется (постоянная жесткость).
Влияние жесткости на здоровье человека
Питьевая вода по степени жесткости может существенно варьироваться в зависимости от местных условий, о чем можно узнать на водопроводной станции. Порог вкуса для ионов кальция лежит (в пересчете на мг-экв) в диапазоне 2-6 мг-экв/л, в зависимости от соответствующего аниона, а порог вкуса для магния и того ниже. В некоторых случаях для потребителей приемлема вода с жесткостью выше 10 мг-экв/л. Высокая жескость ухудшает органолептические свойства воды, придавая ей горьковатый вкус и оказывая отрицательное действие на органы пищеварения.
Всемирная организация здравоохранения не предлагает какой-либо рекомендуемой величины жесткости по показаниям влияния на здоровье. В материалах ВОЗ говорится о том, что хотя ряд исследований и выявил статистически обратную зависимость между жесткостью питьевой воды и сердечно-сосудистыми заболеваниями, имеющиеся данные недостаточны для выводов о причинном характере этой связи. Однако не доказано, что и мягкая вода оказывает отрицательный эффект на баланс минеральных веществ в организме человека.
Тем не менее, при использовании мягкой воды расходуется в 2 раза меньше моющих средств. Ионы кальция, взаимодействуя с мылом, образуют соли, которые не смываются водой и оставляют разводы на посуде и поверхности сантехники. Эти соли также не смываются с поверхности человеческой кожи, забивая поры и покрывая каждый волос на теле.
При нагревании воды содержащиеся в ней соли жесткости кристаллизуются, выпадая в виде накипи. Накипь является причиной 90% отказов водонагревательного оборудования. Поэтому к воде, подвергаемой нагреву в котлах, бойлерах, предъявляются более строгие требования по жесткости.
Как уменьшить жесткость?
Для умягчения воды есть специальные фильтры-умягчители. Наибольшее распространение имеют варианты с ионообменными материалами, которые «вытягивают» из воды ионы кальция и магния. Более эффективен способ очистки от солей жесткости с помощью обратно-осмотических мембран. Еще один простой и доступный способ — вскипятить воду. При этом содержащаяся в ней известь осядет на стенках посуды в виде известкового налета. Это очень эффективный метод, но если речь идет о большом количестве воды, то он требует больших затрат сил и энергии. Для умягчения небольших количеств воды в бытовых условиях можно использовать обычную соду.