imported>Alex NB OT: замена имён и значений устаревшего неподдерживаемого InternetArchiveBot формата параметров доступности ссылок (1)

2025-07-16T10:13:44Z

замена имён и значений устаревшего неподдерживаемого InternetArchiveBot формата параметров доступности ссылок (1)

Новая страница

{{значения|Жёсткость (значения)}}
[[Файл:Eifelwasserleitung05.jpg|right|thumb|210px|Древнеримский [[Айфельский акведук]], на стенках которого за 180 лет использования образовался слой минералов толщиной до 20 сантиметров]]
'''Жёсткость воды''' — совокупность [[химия|химических]] и [[физика|физических]] свойств [[вода|воды]], связанных с содержанием в ней растворённых солей [[щёлочноземельные металлы|щёлочноземельных металлов]], главным образом [[кальций|кальция]], [[магний|магния]] и [[Железо|железа]] (так называемых '''солей жёсткости''').

== Жёсткая и мягкая вода ==
Вода с большим содержанием солей называется ''жёсткой'', с малым содержанием — ''мягкой''. Термин «жёсткая» по отношению к воде исторически сложился из-за свойств тканей после их стирки с использованием [[Мыло|мыла]] на основе [[Соли|солей]] [[Жирные кислоты|жирных кислот]] — ткань, постиранная в жёсткой воде, более жёсткая на ощупь. Этот феномен объясняется, с одной стороны, [[Сорбция|сорбцией]] тканью кальциевых и магниевых солей жирных кислот, образующихся в процессе стирки на макроуровне. С другой стороны, волокна ткани обладают ионообменными свойствами и, как следствие, свойством сорбировать многовалентные [[катион]]ы — на молекулярном уровне.
Различают ''временную (карбонатную) жёсткость'', обусловленную [[Гидрокарбонаты|гидрокарбонатами]] [[Кальций|кальция]] и [[Магний|магния]] Са(НСО3)2; Mg(НСО3)2, и ''постоянную (некарбонатную) жёсткость'', вызванную присутствием других солей, не выделяющихся при кипячении воды: в основном, ''сульфатов'' и ''хлоридов'' Са и Mg (CaSO4, CaCl2, MgSO4, MgCl2).

Жёсткая вода при умывании сушит кожу, в ней плохо образуется пена при использовании мыла, соли жёсткости придают воде вкус. Использование жёсткой воды вызывает появление осадка ([[накипь|накипи]]) на поверхностях нагревательных элементов [[Бытовые приборы|бытовых приборов]] ([[Электрочайник|электрочайники]], [[Кофеварка|кофеварки]] и [[Кофемашина|кофемашины]], электрические [[Утюг|утюги]], [[Водонагреватель|водонагреватели]], [[Стиральная машина|стиральные]] и [[Посудомоечная машина|посудомоечные машины]]), посуды ([[Чайник|чайники]], [[Кастрюля|кастрюли]] и т.д.), на некоторых деталях в других приборах ([[Увлажнитель воздуха|увлажнители воздуха]]), на стенках поверхностей нагрева в [[Паровой котёл|котлоагрегатах]], в трубах {{nobr|и т. п.}} В то же время использование слишком мягкой воды может приводить к [[коррозия|коррозии]] труб, так как в этом случае отсутствует [[кислота|кислотно]]-[[щёлочь|щелочная]] [[Буферные растворы|буферность]], которую обеспечивает гидрокарбонатная (временная) жёсткость. Вкус природной питьевой воды, например воды [[родник]]ов, обусловлен именно присутствием и соотношением содержания различных солей жёсткости.

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

== Единицы измерения ==
Для численного выражения жёсткости воды указывают [[концентрация растворов|концентрацию]] в ней [[катион]]ов кальция и магния. Рекомендованная единица [[СИ]] для измерения концентрации — [[Моль (единица измерения)|моль]] на [[кубический метр]] (моль/м³), однако, на практике для измерения жёсткости используются градусы жёсткости и миллиграмм-эквиваленты на [[литр]] (мг-экв/л).

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

С 1 января 2014 года в России введён межгосударственный стандарт ГОСТ 31865-2012 «Вода. Единица жёсткости»<ref>[http://protect.gost.ru/document.aspx?control=7&id=181004 Межгосударственный стандарт ГОСТ 31865-2012 "Вода. Единица жёсткости] {{Wayback|url=http://protect.gost.ru/document.aspx?control=7&id=181004 |date=20160402012550 }}.</ref>. По новому ГОСТу жёсткость выражается в градусах жесткости (°Ж). 1 °Ж соответствует концентрации щелочноземельного элемента, численно равной 1/2 его миллимоля на литр (1 °Ж = 1
мг-экв/л).

Иногда указывают концентрацию, отнесённую к единице [[масса|массы]], а не [[объём]]а, особенно если [[температура]] воды может изменяться или если вода может содержать [[пар]], что приводит к существенным изменениям [[Плотность вещества|плотности]].

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

{| class="standard"
!rowspan=2|Градус
!rowspan=2|Обозначение
!rowspan=2|Определение
!colspan=2|Величина
|-
!°Ж
!ммоль/л
|-
|Немецкий
|°dH (deutsche Härte),
°dGH (degrees of general hardness),

°dKH (для карбонатной жёсткости)
|1 часть оксида кальция (СаО) или 0,719 частей оксида магния (MgO) на 100 000 частей воды
|0,3566
|0,1783
|-
|Английский
|°e или °Clark
|1 [[гран]] CaCO3 на 1 английский [[галлон]] воды
|0,2848
|0,1424
|-
|Французский
|°TH или °F
|1 часть CaCO3 на 100 000 частей воды
|0,1998
|0,0999
|-
|Американский
|[[Миллионная доля|ppm]]
|1 часть CaCO3 на 1 000 000 частей воды
|0,0200
|0,0100
|-
|Американский
|gpg (grain per gallon)
|1 [[гран]] CaCO3 на 1 американский [[галлон]] воды
|0,3420
|0,1710
|}

{{anchor|Классификация}}По величине общей жёсткости различают воду '''мягкую''' (≤2 °Ж), '''средней жёсткости''' (≤10 °Ж) и '''жёсткую''' (>10 °Ж).

Жёсткость воды поверхностных источников существенно колеблется в течение года; она максимальна в конце зимы, минимальна — в период паводка, например, жёсткость [[Волга (река)|волжской]] воды в марте — 4,3 °Ж, в мае — 0,5 °Ж<ref>Химическая энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия, 1990. Т. 2. С. 145.</ref>. В подземных водах жёсткость обычно выше (до 8-10, реже до 15-20 °Ж) и меньше изменяется в течение года.

== Методы устранения ==
Устранение избыточной жёсткости воды является одним из этапов [[Водоподготовка|водоподготовки]].

* '''Термоумягчение'''. Основан на [[Кипячение|кипячении]] воды, в результате термически нестойкие гидрокарбонаты кальция и магния разлагаются с образованием накипи:
:: <math>\mathsf{Ca(HCO_3)_2 \xrightarrow[]{^ot} CaCO_3\downarrow + CO_2 + H_2O}</math>

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

* '''Реагентное умягчение'''. Метод основан на добавлении в воду [[Карбонат натрия|кальцинированной соды]] Na2CO3 и/или [[Гидроксид кальция|гашёной извести]] Ca(OH)2 (известкование и содоизвесткование воды). 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:
:: <math>\mathsf{Ca(HCO_3)_2 + Ca(OH)_2 \rightarrow 2CaCO_3\downarrow + 2H_2O}</math>

Лучшим реагентом для устранения общей жесткости воды является [[ортофосфат натрия]] Na3PO4, входящий в состав большинства препаратов бытового и промышленного назначения:
:: <math>\mathsf{3Ca(HCO_3)_2 + 2Na_3PO_4 \rightarrow Ca_3(PO_4)_2 + 6NaHCO_3}</math>
:: <math>\mathsf{3MgSO_4 + 2Na_3PO_4 \rightarrow Mg_3(PO_4)_2\downarrow + 3Na_2SO_4}</math>

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.

* '''[[Ионный обмен|Катионирование]]'''. Метод основан на использовании ионообменной гранулированной загрузки (чаще всего ионообменные смолы). Такая загрузка при контакте с водой поглощает катионы солей жёсткости (кальций и магний, железо и марганец). Взамен, в зависимости от ионной формы, отдаёт ионы [[натрий|натрия]] (умягчение) или [[водород]]а (обессоливание). Эти методы соответственно называются Na-катионирование и Н-катионирование. При правильно подобранной ионообменной загрузке жёсткость воды снижается при одноступенчатом натрий-катионировании до 0,05-0,1 °Ж, при двухступенчатом — до 0,01 °Ж.
В промышленности с помощью ионообменных фильтров заменяют ионы кальция и магния на ионы натрия и калия, получая мягкую воду, либо замещают ионы натрия, калия, кальция и магния на ионы водорода, получая обессоленную воду.

Na-катионирование нашло широкое применение в промышленности, в энергетике применяется для обработки воды на подпитку [[Тепловая сеть|теплосетей]] и для обработки питательной воды для котлов низкого давления (как правило, котлы не энергетического, а исключительно технологического назначения). H-катионирование применяется для подготовки воды для энергетических котлов среднего и высокого давления, а также для котлов сверхкритического давления, так как в таком случае требования к качеству воды значительно выше.
* '''[[Обратный осмос]]'''. Метод основан на прохождении воды через полупроницаемые мембраны (как правило, полиамидные). Вместе с солями жёсткости удаляется и большинство других солей. Эффективность очистки может достигать 99,9 %.

Различают нанофильтрацию (условный диаметр отверстий мембраны равен единицам нанометров) и пикофильтрацию (условный диаметр отверстий мембраны равен единицам пикометров). В качестве недостатков данного метода следует отметить:
:* необходимость предварительной подготовки воды, подаваемой на обратноосмотическую мембрану;
:* относительно высокая стоимость 1 л получаемой воды (дорогое оборудование, дорогие мембраны);
:* низкую минерализацию получаемой воды (особенно при пикофильтрации). Вода становится практически [[Дистиллированная вода|дистиллированной]].

* '''[[Электродиализ]]'''. Основан на удалении из воды солей под действием электрического поля. Удаление ионов растворенных веществ происходит за счёт специальных мембран. Так же как и при использовании технологии обратного осмоса, происходит удаление и других солей, помимо ионов жёсткости.

Полностью очистить воду от солей жёсткости можно [[Дистилляция|дистилляцией]].

== Клиническое значение ==
Потребление жёсткой или мягкой воды обычно не является опасным для здоровья, однако в российских нормах указывается, что высокая жёсткость способствует образованию [[Конкременты|мочевых камней]], а низкая — незначительно увеличивает риск [[Сердечно-сосудистые заболевания|сердечно-сосудистых заболеваний]]<ref>СанПиН 2.1.4.1116-02 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды, расфасованной в емкости. Контроль качества.», Приложение 2, с.34</ref>.

Использование жёсткой воды для питания и купания [[Новорожденный|новорожденных]] увеличивает риск [[Атопический дерматит|атопического дерматита]] и/или [[Экзема|экземы]] у детей. Средний возраст первых [[симптом]]ов — 3 мес. Причем появление экземы запускает механизм развития [[Аллергия|аутоаллергии]] по цепочке «атопический марш» — от экземы к [[Пищевая аллергия|пищевой аллергии]] и [[Астма бронхиальная|астме]].<ref>{{Cite web |url=http://www.practiceupdate.com/news/6204 |title=Hard Water Linked to Infant Eczema |access-date=2014-10-23 |archive-date=2014-10-23 |archive-url=https://web.archive.org/web/20141023114806/http://www.practiceupdate.com/news/6204 |url-status=live }}</ref>

== Примечания ==
{{примечания}}

== Ссылки ==
* [http://twt.mpei.ac.ru/ochkov/Chem_Units/Chem_Units.html Единицы концентрации]
* [http://twt.mpei.ac.ru/MCS/Worksheets/Water/Hardness-Degree.xmcd Пересчёт градусов жесткости воды]

[[Категория:Вода]]
[[Категория:Растворы]]
[[Категория:Химия воды]]
[[Категория:Кальций]]

Жёсткость воды - История изменений

imported>Alex NB OT: замена имён и значений устаревшего неподдерживаемого InternetArchiveBot формата параметров доступности ссылок (1)