Определение жесткости пружины

Классификация воды по жетскости

В России жесткость воды измеряют в градусах жесткости, но она так же может быть выражена в объемной доле или массовым числом.

Официально принятая единица измерения, которая используется в системе СИ (международная система единиц) – моль на кубический метр. Но на практике не используют перечисленные единицы измерения, предпочитая миллиэквивалент на литр (мг-экв./л).

По уровню жесткости воду делят на четыре типа:

  1. Мягкая вода (менее 2 миллиэквивалентов на литр);
  2. Нормальная вода (от 2 до 4 миллиэквивалентов на литр);
  3. Жесткая вода (от 4 до 6 миллиэквивалентов на литр);
  4. Очень жесткая вода (6 и более миллиэквивалентов на литр).

Эта классификация называется американской и при оценке жесткости воды используется чаще всего.

Подобная классификация есть и в градусах жесткости, но представляет она только 3 типа воды:

  1. Мягкая вода (менее 2 градусов жесткости);
  2. Вода средней жесткости (от 2 до 10 градусов жесткости);
  3. Крайне жесткая вода (от 10 градусов жесткости и больше).

Нормы жесткости воды

Нормы жесткости воды в России и мире сильно отличаются друг от друга. В России разрешена вода, жесткость которой не превышает порог в 7 миллиэквивалентов на литр, то есть, не запрещается подавать населению очень жесткую воду.

Те же показатели в Европе не могут быть больше 1,2 миллиэквивалентов на литр. Это значит, что европейцы пьют мягкую воду, жесткость которой почти в шесть раз меньше установленной в России.

Типы жесткости воды по восприимчивости к термообработке.

Первый тип – временная жесткость, когда помимо кальция и магния, в воде обнаруживаются гидрокарбонатные анионы. Ее так же называют карбонатной. Она легко удаляется при кипячении воды и никак не влияет на организм человека.

Второй тип – постоянная жесткость, еще называемая некарбонатной жесткостью. Она обусловлена наличием соединений кальция и магния, образованных в результате взаимодействия с сильными кислотами, например, серной или азотной. Такая жесткость не удаляется при кипячении воды, потому что не соли подобного типа не распадаются под воздействием температуры.

Общая жесткость воды вычисляется путем суммирования показателей карбонатной и некарбонатной жесткости.

Самые высокие показатели жесткости из-за обилия растворенных солей определяют в морской и океанической воде. Жесткость поверхностных вод обычно в несколько раз меньше грунтовых вод и влаги из подземных источников.

Методы устранения

Ca(HCO3)2→otCaCO3↓+CO2+H2O{\displaystyle {\mathsf {Ca(HCO_{3})_{2}{\xrightarrow{^{o}t}}CaCO_{3}\downarrow +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 Na2CO3 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(HCO3)2+Ca(OH)2→2CaCO3↓+2H2O{\displaystyle {\mathsf {Ca(HCO_{3})_{2}+Ca(OH)_{2}\rightarrow 2CaCO_{3}\downarrow +2H_{2}O}}}

Лучшим реагентом для устранения общей жесткости воды является ортофосфат натрия Na3PO4, входящий в состав большинства препаратов бытового и промышленного назначения:

3Ca(HCO3)2+2Na3PO4→Ca3(PO4)2+6NaHCO3{\displaystyle {\mathsf {3Ca(HCO_{3})_{2}+2Na_{3}PO_{4}\rightarrow Ca_{3}(PO_{4})_{2}+6NaHCO_{3}}}}
3MgSO4+2Na3PO4→Mg3(PO4)2↓+3Na2SO4{\displaystyle {\mathsf {3MgSO_{4}+2Na_{3}PO_{4}\rightarrow Mg_{3}(PO_{4})_{2}\downarrow +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.

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 натрия или водорода. 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.

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 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 дистилляцией.

Влияние жесткости на качество воды

Для
питьевого применения жесткость может
варьироваться в зависимости от местных
условий.
Порог по кальцию 2-6
мг-экв/л, в зависимости от аниона. Порог
магния чуть ниже. В определенных случаях
вкус воды приемлем и при 10 мг-экв/л.
Большая жесткость ухудшает органолептические
качества воды, придает ей горьковатый
вкус и оказывает 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 не достаточны для
вывода о причинном характере этой
связи. 
Вместе с тем, в зависимости
от рН и щелочности, вода с жесткостью
выше 4 мг-экв/л может вызвать в
распределительной системе отложение
шлаков и накипи (карбоната кальция),
особенно при нагревании. Именно поэтому
нормами Котлонадзора вводятся очень
жесткие требования к величине жесткости
воды, используемой для питания котлов
(0.05-0.1 мг-экв/л).
Кроме того, при
взаимодействии солей жесткости с моющими
веществами (мыло, стиральные порошки,
шампуни) происходит образование «мыльных
шлаков» в виде пены. Это приводит не
только к значительному перерасходу
моющих средств. Такая пена после высыхания
остается в виде налета на сантехнике,
белье, человеческой коже, на волосах
(неприятное чувство «жестких» волос
хорошо известное многим). Главным
отрицательным воздействием этих шлаков
на человека является то, что они разрушают
естественную жировую пленку, которой
всегда покрыта нормальная кожа и забивают
ее поры. Признаком такого негативного
воздействия является характерный
«скрип» чисто вымытой кожи или
волос. Оказывается, что вызывающее у
некоторых раздражение чувство «мылкости»
после пользования мягкой водой является
признаком того, что защитная жировая
пленка на коже цела и невредима. Именно
она и скользит. В противном случае,
приходится тратиться на лосьоны,
умягчающие и увлажняющие кремы и прочие
хитрости для восстановление той защиты
кожи, которой нас и так снабдила матушка
Природа.
Вместе с тем, необходимо
упомянуть и о другой стороне медали.
Мягкая вода с жесткостью менее 2 мг-экв/л
имеет низкую буферную емкость (щелочность)
и может, в зависимости от уровня рН и
ряда других факторов, оказывать повышенное
коррозионное воздействие на водопроводные
трубы. Поэтому, в ряде применений
(особенно в теплотехнике) иногда
приходится проводить специальную
обработку воды с целью достижения
оптимального соотношения между жесткостью
воды и ее коррозионной активностью.

Физический смысл модуля Юнга

Во время принудительного изменения формы предметов внутри них порождаются силы, сопротивляющиеся такому изменению, и стремящиеся к восстановлению исходной формы и размеров упругих тел.

Если же тело не оказывает сопротивления изменению формы и по окончании воздействия остается в деформированном виде, то такое тело называют абсолютно неупругим, или пластичным. Характерным примером пластичного тела является брусок пластилина.

Р. Гук исследовал удлинение стрежней из различных веществ, под воздействием подвешенных к свободному концу гирь. Количественным выражением степени изменения формы считают относительное удлинение, равное отношению абсолютного удлинения и исходной длины.

В результате серии опытов было установлено, что абсолютное удлинение пропорционально с коэффициентом упругости исходной длине стрежня и деформирующей силе F и обратно пропорционально площади сечения этого стержня S:

Величину, обратную α, и называют модулем Юнга:

ε = (Δl) / l = α * (F/S)

Отношение растягивающей силы F к S называют упругим напряжением σ:

Закон Гука, записанный с использованием модуля Юнга, выглядит так:

Теперь можно сформулировать физический смысл модуля Юнга: он соответствует напряжению, вызываемому растягиванием стержнеобразного образца вдвое, при условии сохранения целостности.

В реальности подавляющее большинство образцов разрушаются до того, как растянутся вдвое от первоначальной длины. Значение E вычисляют с помощью косвенного метода на малых деформациях.

Коэффициент жёсткости при упругой деформации стержня вдоль его оси k = (ES) / l

Модуль Юнга определяет величину потенциальной энергии тел или сред, подвергшихся упругой деформации.

Как смягчить воду в аквариуме бытовыми способами?

Сразу заметим, что такие бытовые способы не убирают соли жесткости, а только снижают их концентрацию. Формально можно отстаивать воду, кидать в нее кусочки кремня – это будет работать, но очень медленно и малоэффективно.

Снизить жесткость воды можно обычной заморозкой или вымораживанием

Итак, вот основные бытовые способы смягчения воды, имеющие право на жизнь.

  1. Добавление дождевой воды в аквариум с рыбками. Но, собирая дождевую воду, максимально учитывайте ее чистоту (не собирайте ту, что стекает с крыши).
  2. Высаживание роголистника, элодеи, эгропилы. Также поможет смягчить водную среду.
  3. Доливание дистиллята. Купите готовый дистиллят или, как вариант, специальное оборудование для его приготовления.
  4. Торф, очищенный кипячением, поместите в мешочке в контейнер фильтра (либо используйте в качестве субстрата для растений). А чтобы избавиться от желтого оттенка воды, поместите активированный уголь в фильтр.
  5. Кипячение воды, отстаивание и выливание верхнего ее слоя в аквариум, где нужно смягчить воду.
  6. Заморозка в холодильнике на 50%. Ту часть жидкости, что не замерзла, утилизируйте. Лед растопите и вылейте в аквариум.

Кипятим воду для повышения жесткости в аквариуме

Иногда для смягчения аквариумисты добавляют воду, в которой кипятились ольховые шишки. Мягко говоря, не самый удачный метод, поскольку отвар изменит и другие параметры воды.

Отвар ольховых шишек

Понятие водной жесткости

Фактически ни один из природных источников не обладает идеальным составом воды H2O. Основными источниками влаги являются поверхностные

наземные и подземные воды. Почему вода стала жесткой? Что на нее влияет? Процесс начинается еще в период ее формирования в горных породах. Жесткость воды – это комплекс физических характеристик воды, соответствующих количеству солей щелочноземельных металлов. Он претерпевает изменения также в соответствии с климатом, погодными условиями. Особо влияет на состав техногенный фактор, включающий сточные воды промышленного и бытового характера, сельского хозяйства. Влага из открытых и подземных источников требует очистки, чтобы соответствовать нормативным требованиям СанПин.

От чего зависит изменение состава воды? Жесткость обеспечивается повышенным содержанием минералов и химических элементов: железа, сульфидов, фторидов, марганца, солей кальция и магния, органических соединений. Она проявляется в ухудшении вкусовых параметров воды, плохом образовании пены при использовании мыла, стянутости кожи после умывания. Характерная жесткость волос, скрип после мытья говорят о разрушении защитной жировой пленки вследствие негативного воздействия повышенного количества минералов. Но излишне мягкая вода обладает высокими коррозионными свойствами, сказывающимися на состоянии водопроводных труб. Отсутствие необходимых минералов в составе мягкой воды приводит к развитию рахита у детей, так как кости не получают требуемых веществ.

Жесткость воды что это такое — практические советы по нормализации

Жесткость – это свойство воды, которое определяет ее потребительские качества и имеет важное хозяйственное значение. В процессе кипячения жесткая жидкость образует накипь на стенках и внутренних деталях нагревательных приборов, что вызывает ухудшение теплотехнических характеристик бытовой техники

В процессе кипячения жесткая жидкость образует накипь на стенках и внутренних деталях нагревательных приборов, что вызывает ухудшение теплотехнических характеристик бытовой техники.

Не особенно подходит она и для стирки, поскольку способствует снижению очищающих характеристик моющих средств и увеличивает их расход.

Градусы dH Характер воды Жесткость в мг. х экв/л. Эквивалент в mg/L
23 — 34° Очень жесткая выше 12 мг х экв/л 320 — 530 ppm
13 — 22° Жесткая 8 – 12 мг х экв/л 210 — 320 ppm
9 — 12° Средней жесткости 4 – 8 мг х экв/л 140 — 210 ppm
5 — 8° Мягкая 1,5 – 4 мг х экв/л 70 — 140 ppm
0 — 4° Очень мягкая До 1,5 мг х экв/л 0 — 70 ppm

Откуда берется высокая жесткость? Ее определяет наличие солей магния и кальция – химических компонентов, выполняющих роль активных регуляторов различных химических процессов в окружающей среде. Естественно, что жидкость, которая берется из разных водоемов, может иметь ту или иную степень жесткости.

При этом река, озеро и любой другой источник пополняются из подземных источников, протекающих в известняковых пластах. Проходя через них, вода обогащается солями жесткости, а значит, будет жесткой. Для сравнения – данный показатель у поверхностных вод всегда заметно ниже, чем у подземных. Жесткость воды в природных источниках постоянно изменяется.

Максимальных отметок она достигает зимой, а минимальных – весной, во время таяния снегов.

Таким образом, жесткой является та вода, которая содержит соли магния и кальция в больших количествах. Кстати, магниевые соли растворяются хуже кальциевых, и жидкость с их высоким содержанием имеет выраженный горький вкус.

Шкала жесткости воды

Выделяются следующие виды жесткости:

  1. Общая – определяется как суммарная концентрация ионов магния и кальция.
  2. Карбонатная – зависит от наличия в воде карбонатов, гидрокарбонатов кальция и магния. Практически полностью устраняется в ходе кипячения, поэтому второе название карбонатной жесткости – временная. В процессе нагрева гидрокарбонаты распадаются – образуется угольная кислота, а карбонаты кальция, гидроксиды магния выпадают в виде осадка.
  3. Некарбонатная – обусловлена присутствием магниевых и кальциевых кислотных солей. При кипячении не устраняется (то есть является постоянной).

Общая жесткость измеряется в GH.

GH показывает суммарное содержание щелочноземельных металлов в виде ионов. Для примера – в воде, значение GH которой близкое к нулю, аквариумные рыбки не живут, употреблять ее в пищевых целях также не рекомендуется.

В мире для измерения показателей жесткости используются разные значения. В России Госстандарт установил следующий показатель – моль на кубический метр.

Числовое значение жесткости, которое выражается в молях на кубический метр, равняется числовому значению жесткости в миллиграмм-эквивалентах на литр.

На западе используют немецкий (d°, dH), французский (f°), американский (ppm CaCO3) градусы.

Влияние жесткости воды, нормативные требования и рекомендации

Какую воду можно употреблять для приготовления пищи и питья? Требования относительно жесткости жидкости зависят от условий конкретной местности. Учтите, что слишком жесткая вода имеет горький вкус и негативно влияет на работу органов пищеварения.

ВОЗ конкретные цифры не называет, хотя исследований на тему связи качества воды с заболеваниями сердца, сосудов и других органов организма проводились неоднократно. Слишком мягкая вода – это тоже плохо, поскольку она нарушает водно-солевой баланс.

Жидкость с жесткостью от 4 мг-экв/ чревата – главная причина образования накипи на внутренних деталях отопительных систем. Вредна она и для кожи, волос.

Жесткость – важный параметр воды, который зависит от количества и типа растворенных в ней минеральных веществ. Смягчение следует делать только после предварительного анализа. Почему? Потому что не все методы смягчения снижают содержание минеральных веществ – они могут просто превращать соли жесткости в соли, которые никак не влияют на рассматриваемый показатель.

Преимущества и недостатки мягкой воды

Мягкая вода имеет свои преимущества и недостатки. К преимуществам мягкой воды относятся:

  • предотвращение развития мочекаменной болезни;
  • лучшие вкусовые качества продуктов питания и напитков, приготовленных на этой воде;
  • благоприятное влияние на кожу и волосы при купании в этой воде;
  • увеличение срока службы нагревательных элементов и различных бытовых приборов, работающих на этой воде, отсутствие накипи.

К недостаткам мягкой воды, в случае ее постоянного употребления, относятся:

  • недостаточное пополнение организма минеральными веществами;
  • вероятность развития кариеса;
  • вероятность развития гипертонии и болезней сердца;
  • вероятность развития заболеваний желудочно-кишечного тракта;
  • плохая смываемость при мытье посуды и стирке.


Простые советы

Вред, наносимый жесткой водой

Рассмотрем негативное воздействие чрезмерно жесткой воды на организм человека, бытовую технику и коммуникации. Чем выше параметр жесткости, тем сильнее будет значение каждого вида вредного воздействия.

Вред для здоровья человека и домашних питомцев

  1. Высокая жесткость способствует росту мочевых камней и развитию мочекаменной болезни. Это связано с накоплением солей, которые просто не успевают выводиться из организма.
  2. При умывании жесткая вода сушит кожу. Это происходит из-за появления «мыльных шлаков» образованных из мыла, которое не способно мылиться и растворяться в жесткой воде. Эти мыльные шлаки закупоривают поры, не давая им свободно дышать, вследствие чего могут развиваться кожные воспаления, не давать покоя зуд и жжение кожи.
  3. Образование тонкой корке на волосах разрушает естественную жировую пленку. Происходит это так же, как и на коже рук – «мыльные шлаки» не вымываются и постепенной накапливаются. Это может вызвать зуд кожи головы, перхоть и даже выпадение волос.
  4. Влияние сильно жесткой воды на здоровье животных не отличается от воздействия на человеческий организм. Существует высокий риск развития мочекаменной болезни. У питомцев, питающихся сухими кормами, этот риск возрастает в несколько раз. Возможно появление проблем с шерстью и кожей, как у собак, так и у кошек при их регулярном купании.
  5. Замедляется процесс приготовления пищи, из-за многочисленных солей плохо разваривается мясо. Это приводит к плохому усвоению белка и может вызвать заболевания желудочно-кишечного тракта.

Вред, наносимый жесткой водой технике и предметам быта

  1. Мыльные средства из-за наличия большого количества солей в воде крайне плохо пенятся и отмывают загрязнения. Поэтому количество порошков, средств, предназначенных для мытья посуды и прочих предметов бытовой химии, придется резко увеличить.
  2. Кроме плохого вспенивания мыльных средств, из-за контакта жесткой воды с ними образуются разводы и твердый налет на сантехнике и поверхности посуды, так как выпадает солевой осадок. Такой налет тяжело отмывается с посуды, а так же негативно влияет на сантехнику, постепенно разрушая ее поверхности.
  3. В процессе нагревания воды в электроприборах соли не просто выпадают в осадок, а кристаллизуются и выпадают в виде накипи. Именно накипь является основной причиной быстрой поломки водонагревательных приборов.
  4. Жесткая вода оставляет пятна, разводы и грязные налеты на свежевыстиранных вещах, цвет тускнеет, принты и рисунки становятся серыми. От них избавиться очень сложно и это, опять же, требует повышенных затрат моющих средств. Ткань, постиранная в жесткой воде, становится грубой и неэластичной, потому что соли забивают в ней все свободное пространство. Уменьшается прочность одежды и белья.

Вредные последствия воды с повышенной жесткостью для коммуникаций

  1. Соли жесткости так же, как и на бытовых приборах, выпадают в осадок или кристаллизуются, образуя на поверхности коммуникационных путей и крупных приборов и установок накипь. Накипь истончает стенки коммуникаций, впоследствии полностью разрушая их.
  2. Обилие выпадающих в осадок или накипь солей жесткости, приводит к частым выходом из строя крупных водонагревательных установок, типа бойлеров.
  3. В системах оборотного водоснабжения, образующиеся накипные отложения, водные камни и шлам из солей уменьшают проходимость труб, при этом падает теплоотдача. Падает напор воды, уменьшается количество воды в радиаторах, закупориваются входы и выходы воды из домов, что может привести к полному закупориванию коммуникационных сетей. Все это увеличивает энергозатраты.

Но при этом, не нужно забывать, что показатель жесткости должен равняться определенному среднему значению. Слишком мягкая вода также не несет никакой пользы. Она повышает риск развития сердечно сосудистых заболеваний у человека, вымывает соли из организма, вызывая быстрое развитие рахита и истончение костей. В коммуникационных системах мягкая вода вызывает коррозию металлических труб.

Сохраните статью в соцсети:

28 апреля 2016

Отличия между жесткостью и мягкостью воды

Объем солевых примесей определяет количество находящихся в воде растворяемых веществ таких, как магний и кальций. Превысить норму примесей помогает попавший в гидрат железа, он в избытке содержится в водах, протекающий под землей.

Дождевую воду либо перегоняемую жидкость считают мягкой, в ней очень мало минеральных примесей. Также показатель мягкости можно повысить, прокипятив воду, либо добавив в нее специальные химические добавки.

Вода, имеющая среднюю жесткость, протекает в водопроводе, в родниках и скважинах.

Вода, отличается повышенной жесткостью в океанах и морях. Также жидкость, берущая начало в глубинных пластах породы, обогащенных минеральными веществами. В составе воды выделяют много разных солей, они могут достигать тридцати трех процентов общего количества жидкости.

Типы жесткости воды. Уровень жесткости в воде бывает:

1.постоянным, то есть показатель остается неизменным и зависит от количества в воде хлоридов и сульфатов.

2.временным, то есть на жесткость влияют присутствующие в воде бикарбонаты кальция с магнием. Показатель жесткости можно полностью понизить, если жидкость вскипятить.

3.общим, когда складывают постоянный и временный показатель.

Для определения уровня жесткости применяют специальные единицы измерения.

Единицы, измеряющие жесткость.

Перед тем, как посчитать жесткость воды, определяют в каком количестве в воде содержатся катионы магния и кальция.

Справка! Жесткость воды в России, выраженную молями, стали применять с 1952-го года. До этого общая жесткость определялась градусами, которые были равны единице измерения в Германии.

На территории России принята единица измерения в градусах, которая соответствует международным стандартам подсчета. Градус равняется 0.5 миллимоля на один литр воды. Сделать подсчет количества примесей в жидкости может каждый самостоятельно.

Определение жесткости воды.

Определение жесткости воды.

Жесткость воды. Соли 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:

Общая жесткость складывается из постоянной и временной.

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.

Как определить жесткость воды в домашних условиях с помощью мыла

Как определить жесткость воды в домашних условиях с помощью мыла

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.

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 ниже:

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.

В чем определять жесткость воды: немного теории

Любые эксперименты дома или в лаборатории, в данном случае, чтобы определить жесткость воды, нужно проводить в соответствии с установленными нормами и в определенных единицах измерений.

  1. Солями жесткости выступают кристаллы кальция и магния. Именно от их концентрации и зависит жесткость.
  2. Всемирной организацией принята единица измерения — моль/м³. Но она не очень удобна в расчетах, поэтому все же единого измерительного показателя не существует. Поэтому стоит учитывать соотношения для перевода. Ведь каждый тест или прибор имеет разные характеристики в зависимости от производителя.

Степени жесткости:

  • До 2° — это мягкая вода
  • От 2 до 10° — средний показатель
  • От 10 до 12° — жесткая вода
  • Свыше 12° — сверхжесткая

Но практика показывает, что уже на пределе в 4-5° возникает накипь, налет и прочие отложения не только на поверхности, но внутри нашего организма!


Перевод в пропромилле

Что это такое и чем обусловлена?

Люди, не имеющие отношения к таким наукам, как химия и физика, не до конца понимают, что означает термин «жесткая вода». Но благодаря знаниям, полученным в школе, у каждого имеется определенное представление об этом понятии.

Жесткая вода предполагает наличие превышенного показателя концентрации солевых отложений магния и кальция. Указанные наименования солей возникают при вымывании горных пород подземными водами. Исходя из этого, становится понятно, что наиболее частое проявление жесткости происходит в скважинах.

Вода в природных реках и озерах также может иметь жесткость, которую обуславливают те же магниевые и кальциевые отложения. Но в данном случае солевая концентрация изменчива. Это связано со временами года, частотой дождей, насыщенностью солнечного цвета и снегопадами.

Вода, бегущая по водопроводу, тоже может обладать повышенной концентрацией калиевых и магниевых солей. Основная причина тому – неполная первоначальная очистка или испорченный трубопровод. Применение жесткой воды может привести к неприятным последствиям. Прежде всего, высокая солевая концентрация негативно отражается на бытовом оборудовании и приборах. Речь идет о трубах, сантехнических изделиях, стиральных, посудомоечных машинах и даже чайниках.

В бытовом разговоре, когда речь заходит о воде с высоким содержанием солей, используется определение «жесткая». С научной точки зрения эта жесткость имеет несколько различий. Российские ученые классифицировали жесткость на временную, общую и постоянную. А показатели зафиксировали в градусах.

Общая жесткость характеризуется присутствием ионов солей кальция и магния. Выявить их концентрацию удается только путем проведения лабораторного анализа. Стоит отметить, что для каждого вида воды общий показатель жесткости имеет допустимые нормы. Например, концентрация в питьевой воде не должна быть выше 7 градусов. Минимальный показатель – 1,5 градуса. Европейские законы более суровы и требуют, чтобы общая жесткость не была выше 3,5 градусов.

Далее предлагается подробнее узнать о временной жесткости. Выявляется она путем проведения анализа на концентрацию карбонатов и гидрокарбонатов. От такой жесткости избавиться очень просто, достаточно закипятить жидкость. Во время термической обработки солевые соединения разрушаются, остается только осадок. Они то и являются накипью внутри бытовых приборов.

Ну а постоянная жесткость – довольно сложное состояние воды. Помимо солей, жесткость придают кислоты. При проведении анализа жидкости с постоянной жесткостью проводится подсчет концентрации хлоридов и сульфатов.

Во время питья переизбыток солей попадает в сосуды и закупоривает их. От такой жидкости страдает пищеварительная и сердечно-сосудистая система.

Примерно такие же неприятные последствия, только в механическом плане, испытывают сантехнические изделия. В большинстве современных домов по сей день используется сантехника старого образца. Это касается унитазов, раковин и прежде всего трубопровода. Старые трубы не способны выдержать повышенной солевой концентрации и начинают забиваться. Но даже если был проведен капитальный ремонт, новые образцы труб при регулярном контакте с жесткой проточной жидкостью разрушаются.

Большинство приборов, обладающих нагревателями, при регулярном контакте с жесткой водой ломаются. На нагревательном механизме собирается накипь.

Человеку же ни в коем случае нельзя пользоваться подобной жидкостью при умывании и уж тем более заниматься личной гигиеной. Такая вода вызывает сухость кожи, покраснения, зуд и жжение.

Когда речь заходит о применении жесткой воды в промышленных целях, вопрос человеческого здоровья отходит на задний план. Производственные предприятия зависят от бесперебойной работы оборудования, а в случае регулярного применения воды с большой концентрацией солевых отложений велика вероятность, что они очень скоро выйдут из строя.

Даже для пищевой промышленности характерно требование использования только чистой воды с допустимыми показателями жесткости. Именно поэтому в цехах по приготовлению пищи установлены специальные фильтры, проводящие очистку воды от разных примесей.

Как определить жесткость воды с помощью хозяйственного мыла?

Есть еще один увлекательный опыт, который можно провести дома, чтобы определить жесткость воды. Он дает погрешность до 1-2°Ж.

  • Возьмите 72% хозяйственное мыло. Допустимо и в 60%. Отмеряем ровно 1 г – это примерно 1/3 ч. л.
  • Наливаем в стакан с горлышком шириной в 6 см немного дистиллированной воды (буквально 10-12 мл) – это примерно на 2 см от низа. Опыт не очень точный, поэтому погрешность допускается, и небольшое расхождение в миллиметрах не страшно. Но для своего же удобства приклейте от начала внутреннего дна стакана бумажную линейку снаружи. Совет: Проверьте все же воду для данного эксперимента. Не всегда покупная жидкость соответствует требованиям. Хоть незначительные, но возможны отклонения от нормы. Но в таком случае – опыт даст большую погрешность.

Подогреваем воду, чтобы мыло быстрее растворилось, и всыпаем измельченный кусочек мыла. Аккуратно, с минимальным образованием пены перемешиваем до полного растворения.
Теперь доливаем еще дистиллированной воды до отметки 7,2 см от внутреннего дна! Если у вас 60% мыло, то до черты в 6 см. Снова перемешиваем и при необходимости снимаем пену.
Берем литровую банку, набираем 0,5 л тестируемой воды. Теперь аккуратно вливаем мыльную воду и активно помешиваем ложкой. Стоит добавлять мыльный раствор до тех пор, пока не образуется устойчивая пена. Таковой ее можно считать, если после прекращения перемешивания она сразу же не падает.
Далее надо вычесть использованные сантиметры мыльной воды и перевести их нужные единицы измерения по таблице.

Градусы dH Характер воды Жесткость в мг-экв/л
0–4° Очень мягкая до 1,5 мг-экв/л
5–8° Мягкая 1,5–4 мг-экв/л
9–12° Средней жесткости 4–8 мг-экв/л
13–22° Жесткая 8–12 мг-экв/л
23–34° Очень жесткая выше 12 мг-экв/л


Сравнение результатов

Оцените статью
Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Андрей Измаилов
Наш эксперт
Написано статей
116
Добавить комментарий