Одним из важнейших свойств пресной воды является ее жесткость.
Жесткостью воды называют содержание растворимых солей кальция и магния - одних из наиболее важных регуляторов многих химических реакций как в неживой природе, так к в живых клетках. Об этом свойстве мы говорим даже в быту, не зная точно, что скрывается за этим термином. Люди говорят, что в жесткой воде плохо мыть волосы, из нее получается невкусный чай, а при кипячении на стенках сосуда появляется много накипи.
Вода считается жесткой, если в ней содержится много солей кальция и магния, мягкой - при небольшом количестве этих соединений. Для измерения этого свойства существуют специальные единицы. В разных странах они различные, в нашей литературе чаще всего встречаются немецкие градусы жесткости. Один такой градус (обозначается 1° dH или просто 1°, если из текста понятно, что речь идет о жесткости воды) соответствует 10 мг окиси кальция в 1 л воды. В связи с этим существует классификация:
0-4° dH - очень мягкая вода;
4-8° dH - мягкая;
8-12° dH - средней жесткости;
12-21° dH - жесткая;
свыше 21° dH - очень жесткая.
Хотя кальций и магний близки по своим химическим свойствам, но все-таки это различные элементы, следовательно, неодинаковое содержание их в воде придает ей различные свойства. По этой причине различают кальциевую и магниевую жесткости, то есть отдельно величины жесткости, соответствующие содержанию каждого из этих элементов. В целом, формула общей жесткости воды такова: общая жесткость - кальциевая жесткость + магниевая жесткость.
Кроме того, свойства общей жесткости меняются и от того, с какими кислотами вступают в соединение кальций и магний, присутствующие в воде. Например, наиболее распространены в природе соли СаСl2, MgCl2, CaSO4. Сернокислые соли CaSO4 и MgSO4 растворяются довольно хорошо, а вот соединения кальция и магния с угольной кислотой менее растворимы. Угольная кислота Н2СО3 образуется в воде, когда в нее из атмосферы проникает углекислый газ СО2.
СО2 + Н2О <=> Н2СО3 <=> H+ + НСО3-
Угольная кислота очень слабая. Если многие кислоты известны нам как вещества, разъедающие металлы и вызывающие жжение при попадании на кожу, то это соединение неопасно. Мы ощущаем слабый кисловатый привкус, когда пьем газированную питьевую воду, насыщенную углекислотой. Но все же эта кислота, как и многие другие, вступает в соединения с металлами, например с кальцием и магнием.
Са2+ + 2 НСО3- <=> Са(НСО3)2 Mg2+ + 2 НСО3- <=> Mg(HCO3)2 Такие соли - Са(НСО3)2 и Mg(HCO3)2 - называют гидрокарбонатами кальция и магния, они сравнительно нестойкие и могут разлагаться как в результате кипячения воды, так и в процессе фотосинтеза зеленых растений:
Са(НСО3)2 + Н2О <=> СаСО3 + Н2 + СО2 Соли СаСО3 и MgCO3 называют карбонатами, их растворимость ниже, поэтому в результате таких химических реакций они выпадают в осадок. В чайнике они образуют накипь.
Ту составляющую общей жесткости, которая может быть устранена кипячением, называют временной жесткостью, в отличие от постоянной жесткости, которая не выпадает в осадок при кипячении и состоит из слаборастворимых карбонатов, а также хлоридов, сульфатов и соединений кальция и магния с другими кислотами. По-другому временную жесткость называют устранимой или карбонатной, а постоянную - неустранимой или некарбонатной. Соотношение между общей, временной и постоянной жесткостью можно записать так: общая жесткость (GH) = временная жесткость (КН) + постоянная жесткость (NKH).
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.
И. Шереметьев