Какими свойствами обладает жесткая вода

У этого термина существуют и другие значения, см. Жёсткость.

Жёсткость воды — совокупность химических и физических свойств воды, связанных с содержанием в ней растворённых солей щёлочноземельных металлов, главным образом, кальция и магния (так называемых солей жёсткости).

Жесткая и мягкая вода[править | править код]

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 мыла на основе жирных кислот — ткань, постиранная в жёсткой воде, более жёсткая на ощупь. Этот феномен объясняется, с одной стороны, 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 катионы — на молекулярном уровне.
Различают временную (карбонатную) жёсткость, обусловленную гидрокарбонатами кальция и 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. 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, однако есть данные о том, что высокая жёсткость способствует образованию мочевых камней, а низкая — незначительно увеличивает риск сердечно-сосудистых заболеваний.[источник не указан 601 день] 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[править | править код]

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 миллиграмм-эквиваленты на литр (мг-экв/л).

В СССР до 1952 года использовали градусы жёсткости, совпадавшие с немецкими. В России для измерения жёсткости иногда использовалась 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).

С 1 января 2014 года в России введён межгосударственный стандарт ГОСТ 31865-2012 «Вода. Единица жёсткости»[1]. 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 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.

Градус	Обозначение	Определение	Величина
Градус	Обозначение	Определение	°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	1 гран CaCO3 на 1 английский галлон воды	0,2848	0,1424
Французский	°TH	1 часть CaCO3 на 100 000 частей воды	0,1998	0,0999
Американский	ppm	1 часть CaCO3 на 1 000 000 частей воды	0,0200	0,0100

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[2]). В подземных водах жёсткость обычно выше (до 8-10, реже до 15-20 °Ж) и меньше изменяется в течение года.

Методы устранения[править | править код]

Термоумягчение. Основан на кипячении воды, в результате термически нестойкие гидрокарбонаты кальция и магния разлагаются с образованием накипи:

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:

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

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.

Клиническое значение[править | править код]

Постоянное употребление жесткой воды может вызвать нарушение минерального баланса организма (например, моче- или почечнокаменную болезнь)[источник не указан 2035 дней].
Использование жесткой воды для питания и купания новорожденных увеличивает риск атопического дерматита и/или экземы у детей. Средний возраст первых симптомов — 3 мес. Причем появление экземы запускает механизм развития аутоаллергии по цепочке «атопический марш»: от экземы к пищевой аллергии и астме.[3]

Ссылки[править | править код]

Единицы концентрации
Пересчёт градусов жесткости воды
Водоподготовка

Примечания[править | править код]

Источник

Жесткость воды – это показатель, говорящий о растворенных в ней солях кальция и магния. На вкус мягкая и жесткая вода немного отличаются из-за различного содержания посторонних примесей, обеспечивающих жесткость. Но свойства таких жидкостей очень различаются.

В каких единицах измеряется жесткость

В России и многих странах постсоветского пространства значение жесткости измеряется в градусах жесткости. Но может измеряться этот параметр также в массовом числе и объемной доле. Официально принятая единица измерения жесткости, которая используется в Международной системе единиц – моль на куб. метр. Но на практике измерение обычно производится в других единицах – в мг-экв/л (миллиэквивалент на литр).

Самостоятельно узнать, что жидкость в вашем кране течет слишком жесткая, не сложно. Признаками этого могут стать такие наблюдения и факторы:

после выстирывания белье становится жестким, быстро линяет и теряет цвет;
на поверхности чая, кофе и других напитков, требующих заливания кипятком, образуется мутная или белесая пленочка;
мыло, порошки, шампуни плохо пенятся и слишком быстро расходуются;
аромат блюд и напитков не яркий;
фильтры быстро выходят из строя, ломается техника, использующая водонагревательные элементы;
на стенках кастрюль и чайников после кипячения есть налет.

Вкус жесткая вода имеет немного горьковатый. Но заметить это можно только в случае, если вы долгое время пили лишь мягкую или очищенную водичку. Также измерить уровень жесткости можно с помощью экспресс-теста (купить можно в аптеке или в зоомагазине) или солемера (приобретается там, где продается все для аквариумов).

К сведению. Нормы Всемирной организации здравоохранения предупреждают, что жесткость воды, безопасной для здоровья, находится в диапазоне 1-2 градусов. Остальная, как слишком мягкая, так и слишком жесткая опасна.

Типы жесткой воды

Показатели жесткости позволяют разделить всю воду на четыре основных вида:

мягкая, где находится примесей мене, чем 2 мг-экв/л;
нормальная, в которой 2-4 мг-экв/л;
жесткая, где 4-6 мг-экв/л;
очень жесткая, в которой 6 и более мг-экв/л.

Для оценки жесткости эта квалификация используется сегодня во многих странах мира. Если брать во внимание измерение в градусах, принятое в России, то всю воду можно поделить на 3 группы:

мягкая (меньше 2 градусов жесткости);
средней жесткости (2-10 градусов);
крайне жесткая (10 и более градусов).

Сама жесткость бывает нескольких типов в зависимости от преобладающих в ней веществ:

Карбонатная (временная). Она образуется солями магния, кальция, железа. Устранить ее просто в домашних условиях при помощи кипячения.
Некарбонатная (постоянная). В такой воде присутствуют кальциевые и магниевые соли сильных кислот. Устранить ее гораздо сложнее.
Общая жесткость. Это значение высчитывается путем прибавления показателей некарбонатной и карбонатной жесткости. Именно этот параметр и используется в расчетах и определении типа воды.

В глубинных источниках (колодцах, артезианских скважинах) вода жестче, чем в открытых водоемах. В поверхностных источниках (ручьях, реках) жесткость не является постоянной величиной, так как зависит от внешних факторов: времени года, погоды, температуры воздуха.

Вред, наносимый такой водой

Специалисты называют несколько десятков примеров того, чем вредна жесткая вода. Причем отражается это и на здоровье человека с его домашними питомцами, и на состоянии техники. Чем жестче жидкость и длительнее ее воздействие, тем явнее и сильнее негативное влияние ее на все, с чем она контактирует.

Вред для человека

На людей и их домашних любимцев такая вода по результатам многочисленных исследований оказывает следующее негативное влияние:

Способствует мочекаменной болезни. Это связано с тем, что в организме накапливается много вредных примесей, содержащихся в напитках, происходит застой солей, которые не успевают выводиться с мочой, а это приводит к росту камней.
Провоцирует ускорение процессов старения. Связано это с тем, что она очень сильно сушит кожу и лишает ее необходимой влаги. К тому же, если вы используете при умывании мыло, его частички не могут полностью раствориться, а значит, не вымываются до конца с кожи. Еще одна проблема, которую приносит такая жидкость эпидермису – различные высыпания, раздражения, прыщи, гнойники.
Повреждает тонкий защитный слой – естественную жировую плёнку на коже головы и волосах. Это приводит к их ломкости, истончению и выпадению. К тому же, локоны теряют упругость и здоровый блеск, приобретают блеклость и тусклость. Может также возникнуть зуд. Страдают от такой жидкости и ногти.
Переваривание пищи замедляется, а всасываемость полезных веществ из нее – снижается. Жесткая вода может вызвать различные заболевания ЖКТ.

На домашних животных вода повышенной жесткости сказывается практически так же неблагоприятно, как и на их хозяев. Все они рискуют столкнуться с проблемами в пищеварении, с развитием мочекаменной болезни. Страдает шерсть, когти, зубы, кожа, особенно если питомец часто купается или питается сухими кормами.

Вред для приборов и предметов быта

Вредна такая вода и для бытовых приборов:

Мыло и другие чистящие средства становятся менее эффективными и наносятся в большем количестве. Они хуже пенятся и отмывают грязь, а также плохо вымываются с различных поверхностей.
Жесткая вода приводит к тому, что в результате химической реакции после чистки мебели, окон и различных бытовых приборов, на их поверхности остаются разводы. Порой этот налет становится твердым и очень сложно смывается при повторной обработке. Остаются следы и на посуде, и на сантехнике. На приведение вещей в порядок требуется больше времени и сил, да и приходят в негодность они значительно раньше обычного.
Портятся не только предметы быта, но и наша одежда. Вещи при частой стирке теряют свой яркий цвет, получают разводы и пятна, а рисунки на них перестают быть красочными. Причем, одежда, полотенца и другие текстильные принадлежности теряют не только привлекательный внешний вид, но и становятся грубыми и неэластичными.
Страдает от жесткости все, что нагревается. Это кастрюли, стиральные машины, обычные и электрочайники, мультиварки, кофеварки, бойлеры, посудомойки, утюги и парогенераторы. При нагревании и кипячении воды с повышенной жесткостью соли, содержащиеся в ней, превращаются в кристаллы и выпадают в осадок, значительно сокращая срок эксплуатации техники.
Из-за отложения солей выходят из строя трубы, батареи, отопительные установки. Значительно падает теплоотдача радиаторов. Пропадает напор в кране.

Важно! Разработчики бытовых приборов в инструкции по их использованию всегда пишут, как продлить срок их действия при использовании жесткой воды. Например, в емкость утюга желательно наливать специально приобретенную дистиллированную, из которой выпарены посторонние примеси. А производители стиральных машин рекомендуют людям добавлять вместе с порошком при стирке специальное средство для смягчения.

Очистка

Очистка воды от солей железа, магния, кальция и других примесей, влияющих на общую жесткость может производится в домашних условиях несколькими способами:

кипячение (устранит лишь временную жесткость);
применение фильтров, например, фильтра-кувшина;
специальные таблетки и порошки для стиральных и посудомоечных машин;
специальные фильтры, предназначенные для очищения всей воды, котора поступает к вам в дом из кранов;
использование пищевой соды (четверть чайной ложки на литр);
настои трав для умывания и мытья головы.

Как видите, существуют различные способы и системы очистки воды, избавляющие ее от излишней жесткости. Но помните, что слишком мягкая вода тоже пользы не принесет: из-за нее повышается риск заболеваний сердца и сосудов, появляется дефицит минералов, может развиться рахит и проблемы с опорно-двигательным аппаратом. А в приборах и коммуникациях она вызывает коррозию.

Источник

Жесткая вода, признаки жесткой воды, мягкая вода

Жесткая вода — это вода, в которой содержится большое количество солей кальция и магния (соли жесткости).

Термин «жесткая вода» первоначально применяли к воде, в которой трудно было отстирать вещи. Связано это с тем, что ткань, постиранная с использованием мыла на основе жирных кислот в жёсткой воде — более жёсткая на ощупь.

Это объясняется, с одной стороны, отложением на поверхности ткани кальциевых и магниевых солей жирных кислот, образующихся в процессе стирки. С другой стороны, волокна ткани обладают ионообменными свойствами, и, как следствие, свойством сорбировать многовалентные катионы — на молекулярном уровне.

Основной источник солей кальция и магния в жесткой воде – залежи гипса, известняков и доломитов, которые размываются природными водами. Ионов кальция больше всего в маломинерализированных водах. Чем больше степень минерализации воды, тем меньше в ней содержится ионов кальция. Что касается ионов магния, то в минерализованных водах их количество может достигать нескольких граммов на литр, а в соленых водах – до нескольких десятков г/л.

Жёсткость воды в природе измененяется в течение года: она увеличивается при испарении в жару и уменьшается весной и осенью (талые и дождевые воды очень мягкие). Зимой уровень жёсткости самый высокий в году. В колодцах и артезианских скважинах концентрация солей постоянна, если они правильно изготовлены и изолированы от верхних стоков.

Характерные признаки жесткой воды

После стирки на одежде остаются белые подтеки;
После кипячения воды, на стенках кастрюль остается налет;
На поверхности заваренного чая или кофе можно разглядеть белую пленку;
Мыло и порошки плохо пенятся;
Чай и кофе не имеют своего ярко выраженного аромата;
Фильтры в кофемашине забиваются очень быстро;
Овощи тушатся в воде очень долго, а мясо при варке остается жестким.

На вкус жесткую воду можно распознать благодаря легкой горьковатости. В остальном ощутить какое-либо отличие жесткой воды от мягкой весьма затруднительно, особенно если всю жизнь Вы пьете только жесткую воду.

Вредное влияние жесткой воды на здоровье:

В первую очередь страдает кожа. Поры закупориваются, исчезает естественная защитная жировая пленка, появляется сухость, раздражения, дерматиты, высыпания и другие проблемы.
Жесткая вода обязательно скажется и на состоянии волос и кожи головы. Это будет приводить к появлению сухости, зуда, перхоти, а волосы будут жесткими, непослушными и выглядеть не слишком чистыми даже сразу после мытья.
Нерастворимые соли, содержащиеся в жесткой воде, накапливаются в организме, приводя к появлению камней в почках и закупоривая сосуды.

Вред жесткой воды для бытовой техники

Современная бытовая техника с нагревательными элементами: котлы в системах отопления и горячего водоснабжения, стиральные и посудомоечные машины, водосчетчики, чайники, кофеварки, джакузи, проточные и ёмкостные водонагреватели серьёзно страдают от повышенной жёсткости. Накипь на ТЭНе существенно увеличивает время нагрева, что приводит к быстрому износу деталей и перерасходу электроэнергии.

Жесткая вода vs мягкая вода?

Плюсы от применения в быту мягкой воды

Экономия на моющих средствах составит 30-50%, так как в мягкой воде мыло, порошки и другие средства будут лучше пениться;
Отсутствие испорченной одежды и поломанной бытовой техники и сантехники сэкономят вам круглую сумму;
Улучшение качества еды и напитков;
Улучшение состояния кожи и волос;
Снижается угроза возникновения мочекаменной болезни и других заболеваний внутренних органов.

Мягкая вода поможет сэкономить значительную часть вашего бюджета и сделает вашу жизнь более комфортной и приятной.

Медики подтверждают, что высокое содержание в питьевой воде солей кальция действительно может провоцировать отложение конкрементов в почках.

Однако использование в пищу слишком мягкой воды способствует дефициту в организме ионов Ca и Mg. Это ослабит опорно-двигательный аппарат, нервную и сердечно-сосудистую систему, и даже может спровоцировать инфаркт. Употребление воды с низким содержанием солей, приведет к вымыванию нужных минеральных веществ из организма, следствием чего может стать ломкость костей у взрослых, рахит у детей, а общая сопротивляемость организма ощутимо понизится.

Кроме того, группой ученых было доказано, что основной причиной образования камней является вовсе не жесткость воды, а нехватка кальция в принимаемой пище. Для компенсации недостатка кальция, организм добывает его из костей. Большая часть этого кальция не может усвоиться организмом, а откладывается в виде конкрементов.

Диетологи говорят, что мягкая вода улучшает вкусовые качества приготовленных на ней кофе и чая, но она абсолютно безвкусна и утолить ею жажду невозможно. Можно было бы, конечно, попробовать восполнить этот недостаток добавлением поваренной соли в мягкую воду, но появится неприятный привкус, а вот гидрокарбонат кальция придает воде чуть сладковатый, очень приятный вкус и жесткая вода прекрасно справляется с утолением жажды.

Итак, пагубное влияние на организм человека оказывает все-таки не жесткость воды, а ее избыток. Главная рекомендация медиков – не употреблять ни очень мягкую, ни очень жесткую воду. Абсолютно во всем должен быть баланс.

Однозначно не рекомендуется употреблять дистиллированную воду с низким содержанием солей длительное время, в результате этого происходит вымывание минеральных веществ из организма. Медики рекомендуют не употреблять как слишком жёсткую, так и слишком мягкую воду.

Источник