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水質硬度

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水質硬度表示水中所含有鈣、、鐵、鋁、鋅等離子的含量多少,通常以Ca2+、Mg2+含量計算,單位有兩種,一種用毫克當量/升表示,一種用度表示。即1升水中相當10mg Ca為1度。0-4度為很軟水,4-8度為軟水,8-16度為中度硬水,16-30度為硬水。 [1] 
中文名
水質硬度
外文名
Water Hardness

水質硬度水質硬度的概念

水質的硬度是表示水抵抗與肥皂產生肥皂泡的一種性質,是用來描述水中鈣和鎂含量的一種舊概念。硬度有不同的種類(總硬度、碳酸鹽硬度及其它硬度),並且在不同國家有不同的概念和定義。
硬度鹽類一般包括Ca2+、Mg2+、Fe2+、Mn2+、Sr2+、Te3+、Al3+等容易形成難溶鹽類的金屬陽離子,在一般天然水中,主要是Ca2+、Mg2+,其它離子含量較少。因此,一般常以水中的Ca2+、Mg2+總量作為硬度的定義。
具體地講,Ca2+、Mg2+總量稱為總硬度,根據假想化合物的原理,考慮到水中陰離子的組成,又可把硬度區分為碳酸鹽硬度和非碳酸鹽硬度
如果水的硬度是由碳酸氫鈣碳酸氫鎂所引起的,這種硬度叫暫時硬度,因為這種硬度在煮沸時很容易成為沉澱析出。如:
Ca(HCO3)2→CaCO3↓+CO2↑+H2O。
Mg(HCO3)2→MgCO3↓+CO2↑+H2O。
如果水的硬度是鈣和鎂的硫酸鹽、氯化物等所引起的,稱為非碳酸鹽硬度。這種硬度用一般的煮沸方法不能從水中析出,故也稱為永久硬度。 [2] 

水質硬度水質硬度單位

水質硬度用度表示硬度單位

硬度在不同國家有不同的概念和定義,但各種硬度都是指一定體積水中CaO或CaCO3的含量。
如:
1德國度(符號為°d)是指1升水中含有氧化鈣(CaO)10 mg,如用質量濃度表示,則為
ρ(CaO)=10 mg/L
1法國度(符號為°f)是指在1升水裏含有碳酸鈣(CaCO3)10 mg,如用質量濃度表示,則為
ρ(CaCO3)=10 mg/L
1英國度(符號為°e)是指在1帝國加侖水裏含有碳酸鈣(CaCO3)1格令。相當於在1升水裏含有碳酸鈣(CaCO3)14.3 mg,如用質量濃度表示,則為
ρ(CaCO3)=14.3 mg/L
美國度相當於1升水裏含有碳酸鈣(CaCO3)1 mg,等於法國度的十分之一。如用質量濃度表示,則為
ρ(CaCO3)=1 mg/L
蘇聯度與德國度相同。
由於1L水的質量近似1 kg,所以
ρ(CaO)=10 mg/L≈10 mg/1 kg= 1×10-5
下面把“度’’單位換成物質的量濃度的方式表示。
根據公式: c=n/v,M=m/n,ρ=m/V,得:
c=m/(VM)=ρ/M
水質硬度單位換算係數 水質硬度單位換算係數

水質硬度用毫克當量每升表示硬度單位

過去水質硬度都是以當量濃度的方式表示分析結果,具體應用“毫克當量/升(meq/L)’’作單位。它與舊硬度單位“度”的換算係數如下圖表所示.
原用的水質硬度單位換算係數 原用的水質硬度單位換算係數
因當量濃度已廢除,原以“毫克當量/L(meq/L)”為單位表示的,現要改用物質的量濃度單位“毫摩/升(mmol/L)”表示。
水的硬度原以“毫克當量/升(meq/L)”表示,測定的結果是Ca、Mg的總量,兩者各是多少,原來或無法區分。現改用物質的量濃度表示,其單位用“mmol/L”,為使所得的數值與原用“meq/L"作單位時相同,應選擇1/2 Ca2+、1/2 Mg2+做基本單元。
硬度是指水中含有的Ca、Mg總量,用物質的量濃度c表示時,在濃度c量的符號後具體寫哪一個離子代表基本單元都不合適,如果寫成c(1/2 Ca2++1/2 Mg2+),就容易被誤解為基本單元指的是(1/2 Ca+1/2 Mg),一個Ca必有一個Mg,而事實上Ca、Mg的多少都是任意的。
過去常以Me代表金屬離子,為了能將問題表達清楚,現仍可用Me代表Ca、Mg。這樣硬度就可寫為c(1/2Me),但使用時一定要註明Me為Ca、Mg的通式。
水的鈣、鎂含量測量中通常用EDTA作為滴定劑,由於已知不論是幾價的金屬離子與EDTA反應,它們的計量數都是1,即總是按1:1的計量關係進行,而Ca2+、Mg2+都是二價的,現將基本單元定為1/2 Ca2+、1/2Mg2+,這樣計算出c(1/2 Ca2+)、c(1/2 Mg2+)或c(1/2 Ca2++1/2 Mg2+)的數值與原用“meq/L”的數值是相等的,因此就可用原來的硬度值,所以水中鈣鎂含量計算公式的表達式為
c(1/2 Ca2++1/2 Mg2+)={n(1/2 Ca2+)+n(1/2 Mg2+)}/V(水樣)
測定水的鈣鎂含量中,通常用EDTA作滴定劑,滴定反應式為
Me2++H2Y2-= MeY2-+2H+
式中:Me2+表示Ca2+,Mg2+,H2Y2-代表乙二胺四乙酸二鈉鹽離子。
根據等物質的量規則,可求算n(1/2 Me2+)。
滴定終點時:
n(1/2 Me2+)=n(1/2 Ca2+)+n(1/2 Mg2+)
=n(1/2 H2Y2-)
c(1/2 Me2+)V(1/2 Me2+)=c(1/2 H2Y2-)V(1/2 H2Y2-)
於是,水中鈣鎂含量為
c(1/2 Ca2++1/2 Mg2+)=c(1/2 H2Y2-)V(1/2 H2Y2-)/V(水樣).
c(1/2 Me2+) =c(1/2 EDTA)V(1/2 EDTA)/V(水樣) = 2c(EDTA)V(EDTA)/V(水樣)
上式中,因c(1/zB) =zc(B),故c(1/2 EDTA) = 2 c(EDTA);
又因參加反應的溶液的體積不變,故V(EDTA) =V(1/2EDTA). [2] 
參考資料
  • 1.    孫東風等主編.藥品監督管理簡明詞語手冊.北京:中國醫藥科技出版社,2003.12:第17頁
  • 2.    周羣英.《分析化驗中法定計量單位實用指南》.北京:中國計量出版社 ,1993.07:第135-139頁