水的硬度
硬度作为一项水质指标对水草的生长有很重要的影响,水有软硬之分,这里所说的软硬并不是物理性能上的软硬,而是根据水中所溶解的矿物质多寡来划分的,多了水就“硬”,少了水就“软”,硬水有许多缺点,例如,在烧开水时易产生锅垢,又如硬水用来洗涤衣服时,消耗肥皂会比较多等。
因此,硬度可以用来描述水的软硬程度,其定义是指能使肥皂沉淀之量。这是因为肥皂是硬脂酸的钠或钾盐,遇到水中的钙、镁离子,易生成不溶性的硬脂酸钙和硬脂酸镁,使肥皂失去洗涤衣服的作用。除了钙、镁离子外,肥皂还能被铁、锰、铜…离子所沉淀,所以在化学上定义︰凡是水体存在能被肥皂产生沉淀的矿物质离子,都称为「硬度离子」,这里指金属阳离子而言,主要包括钙、镁、铁、锰、铜离子等,而象钠、钾离子都不属于。但在一般的自然水(包括自来水)中,除了钙、镁离子外,其馀硬度离子存量很少,它们的总含量可能不到3%,因此水的硬度可以说主要表现为钙和镁离子,又称为“钙硬度”或“镁硬度”两者之和,称为“总硬度”,简称“硬度”,这其中钙硬度平均约占85%,镁硬度约占15%。
硬水又依加热之后是否可以发生矿物质沉淀,而分为“暂时硬水”和“永久硬水”两种。其中的部分金属离子可因加热而析出,故称为暂时硬水,主要是指那些含有酸式碳酸盐(例如,碳酸氢钙、碳酸氢镁、碳酸氢锰…等);所谓永久硬水,是指含有硫酸盐、氯化物、硝酸盐(例如硫酸锰、硝酸镁、氯化钙…等)的水,不因加热而析出,故称为永久硬水。可见永久硬水或暂时硬水主要是针对酸根阴离子而言的。
软水和硬水的判断,通常必须使用化学分析方法才能决定,无法用肉眼直接判断。由于硬度离子的碳酸盐都是沉淀的,所以在道统化学上的定量分析中,只有使用碳酸盐法才能使所有的硬度离子都被沉淀出来。硬度也因此通常以碳酸盐表示,又因钙硬度占总硬度中绝大部分,因此在国际上特别以碳酸钙(CaCO3)的量(ppm)来表示硬度。但使用碳酸钙(CaCO3)的量来表示硬度,在化学上的定量分析中,其结果可能会有一些操作上的误差,如果能再经过进一步的焙烧处理,让碳酸钙(CaCO3)变成氧化钙(CaO),就可以更准确获得分析结果,例如,德国就是利用氧化钙(CaO)的量(°dH),来描述硬度。
GH是指水体中所有硬度离子︰即钙、镁、铁、锰、铜离子等的浓度,主要考量的是金属阳离子;与之对应的考量酸根离子中主要是“暂时硬水”的酸式碳酸根(HCO3-)的浓度值,即称为KH值。
综上所述,我们可人为地将水的硬度分成︰
强软水︰德国硬度0~4°dH之水,相当于碳酸盐硬度约0~89ppm之水;
软水︰德国硬度5~8°dH之水,相当于碳酸盐硬度约90~159ppm之水;
适度硬水︰德国硬度9~12°dH之水,相当于碳酸盐硬度约160~229ppm之水;
中硬水︰德国硬度13~18°dH之水,相当于碳酸盐硬度约230~339ppm之水;
硬水︰德国硬度19~30°dH之水,相当于碳酸盐硬度约340~534ppm之水;
强硬水(very hard water)︰德国硬度30°dH以上之水,相当于碳酸盐硬度535ppm以上之水。
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