Жесткость воды - один из важнейших показателей качества воды, характеризующий концентрацию растворенных солей кальция и магния. Высокая жесткость приводит к нежелательным эффектам при использовании воды, например образованию накипи. Для количественной оценки жесткости используются различные единицы.
В данной статье мы разберем основные единицы измерения жесткости воды, принятые в России и за рубежом, рассмотрим их физический смысл и способы пересчета.
Градусы жесткости
Градусы жесткости - это единица измерения концентрации ионов кальция и магния в воде. В России градусы жесткости использовались до 1952 года и совпадали с немецкими градусами. Один градус жесткости соответствует содержанию в 1 литре воды 10 мг-экв ионов кальция или 7 мг-экв ионов магния.
По величине общей жесткости воду подразделяют на:
- мягкую - до 2°Ж
- средней жесткости - 2-10°Ж
- жесткую - более 10°Ж
Общая жесткость воды измеряется в градусах жесткости и показывает суммарное содержание ионов кальция и магния. Чем выше показатель общей жесткости в градусах, тем жестче вода. Градусы жесткости удобны для приблизительной оценки концентрации солей в воде, однако не являются точной единицей измерения в системе СИ.
Миллиграмм-эквиваленты на литр
Единица миллиграмм-эквиваленты на литр (мг-экв/л) также используется для измерения жесткости воды в России. Она показывает концентрацию ионов кальция и магния в воде.
Один мг-экв/л соответствует:
- 20,04 мг Ca2+ на 1 литр воды
- 12,16 мг Mg2+ на 1 литр воды
То есть в числителе указывается масса иона в миллиграммах, а в знаменателе - его валентность. Таким образом, концентрация выражается в миллиграмм-эквивалентах ионов на литр.
Преимущества мг-экв/л:
- Учитываются не только концентрация ионов, но и их валентность, что важно при оценке жесткости;
- Единица измерения входит в систему СИ, в отличие от градусов жесткости.
Однако мг-экв/л не очень удобны для использования на практике, так как:
- Значения получаются нецелыми и громоздкими;
- Не совпадают с популярными зарубежными шкалами жесткости.
Поэтому в быту и на производстве чаще используют другие единицы жесткости воды.
Моль на кубический метр
В системе СИ рекомендованной единицей измерения жесткости воды является моль ионов на кубический метр (моль/м3). Эта единица показывает количество вещества ионов кальция и магния в одном кубическом метре воды.
Преимущества моль/м3:
- Соответствует системе СИ, является основной единицей количества вещества;
- Позволяет точно оценить концентрацию ионов в воде.
Недостатки:
- Неудобна для использования на практике, так как дает дробные значения;
- Не соответствует традиционным шкалам жесткости воды.
Поэтому, несмотря на рекомендацию, на практике моль/м3 применяется редко. Чаще используют градусы жесткости, мг-экв/л или зарубежные шкалы.
Жесткость по немецкой и французской классификации
В разных странах для измерения жесткости воды используются свои национальные шкалы, отличные от российской системы. В Германии принята единица жесткости, обозначаемая как 1°dH (немецкий градус). Один градус по немецкой шкале эквивалентен содержанию в 1 литре воды:
- 10 мг оксида кальция;
- 7 мг оксида магния.
То есть 1°dH приблизительно соответствует 1°Ж в российской классификации. Во Франции принята единица жесткости 1°fH (французский градус). Она эквивалентна содержанию в 1 литре воды:
- 10 мг карбоната кальция;
- 5 мг карбоната магния.
Соответственно 1°fH в два раза меньше 1°dH. Для перевода используется коэффициент 0,56. То есть 10°fH = 5,6°dH. Использование национальных шкал удобно внутри отдельных стран, однако затрудняет сравнение жесткости воды в международном масштабе. Поэтому в последнее время предпринимаются попытки перейти на унифицированные показатели в системе СИ.
Жесткость в миллиграммах карбоната кальция на литр
Еще одна распространенная единица измерения жесткости воды - миллиграммы карбоната кальция на литр (мг-экв/л СаСО3). Она показывает, какое количество карбоната кальция содержится в одном литре воды.
Преимущества этой шкалы:
- Простота пересчета в мг/л ионов Ca2+ и Mg2+;
- Используется в США и ряде других стран.
Недостатком является то, что учитывается только кальций, без магния. Поэтому данная шкала не дает полной картины жесткости. Для пересчета в мг-экв/л СаСО3 используется следующая формула:
Жесткость (мг-экв/л СаСО3) = 2,5 × Жесткость (мг-экв/л).
То есть показатель в мг-экв/л СаСО3 всегда в 2,5 раза больше значения в мг-экв/л. Например, если жесткость воды равна 5 мг-экв/л, то в мг-экв/л СаСО3 это будет 5 * 2,5 = 12,5 мг-экв/л СаСО3.
Сравнение различных единиц жесткости
Итак, основные единицы измерения жесткости воды, используемые в России и за рубежом:
- Градусы жесткости (°Ж), применявшиеся в России до 1952 года;
- Миллиграмм-эквиваленты на литр (мг-экв/л), рекомендованная единица системы СИ;
- Моль ионов на кубический метр (моль/м3), основная единица количества вещества в СИ;
- Немецкие (°dH) и французские (°fH) градусы жесткости;
- Миллиграммы СаСО3 на литр, используемые в США.
Для пересчета между различными единицами существуют формулы, однако на практике это не всегда удобно. Поэтому важно унифицировать шкалы жесткости воды и перейти к использованию рекомендованных величин системы СИ для облегчения анализа качества воды в разных регионах мира.
