Единицы измерения жесткости воды: как определить концентрацию солей

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.