3.4. Твердість природних вод

Однією з важливих характеристик природних вод, що багато в чому визначає можливості їх використовування людиною, є твердість води. Твердістю називається властивість води, зумовлена вмістом у ній іонів кальцію та магнію. Одиницею твердості води в нашій країні є моль (твердості) на кубічний метр – моль/м³ (звичайно доповнення «твердості» після слова «моль» опускається). Числове значення твердості, виражене в моль/м³, рівне числовому значенню твердості, вираженому в міліграм-еквівалентах на літр (мг-екв./л);

1 мг – с./л відповідає вмісту у воді 20,04 мг/л іонів Са²⁺ або 12,16 мг/л іонів Mg²⁺. Величину твердості можна визначити за рівнянням:

Т = [Са²⁺]/( ) + [Mg²⁺]/ ;

Т = [Са²⁺]/20,04 + [Mg²⁺]/12,16,

де Т – твердість води, моль/л; [Са²⁺] і [Mg²⁺] – концентрації іонів кальцію та магнію, мг/л; f_Са²⁺ та f_Mg²⁺ - чинники еквівалентності іонів кальцію та магнію ( f_Са²⁺ = f_Mg^2+/Са²⁺ = 1/2); M_Сa²⁺ і M_Mg²⁺ – мольні маси іонів кальцію та магнію (М_Са²⁺ = 40,08 г/моль і M_Mg²⁺ = 24,32 г/моль).

Визначену за даним рівнянням твердість, називають загальною твердістю води, оскільки для води розрізняють карбонатну, некарбонатну, тимчасову та постійну.

Під карбонатною твердістю розуміють кількість іонів кальцію і магнію, пов’язаних з карбонат- і гідрокарбонат-іонами. Тому чисельне значення карбонатної твердості дорівнює сумі концентрацій карбонат- і гідрокарбонат-іонів, виражених в мг-екв./л.

Якщо ця величина виявляється більшою від значення загаль-

ної твердості, тобто карбонат- і гідрокарбонат-іони пов’язані з іншими катіонами, то значення карбонатної твердості береться як рівне значенню загальної твердості води.

Некарбонатна твердість води визначається як різниця значень загальної й карбонатної твердості.

Тимчасова твердість води є частиною карбонатної твердості, яка видаляється при кип’ятінні води. Тимчасову твердість визначають експериментально.

Постійну твердість води визначають як різницю значень загальної твердості та тимчасової.

За величиною загальної твердості природні води поділяють на ряд груп (табл. 3.6).

Таблиця 3.6

Класифікація природних вод за величиною твердості

Твердість, моль/м3	Група води
<1,5	Дуже м’яка
1,5– 3,0	М’яка
3,0– 5,4	Середньої твердості
5,4– 10,7	Тверда
> 10,7	Дуже тверда

Серед природних вод найм’якшими є дощові води, твердість яких становить приблизно 70–100 ммоль/м³. Твердість підземних вод змінюється в широких межах від 0,7 моль/м³ (ґрунтові води Карелії) до 18–20 моль/м³ (ґрунтові води Донбасу) – і залежить від складу гірських порід, що з ними контактують. У річкових водах твердість крім складу гірських порід, які контактують з водами, що живлять дану річку, залежить від кліматичних чинників і випробовує сезонні коливання. Якнайменше значення твердості річкової води спостерігається в період паводка.

За кордоном для вираження значень твердості води використовують різноманітні одиниці вимірювання. Так, наприклад, німецький градус твердості відповідає вмісту у воді 10 мг СаО/л. Один французький градус твердості відповідає вмісту у воді 10 мг

СаСО₃/л. Один американський градус твердості відповідає вмісту у воді 1мг СаСОз/л. Між цими одиницями вимірювання твердості можна записати співвідношення:

1 моль/м³ = 2,804 німецьких градусів твердості;

1 моль/м³ = 5,005 французьких градусів твердості;

1 моль/м³ = 50,050 американських градусів твердості.