Жесткость воды
Автор: larry/creative.net (Larry Frank)
16 Дек 1997
Перевод на русский язык: Е.Л. (yevlem-at-nospam-yahoo.com)

Жесткость воды
Все источники пресной воды содержат кальций и магний в различных количествах. Эти элементы присутствуют в виде катионов с 2+ зарядом. Соединяясь с отрицательно-заряженными анионами, они образуют соли. Наиболее важными анионами являются бикарбонаты HCO 3-, карбонаты CO3 2- и сульфаты SO4 2- .
Общая жесткость (GH) измеряет катионы (положительный заряд) кальция и магния.
Карбонатная жесткость (KH) относится только к анионам бикарбоната и карбоната (отрицательный заряд), но не измеряет сульфаты и прочие анионы.
Карбонатная жесткость является достаточно запутанным термином потому что ссылается на жесткость, но в реальности имеет отношение к щелочности (способности раствора противостоять изменению pH при добавлении кислоты) карбонатного и бикарбонатного происхождения. (В нашей литературе щелочность воды обычно описывается термином буферная способность воды –прим.переводчика). Прочие анионы (такие как гидроксиды, бораты, силикаты и фосфаты) также могут влиять на щелочность. Чтобы быть абсолютно корректным, вам НИКОГДА не следует использовать термин ‘KH’; в то же время, он часто используется в литературе.
Справедливости ради следует отметить, что все таки бикарбонатная/карбонатная буферная система представляет основной источник щелочности.

KH и GH обычно близки между собой, но GH может быть такой же, большей или меньшей чем KH, в зависимости от содержания катионов и анионов в образце. Например, большое количество NaHCO3 поднимет показатель (KH), но не окажет влияния на (GH). Большое количество MgSO4 поднимет показатель (GH),но не (KH).

Обычно, в пресной воде большинство катионов представлены кальцием и магнием ( в пропорции 3:1) и большинство анионов – карбонатами. Уровни (GH) и (KH) часто будут похожими.

Единицы измерения

Было бы разумным измерять общую жесткость через количество ионов/литр или молярность, но эти единицы на практике не используются.
Общераспространенными единицами измерения, используемыми в литературе, являются градусы общей жесткости dGH (GH) из немецкой системы или промилле (ppm –parts per million – частиц на миллион) Ca из CaCO3.
Карбонатная жесткость (KH) –это термин, который не имеет ничего общего с жесткостью, но представляет собой количественный эквивалент карбоната и бикарбоната, который влияет на щелочность или емкость буфферной системы. (KH) соотносится с промилле CO3 из CaCO3.

Перевод из dGH и dKH в промилле CaCO3 может быть произведен путем умножения на 17.86

Как был получен коэффициент перевода:

По определению, 1dGH = 10 мг/литр CaO
Атомный вес Ca = 40, O = 16, CaO = 56

Таким образом, 10 мг/литр CaO содержит 40/56 *10 = 7.143 мг/литр Ca

По определению, промилле ( ppm )Ca определяют не элементарный кальций , но миллионые частицы CaCO3.

Атомный вес CaCO3 = 100
Таким образом, 7.143 мг/литр элементарного Ca будут выражены как 100/40 * 7.143 = 17.8575 мг/литр (промилле)CaCO3.

1dGH = 17.86 промилле CaCO3 и 7.143 промилле Ca2+.
(KH)

1 dGH определяется как 10 мг/литр CaO, что может быть выражено в промилле CaCO3 как указано выше.
Теперь определение для dKH должно быть сделано из количества карбоната в 17.86 промилле CaCO3 , что не имеет отношения к GH, определяемому через CaO!
Исторически, GH должно быть , во-первых, определялось через CaO, жесткость через промилле CaCO 3 в-вторых, затем KH в-третьих?

1dKH = 17.86 промилле CaCO3

Из вышесказанного; 1dKH = 17.8575 мг/литр CaCO3. 7.143 мг/литр из этого - Ca, остальное ;(17.8575-7.143)= 10.7145мг/литр CO3
1dKH = 10.7145 промилле CO3

Для бикарбоната:

CaCO3 формирует Ca(HCO3)2 в воде при уровне pH менее чем 10.25 . (Два бикарбоната формируются из каждого иона карбоната):

CaCO3 + H20 + CO2 ---> Ca(HCO3)2

CO3 mw (молекулярный вес) = 60
HCO3 mw (молекулярный вес) = 61

Таким образом, 10.7145мг/литр CO3 из CaCO3 (каждый CO3 карбонатный анион формирует два HCO3 бикарбонатных аниона; 61/60*2 *10.7=21.8 мг/литр HCO3

Другой способ этого рассчета подразумевает использование молярности:
1dKH = 17.86 мг/литр CaCO3
mw CaCO3 = 100
17.86 мг/литр CaCO3 = 0.179 m (Моль) CaCO3
Это даст 2* .179 m Моль = .358 m Моль
Умножая моли *mw даст нам мг:
0.358*61(mw HCO3) = 21.8 мг/литр HCO3
1dKH = 21.8 промилле HCO3

Как использовать эти коэффициенты перевода:

Если Вам известна щелочность или жесткость в промилле (ppm), разделите на 17.86 чтобы получить градусы.
Если Вы хотите поднять щелочность на 1 dKH, используя CaCO3 - используйте 17,86 мг CaCO3
Если Вы хотите поднять щелочность на 1 dKH, используя NaHCO3 :
mw Na = 23
mw HCO3= 61
mw NaHCO3= 84
1dKH= 21.8 промилле HCO3
21.8 *84/61=30 мг/литр of NaHCO3

Используя молярность:
0.358 mМолей * 84(mwNaHCO3) = 30 мг/литр NaHCO3
CO2, Кислотность (pH) и Карбонатная Щелочность
CO2, pH и карбонаты взаимосвязаны при помощи следующих трех уравнений::
1. CO2 + H20 H2CO2 (Углекислота)
2. H2CO2 H+ + HCO3- (Бикарбонат)
3. HCO3- H+ + CO32- (Карбонат)


_____________________________________
(Промилле -  ‰  отношение массы растворенного вещества к массе раствора, только выраженное в тысячных долях
Например, фраза «солёность воды составляет 11‰ (одиннадцать промилле)» означает, что из общей массы воды 0,011 (11 тысячных) занимают соли; так, если взять 1 кг воды, то в ней будет 0,011 ∙ 1 000 = 11 г солей. )