[科普中国]-水质硬度

水质硬度表示水中所含有钙、镁、铁、铝、锌等离子的含量多少，通常以Ca2+、Mg2+含量计算，单位有两种，一种用毫克当量/升表示，一种用度表示。即1升水中相当10mg Ca为1度。0-4度为很软水，4-8度为软水，8-16度为中度硬水，16-30度为硬水。1

水质硬度的概念水质的硬度是表示水抵抗与肥皂产生肥皂泡的一种性质，是用来描述水中钙和镁含量的一种旧概念。硬度有不同的种类(总硬度、碳酸盐硬度及其它硬度)，并且在不同国家有不同的概念和定义。

硬度盐类一般包括Ca2+、Mg2+、Fe2+、Mn2+、Sr2+、Te3+、Al3+等容易形成难溶盐类的金属阳离子，在一般天然水中，主要是Ca2+、Mg2+，其它离子含量较少。因此，一般常以水中的Ca2+、Mg2+总量作为硬度的定义。

具体地讲，Ca2+、Mg2+总量称为总硬度，根据假想化合物的原理，考虑到水中阴离子的组成，又可把硬度区分为碳酸盐硬度和非碳酸盐硬度。

如果水的硬度是由碳酸氢钙或碳酸氢镁所引起的，这种硬度叫暂时硬度，因为这种硬度在煮沸时很容易成为沉淀析出。如：

Ca(HCO3)2→CaCO3↓+CO2↑+H2O。

Mg(HCO3)2→MgCO3↓+CO2↑+H2O。

如果水的硬度是钙和镁的碳酸盐、氯化物等所引起的，称为非碳酸盐硬度。这种硬度用一般的煮沸方法不能从水中析出，故也称为永久硬度。2

水质硬度单位用度表示硬度单位硬度在不同国家有不同的概念和定义，但各种硬度都是指一定体积水中CaO或CaCO3的含量。

如：

1德国度(符号为°d)是指1升水中含有氧化钙（CaO）10 mg，如用质量浓度表示，则为

ρ（CaO）=10 mg/L

1法国度(符号为°f)是指在1升水里含有碳酸钙（CaCO3）10 mg，如用质量浓度表示，则为

ρ（CaCO3）=10 mg/L

1英国度(符号为°e)是指在1帝国加仑水里含有碳酸钙（CaCO3）1格令。相当于在1升水里含有碳酸钙（CaCO3）14.3 mg，如用质量浓度表示，则为

ρ（CaCO3）=14.3 mg/L

美国度相当于1升水里含有碳酸钙（CaCO3）1 mg，等于法国度的十分之一。如用质量浓度表示，则为

ρ（CaCO3）=1 mg/L

苏联度与德国度相同。

由于1L水的质量近似1 kg，所以

ρ（CaO）=10 mg/L≈10 mg/1 kg= 1×10-5

下面把“度’’单位换成物质的量浓度的方式表示。

根据公式： c=n/v，M=m/n，ρ=m/V，得：

c=m/(V****M)=ρ/M

用毫克当量每升表示硬度单位过去水质硬度都是以当量浓度的方式表示分析结果，具体应用“毫克当量/升(meq/L)’’作单位。它与旧硬度单位“度”的换算系数如下图表所示．

因当量浓度已废除，原以“毫克当量/L(meq/L)”为单位表示的，现要改用物质的量浓度单位“毫摩/升(mmol/L)”表示。

水的硬度原以“毫克当量/升(meq/L)”表示，测定的结果是Ca、Mg的总量，两者各是多少，原来或无法区分。现改用物质的量浓度表示，其单位用“mmol/L”，为使所得的数值与原用“meq/L"作单位时相同，应选择1/2 Ca2+、1/2 Mg2+做基本单元。

硬度是指水中含有的Ca、Mg总量，用物质的量浓度c表示时，在浓度c量的符号后具体写哪一个离子代表基本单元都不合适，如果写成c(1/2 Ca2++1/2 Mg2+)，就容易被误解为基本单元指的是(1/2 Ca+1/2 Mg)，一个Ca必有一个Mg，而事实上Ca、Mg的多少都是任意的。

过去常以Me代表金属离子，为了能将问题表达清楚，现仍可用Me代表Ca、Mg。这样硬度就可写为c(1/2Me)，但使用时一定要注明Me为Ca、Mg的通式。

水的钙、镁含量测量中通常用EDTA作为滴定剂，由于已知不论是几价的金属离子与EDTA反应，它们的计量数都是1，即总是按1：1的计量关系进行，而Ca2+、Mg2+都是二价的，现将基本单元定为1/2 Ca2+、1/2Mg2+，这样计算出c(1/2 Ca2+)、c(1/2 Mg2+)或c(1/2 Ca2++1/2 Mg2+)的数值与原用“meq/L”的数值是相等的，因此就可用原来的硬度值，所以水中钙镁含量计算公式的表达式为

c(1/2 Ca2++1/2 Mg2+)={n(1/2 Ca2+)+n(1/2 Mg2+)}/V(水样)

测定水的钙镁含量中，通常用EDTA作滴定剂，滴定反应式为

Me2++H2Y2-= MeY2-+2H+

式中：Me2+表示Ca2+，Mg2+，H2Y2-代表乙二胺四乙酸二钠盐离子。

根据等物质的量规则，可求算n(1/2 Me2+)。

在滴定终点时：

n(1/2 Me2+)=n(1/2 Ca2+)+n(1/2 Mg2+)

=n(1/2 H2Y2-)

或

c(1/2 Me2+)V(1/2 Me2+)=c(1/2 H2Y2-)V(1/2 H2Y2-)

于是，水中钙镁含量为

c(1/2 Ca2++1/2 Mg2+)=c(1/2 H2Y2-)V(1/2 H2Y2-)/V(水样)．

或c(1/2 Me2+) =c(1/2 EDTA)V(1/2 EDTA)/V(水样) = 2c(EDTA)V(EDTA)/V(水样)

上式中，因c(1/zB) =zc(B)，故c(1/2 EDTA) = 2 c(EDTA)；

又因参加反应的溶液的体积不变，故V(EDTA) =V(1/2EDTA)．2

本词条内容贡献者为:

蒲富永 - 教授 - 西南大学