Twardość wody

Twardość wody – cecha wody, będąca funkcją stężenia soli wapnia, magnezu i innych metali, które są zdolne do tworzenia soli na wyższym niż pierwszy stopniu utlenienia.

Podział twardości

Twardość wody dzieli się na:

• nietrwałą (przemijającą, węglanową) - która jest generowana przez sole kwaśne kwasu węglowego - wodorowęglany
• trwałą - która jest generowana przez sole innych kwasów, głównie chlorki, ale też siarczany, azotany i inne.

Ogólna twardość wody jest sumą twardości węglanowej i trwałej.

Nazwa "twardość nietrwała" wynika z faktu, że wodorowęglany są nietrwałe termicznie i podczas ogrzewania przekształcają się do nierozpuszczalnych w wodzie węglanów, które wytrącają się z roztworu (jest to proces odwrotny do rozpuszczania w wodzie skał węglanowych w obecności CO₂), np.:

Ca²⁺ + 2HCO−3 ⇌ CaCO₃ + H₂O + CO₂↑

Natomiast chlorki, siarczany i azotany są trwałe i pozostają również po przegotowaniu wody.

Wpływ twardości na właściwości wody

Twardość wody ma wpływ na jej napięcie powierzchniowe. Czym większe napięcie powierzchniowe wody, tym trudniej zwilża ona wszelkie powierzchnie, na skutek czego trudniej jest za jej pomocą czyścić zabrudzone powierzchnie. Twarda woda wymaga stosowania większych ilości mydła, gdyż powoduje wytrącenie trudno rozpuszczalnych soli kwasów tłuszczowych i metali odpowiedzialnych za twardość wody.

Duża, nietrwała twardość wody kotłowej stanowi często poważny techniczny problem, gdyż w trakcie wielu procesów technologicznych związanych z podgrzewaniem wody następuje wtedy osadzanie się tzw. kamienia kotłowego.

Skale twardości wody

Twardość wody wyraża się w trzech różnych skalach:

• stopniach niemieckich (°n lub °d) – 1 °n = 10,00 mg CaO w 1 litrze wody oraz 1 °n = 17,86 mg CaCO₃ w 1 litrze wody
  w literaturze niemieckojęzycznej oznaczanych jako °dH (niem. Grad deutscher Härte),
  w literaturze angielskojęzycznej również oznaczanych jako równoważna skala dGH (ang. degrees of General Hardness – stopnie twardości ogólnej)
• stopniach francuskich (°f) – 1 °f = 10,00 mg CaCO₃ w 1 litrze wody
• milivalach na litr (mval/l) – 1 mval = 1 miligramorównoważnik (0,5 milimol) jonów Ca²⁺ oraz 1 mval = 50 mg CaCO₃ w 1 litrze wody.

Przeliczenie jednostek twardości wody

		°dH	°e	°fH	ppm	mval/l	mmol/l
stopnie niemieckie	1 °dH =	1	1,253	1,78	17,8	0,357	0,1783
stopnie angielskie	1 °e =	0,798	1	1,43	14,3	0,285	0,142
stopnie francuskie	1 °fH =	0,560	0,702	1	10	0,2	0,1
ppm CaCO3 (USA)	1 ppm =	0,056	0,07	0,1	1	0,02	0,01
milival	1 mval/l =	2,8	3,51	5	50	1	0,50
mmol	1 mmol/l =	5,6	7,02	10,00	100,0	2,00	1

Jednostka 1 ppm określa 1 cząsteczkę CaCO₃ na 1 milion cząsteczek roztworu.

Twardość wody użytkowej

Typowa twardość wody użytkowej (kranowej) wynosi ok. 10 °n. Woda poniżej 3 °n jest uważana za miękką, zaś woda powyżej 30 °n jest uważana za twardą:

• bardzo miękka: <75 mg CaCO₃/dm³
• miękka: 75–150 mg CaCO₃/dm³
• średnio twarda: 150–300 mg CaCO₃/dm³
• twarda: 300–500 mg CaCO₃/dm³
• bardzo twarda: >500 mg CaCO₃/dm³

Twardość wody pitnej wg norm polskich powinna wynosić 60–500 mg CaCO₃/dm³