水質硬度

水質密度是應用化學的術語系統，是根據使用天然水及其溶解成分的需要而發展起來的。

在水化學中，術語水質濃度描述了溶解在水中的堿土金屬陽離子的摩爾濃度，在特殊情況下，還描述了相關的陰離子伙伴。 這些“硬化劑”主要包括鈣和鎂陽離子以及鍶和鋇離子，它們通常僅以痕量存在。 這些溶解的所謂硬化劑可以形成難溶的化合物，包括溶解在水中的二氧化碳的相應碳酸鹽和溶解的脂肪酸或表面活性劑的所謂石灰皂。 這種形成難溶于水的化合物的趨勢是考慮溶解在飲用水中的堿土金屬的原因，這導致了圍繞水質密度的概念和理論體系的出現。

雨水被認為是柔軟的，仍然是手洗衣服的首選。 被認為較硬的泉水或井水更有可能避免使用，因為硬水中溶解的礦物質比例高，導致肥皂越來越多地絮凝成不溶于水的石灰皂。 這樣結合起來的肥皂部分就失去了清潔作用。 同時，生成的石灰皂使洗過的衣物變灰，并使晾衣繩上晾干后的衣物變硬變硬。 通過使用軟水洗滌，可以在很大程度上避免這些不良影響。

雨水是“蒸餾水”，天然不含礦物質，只有落到地表時被沖刷出空氣或自身凝結的空氣成分和空氣雜質。 這就是為什么雨水是軟水。 在地下有花崗巖、片麻巖和玄武巖等結晶巖石的地區，雨水只能提取少量易溶的礦物質，地下水為軟水。 與巖石接觸不多的地表水也被認為是軟水。

軟水對所有應用來說都更便宜，

• 加熱水的地方，
• 用于洗滌，
• 用于澆灌室內植物或對石灰敏感的植物（沼澤植物）等。

然而，缺點可能是洗滌劑中的強泡沫和肥皂 z 的可去除性差。

與鈣質巖石（如石灰石、大理石或白云石）接觸，雨水能溶解更多的礦物質，成為硬水。

• 它會增加電器、加熱器和熱水器中的水垢，
• 損害洗滌過程（增加洗滌劑和清潔劑的需求和消耗），這導致了軟水劑的發展（用于洗碗機、機器洗碗洗滌劑、洗衣粉等）
• 影響某些食品和飲料（例如茶和咖啡）的味道和外觀，具體取決于硬度。

當水通過含碳酸鹽巖的土壤和巖石和/或含水層時，在碳酸的幫助下溶解碳酸鹽，形成可溶性碳酸氫鹽（HCO3），從而發生水質硬度。

所有溶解的堿土金屬（然后以碳酸鹽、硫酸鹽、氯化物、亞硝酸鹽、硝酸鹽和磷酸鹽的形式存在）被稱為總硬度，僅與碳酸結合的比例稱為碳酸鹽硬度（也稱為碳酸鹽硬度或暫時硬度或暫時硬度） )，兩者之差為非碳酸鹽硬度（xxx硬度或xxx硬度）。

水質硬度的主要部分是碳酸鹽硬度，因此對水質硬度特別重要。

所有堿土金屬和混合碳酸鹽都會發生相同的反應和平衡：SrCO3、BaCO3……碳酸鹽硬度對應于陰離子碳酸氫鹽 (H二氧化碳）。

鎂離子和鈣離子也可以通過其他溶解過程進入水中，例如溶解石膏礦物 (CaSO4 × 2 H2O)。 在極端情況下，來自含石膏層的地下水可以達到石膏的飽和濃度，對應于 78.5 °fH 或 44 °dH 的硬度。

酸性降水中所含的酸被稱為酸雨，會導致碳酸鹽巖溶解后總硬度增加。 硫酸 (H2SO4) 是在含硫燃料燃燒過程中通過二氧化硫和亞硫酸的形成而產生的，而硝酸 (HNO3) 是在特別熱的燃燒過程中通過氮氧化物的中間階段形成的，主要涉及. 在過去的幾十年里，空氣污染控制措施（例如煙氣脫硫和車輛催化轉化器以及發電廠的 DeNox 系統）xxx減輕了這些負擔。

當土壤中的植物物質（死根、落葉、犁過的莖）腐爛或施用農業肥料時，其中所含的氮最初以銨 (NH4) 的形式釋放。 隨后是細菌氧化過程，即所謂的xxx作用。 銨首先被氧化成亞硝酸 (HNO2)，最后氧化成硝酸 (HNO3)（也可以進一步反xxx成 N2）。 這種硝酸溶解了石灰中的硬化劑——如果粘土礦物中沒有石灰——那么植物就無法再使用這些硬化劑。 出于這個原因，農業上使用的貧石灰土壤有變酸的危險。 在這些情況下，需要施石灰。 碳酸鹽再次豐富，可能是地下水硬度增加的部分原因。

在受農業活動影響的地下水中，硬度可升至超過 30 °fH 或 17 °dH，在個別情況下甚至超過 40 °fH 或 23 °dH。 這是由于增加的碳酸形成和增加的xxx作用。

只有當大氣中含有鈣質塵埃顆粒時，雨水才能特別吸收硬化劑。 因此，雨水的硬度通常接近于零。 飲用水大壩和高山湖泊，即使在石灰質地區，如果其集水區覆蓋的地理區域較小且雨水主要從地表流入，也往往含有低硬度的水。

水質密度的特征在于并依賴于各種耦合化學平衡反應的系統。 除了反應平衡外，還包括各種堿土金屬離子與相關碳酸鹽和硫酸鹽沉淀產物（方解石、白云石、重晶石、石膏等）之間的溶解度平衡。 二氧化碳-碳酸-碳酸鹽系統的溶解平衡和離解平衡也是耦合的。

當 CO2 遇到（雨水）水時，超過 99% 的二氧化碳僅以物理方式溶解，只有不到 1% 的二氧化碳在平衡反應中與水分子發生化學反應（此處有解釋），具體取決于溫度，形成碳酸（ H2CO3)，因此水溶液呈微酸性反應。

C O 2 + H 2 O ? H 2 C O 3 {\displaystyle \mathrm {\ CO_{2}+H_{2}O\ \rightleftharpoons \ H_{2}CO_{3}} } 。

形成的碳酸 H2CO3 與碳酸氫鹽 (HCO3) 離子和氧鎓 (H3O) 離子處于平衡反應。

H 2 C O 3 + H 2 O ? H C O 3 ? + H 3 O + {\displaystyle \mathrm {\ H_{2}CO_{3}+H_{2}O\ \rightleftharpoons \ HCO_{3}^{\, -}+H_{3}O^{+}} }

碳酸氫根離子HCO3在水中進一步離解形成碳酸根離子CO3

H C O 3 ? + H 2 O ? C O 3 2 ? + H 3 O + {\displaystyle \mathrm {\ HCO_{3}^{\,-}+H_{2}O\ \rightleftharpoons \ CO_{3}^{ \,2-}+H_{3}O^{+}} }

在水中，這些平衡反應主要發生在二氧化碳一側（然后二氧化碳主要物理溶解在水中），并且僅在很小程度上形成碳酸氫根離子。

在水化學中，溶解的 CO2 通常與實際酸 H2CO3 化合為游離碳酸，其平衡反應產物碳酸鹽和碳酸氫鹽的總和為化合碳酸。

碳酸鈣本身幾乎不溶于純水。 溶解度僅為每升14毫克，碳酸根離子溶解為碳酸氫根離子。