水质硬度

水质密度是应用化学的术语系统，是根据使用天然水及其溶解成分的需要而发展起来的。

在水化学中，术语水质浓度描述了溶解在水中的碱土金属阳离子的摩尔浓度，在特殊情况下，还描述了相关的阴离子伙伴。 这些“硬化剂”主要包括钙和镁阳离子以及锶和钡离子，它们通常仅以痕量存在。 这些溶解的所谓硬化剂可以形成难溶的化合物，包括溶解在水中的二氧化碳的相应碳酸盐和溶解的脂肪酸或表面活性剂的所谓石灰皂。 这种形成难溶于水的化合物的趋势是考虑溶解在饮用水中的碱土金属的原因，这导致了围绕水质密度的概念和理论体系的出现。

雨水被认为是柔软的，仍然是手洗衣服的首选。 被认为较硬的泉水或井水更有可能避免使用，因为硬水中溶解的矿物质比例高，导致肥皂越来越多地絮凝成不溶于水的石灰皂。 这样结合起来的肥皂部分就失去了清洁作用。 同时，生成的石灰皂使洗过的衣物变灰，并使晾衣绳上晾干后的衣物变硬变硬。 通过使用软水洗涤，可以在很大程度上避免这些不良影响。

雨水是“蒸馏水”，天然不含矿物质，只有落到地表时被冲刷出空气或自身凝结的空气成分和空气杂质。 这就是为什么雨水是软水。 在地下有花岗岩、片麻岩和玄武岩等结晶岩石的地区，雨水只能提取少量易溶的矿物质，地下水为软水。 与岩石接触不多的地表水也被认为是软水。

软水对所有应用来说都更便宜，

• 加热水的地方，
• 用于洗涤，
• 用于浇灌室内植物或对石灰敏感的植物（沼泽植物）等。

然而，缺点可能是洗涤剂中的强泡沫和肥皂 z 的可去除性差。

与钙质岩石（如石灰石、大理石或白云石）接触，雨水能溶解更多的矿物质，成为硬水。

• 它会增加电器、加热器和热水器中的水垢，
• 损害洗涤过程（增加洗涤剂和清洁剂的需求和消耗），这导致了软水剂的发展（用于洗碗机、机器洗碗洗涤剂、洗衣粉等）
• 影响某些食品和饮料（例如茶和咖啡）的味道和外观，具体取决于硬度。

当水通过含碳酸盐岩的土壤和岩石和/或含水层时，在碳酸的帮助下溶解碳酸盐，形成可溶性碳酸氢盐（HCO3），从而发生水质硬度。

所有溶解的碱土金属（然后以碳酸盐、硫酸盐、氯化物、亚硝酸盐、硝酸盐和磷酸盐的形式存在）被称为总硬度，仅与碳酸结合的比例称为碳酸盐硬度（也称为碳酸盐硬度或暂时硬度或暂时硬度） )，两者之差为非碳酸盐硬度（xxx硬度或xxx硬度）。

水质硬度的主要部分是碳酸盐硬度，因此对水质硬度特别重要。

所有碱土金属和混合碳酸盐都会发生相同的反应和平衡：SrCO3、BaCO3……碳酸盐硬度对应于阴离子碳酸氢盐 (H二氧化碳）。

镁离子和钙离子也可以通过其他溶解过程进入水中，例如溶解石膏矿物 (CaSO4 × 2 H2O)。 在极端情况下，来自含石膏层的地下水可以达到石膏的饱和浓度，对应于 78.5 °fH 或 44 °dH 的硬度。

酸性降水中所含的酸被称为酸雨，会导致碳酸盐岩溶解后总硬度增加。 硫酸 (H2SO4) 是在含硫燃料燃烧过程中通过二氧化硫和亚硫酸的形成而产生的，而硝酸 (HNO3) 是在特别热的燃烧过程中通过氮氧化物的中间阶段形成的，主要涉及. 在过去的几十年里，空气污染控制措施（例如烟气脱硫和车辆催化转化器以及发电厂的 DeNox 系统）xxx减轻了这些负担。

当土壤中的植物物质（死根、落叶、犁过的茎）腐烂或施用农业肥料时，其中所含的氮最初以铵 (NH4) 的形式释放。 随后是细菌氧化过程，即所谓的xxx作用。 铵首先被氧化成亚硝酸 (HNO2)，最后氧化成硝酸 (HNO3)（也可以进一步反xxx成 N2）。 这种硝酸溶解了石灰中的硬化剂——如果粘土矿物中没有石灰——那么植物就无法再使用这些硬化剂。 出于这个原因，农业上使用的贫石灰土壤有变酸的危险。 在这些情况下，需要施石灰。 碳酸盐再次丰富，可能是地下水硬度增加的部分原因。

在受农业活动影响的地下水中，硬度可升至超过 30 °fH 或 17 °dH，在个别情况下甚至超过 40 °fH 或 23 °dH。 这是由于增加的碳酸形成和增加的xxx作用。

只有当大气中含有钙质尘埃颗粒时，雨水才能特别吸收硬化剂。 因此，雨水的硬度通常接近于零。 饮用水大坝和高山湖泊，即使在石灰质地区，如果其集水区覆盖的地理区域较小且雨水主要从地表流入，也往往含有低硬度的水。

水质密度的特征在于并依赖于各种耦合化学平衡反应的系统。 除了反应平衡外，还包括各种碱土金属离子与相关碳酸盐和硫酸盐沉淀产物（方解石、白云石、重晶石、石膏等）之间的溶解度平衡。 二氧化碳-碳酸-碳酸盐系统的溶解平衡和离解平衡也是耦合的。

当 CO2 遇到（雨水）水时，超过 99% 的二氧化碳仅以物理方式溶解，只有不到 1% 的二氧化碳在平衡反应中与水分子发生化学反应（此处有解释），具体取决于温度，形成碳酸（ H2CO3)，因此水溶液呈微酸性反应。

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 与碳酸氢盐 (HCO3) 离子和氧鎓 (H3O) 离子处于平衡反应。

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^{+}} }

碳酸氢根离子HCO3在水中进一步离解形成碳酸根离子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，这些平衡反应主要发生在二氧化碳一侧（然后二氧化碳主要物理溶解在水中），并且仅在很小程度上形成碳酸氢根离子。

在水化学中，溶解的 CO2 通常与实际酸 H2CO3 化合为游离碳酸，其平衡反应产物碳酸盐和碳酸氢盐的总和为化合碳酸。

碳酸钙本身几乎不溶于纯水。 溶解度仅为每升14毫克，碳酸根离子溶解为碳酸氢根离子。