Теоретична частина

Твердість води зумовлена наявністю солей кальцію і магнію. Розрізняють карбонатну і некарбонатну твердість, перша зумовлена гідрокарбонатами, друга - переважно хлори­дами і сульфатами кальцію і магнію. Карбонатну твердість ще називають тимчасовою, або усувною, оскільки під час кип'ятіння гідрокарбонати руйнуються і випадають в осад карбонати і гідроксокарбонати:

Са(НСО₃)₂ СаСО₃↓ + Н₂O + СО₂↑;

Mg(HCO₃) MgCO₃↓ + H₂O + СО₂↑;

2Mg(HCO₃)₂ (MgOH)₂CO₃↓ + Н₂O + 3СО₂↑,

хоча цілком позбутися карбонатної твердості неможливо через значну розчинність гідроксокарбонату магнію (MgOH)₂CO₃. Саме утворення малорозчинних карбонатів (значно меншою мірою сульфатів та інших солей кальцію і магнію) призводить до утворення накипу в чайниках, бойлерах, трубах і котлах парового опалення, теплообмінному облад­нанні, що завдає значних економічних збитків внаслідок забивання труб і необхідності їх заміни або промивання розчинами кислот, зниження їх ефективності.

У твердій воді ускладнюються процеси миття й прання, збільшується витрата мила через утворення пластівців нерозчинних солей кальцію і магнію.

У водоймах із м'якою водою (до 20 мг/л СаСО₃) дія отруйних неорганічних сполук проявляється при нижчих концентраціях, ніж у водоймах із твердою водою (хлориду кадмію - при 0,6 мг/л і 73,5 мг/л; сульфату купруму - 0,02 і 1,8; сульфату берилію – 0,14 і 20,3 мг/л відповідно).

Некарбонатну (сталу) твердість усувають додаванням карбонату чи фосфату натрію, які осаджують катіони кальцію і магнію у вигляді нерозчинних солей, наприклад:

MgSO₄ + Na₂CO₃ = MgCO₃↓ + Na₂SO₄;

3СаСl₂ + 2Na₃PO₄ = Са₃(РO₄)₂↓ + 6NaCl.

У природні води сульфати й хлориди потрапляють під час дренування площ із гірськими породами, що містять гіпс, зі скидами неочищених стічних вод, змивами хлоридів кальцію і натрію, якими взимку посипають тротуари для запобігання утворенню крижаних корок.

Кількісно твердість води виражають у ммоль·екв. йонів Са²⁺ і Mg²⁺ в 1 л води. 1 ммоль·екв. твердості відповідає 20,04 мг Са²⁺, 12,16 мг Mg²⁺ або 50 мг СаСО₃ (табл. 3).

Таблиця 3. Типи природних вод за твердістю

Тип води	ммоль екв/л	Твердість
		Са2+, мг/л	Mg2+, мг/л	СаС03, мг/л
Дуже м'яка	0-1,5	0-30,06	0-18,24	0-75,00
М'яка	1,5-3,0	30,06-60,12	18,24-36,48	75,00-150,00
Середньо-тверда	3,0-4,5	60,12-90,18	36,48-52,72	150,00-225,00
Досить тверда	4,5-6,5	90,18-130,26	52,72-79,04	225,00-325,00
Тверда	6,5-11,0	130,26-220,44	79,04-131,76	325,00-550,00
Дуже тверда	>11,0	>220,44	>131,76	>550,00

Чинними санітарними нормами передбачено, що твердість питної води не має перевищувати 250 мг/л СаСО₃, а твердість понад 500 мг/л СаСО₃ вважається небезпечною для здоров'я.

Твердість води визначають комплексометричним методом. Пробу води не консервують, твердість визначають упродовж 2 діб з часу відбору проби на аналіз.

Метод грунтується на взаємодії катіонів Кальцію і Магнію з трилоном Б в аміачному буферному розчині (рН~9,5) з утворенням внутрішньокомлексних сполук (за наявності металохромних індикаторів). Чутливість методу 0,001 ммоль·екв/л.

Катіони важких металів перешкоджають визначенню, тому їх попередньо осаджують у вигляді малорозчинних сполук чи зв'язують у стійкі комплекси (маскують).

Досліджувана вода має бути прозорою (каламутну воду заздалегідь фільтрують). Мастило, яке знебарвлює індикатор, також видаляють фільтруванням. Титрування виконують за кімнатної температури. Початкове значення рН аналізованої проби води має становити 4,3, оскільки лише при цьому аміачний буферний розчин забезпечує необхідний рН = 9,5.