Гидрохимия воды

Важными аспектами качества воды являются рН, общее солесодержание и жесткость. Эти показатели влияют на органолептичекие свойства питьевой воды и, в случае высокой жесткости, на пригодность воды для использования в хозяйственно-бытовых целях.

Активная реакция воды рН, или водородный показатель

Молекулы воды имеют свойство диссоциировать (распадаться) на катионы водорода Н+ и анионы гидроксила ОН-. Ионы в воде являются носителями кислотных (Н+) или щелочных свойств (ОН-). Если щелочные и кислотные ионы содержатся в равных количествах, то вода реагирует «нейтрально».

Значение рН (pondushydrogenii - водородный показатель) характеризует концетрацию ионов Н+ и вычисляется по формуле: рН= -lg Н+.

Водородный показатель нейтральной воды обозначается как рН = 7. В кислой воде этот показатель ниже 7, в щелочной - выше 7. Значение рН может быть изменено добавлением веществ изменяющих концентрацию ионов водорода. Например, все кислоты растворяются в воде обязательно с образованием иона Н+, уменьшая значение рН, т.е. подкисляя воду.

Измеряется рН или водородный показатель воды при помощи индикаторов среды либо с помощью специальных приборов - рН-метров.

От величины pH сильно зависит развитие и жизнедеятельность водных растений. В аквариуме желательно иметь слабокислую воду с рН = 6,5...6,8. При потреблении CO2 растениями высвобождаются ионы ОН-, т.е. вода подщелачивается. Содержание ионов водорода в воде определяется в основном количественным соотношением концентраций угольной кислоты и ее ионов. Источником ионов водорода также являются также гумусовые кислоты.

Жесткость воды

Понятие жёсткости воды появилось давно из-за важного значения для народного хозяйства. Жесткая вода образует накипь на стенках нагревательных котлов и труб, чем существенно ухудшает их теплотехнические характеристики. Жесткая вода мало пригодна для стирки, плохо мылится. Жесткость – это очень важный параметр для аквариумной воды.

Жесткость воды, указанная в аквариумной литературе -это GH ( от немецкого Gesamthaerte, или по английски - GeneralHardness). GH обусловленна присутствием в воде катионов щёлочноземельных металлов, в первую очередь - это катионы кальция (Ca2+) и магния (Mg2+). Катионы бериллия, стронция и бария незначительно влияют на жёсткость воды в силу их малого количества.

1 ppm ( part per million ) = 1 мг/кг = 1 мг/л

Различают постоянную, временную и общую жесткость.

Постоянную жесткость вода приобретает при растворении сульфатов, хлоридов и некоторых других солей кальция и магния. В этом случае в воде наряду с катионами Ca²⁺ и Mg²⁺ имеются анионы SO₄^2-, Cl^- и др. При кипячении воды эти катионы и анионы не реагируют друг с другом и остаются в воде (в осадок не выпадают), отсюда произошло название - постоянная жесткость.

Временная жесткость связана с присутствием в воде катионов Ca²⁺, Mg²⁺, Fe²⁺ и гидрокарбонатных анионов HCO^3-. Карбонатная жесткость обусловлена присутствием в воде в основном гидрокарбонатов кальция и магния, она почти полностью устраняется при кипячении воды. Гидрокарбонаты при этом распадаются в осадок при этом выпадают карбонат кальция и гидроксид магния. Временную жёсткость часто называют карбонатной жёсткостью.
При кипячении воды гидрокарбонатные анионы вступают в реакцию с катионами и образуют с ними малорастворимые карбонатные соли, которые выпадают в осадок (CaCO3 - известь, накипь), отсюда и название - "временная" жёсткость.

Ca²⁺ + 2HCO^3- = CaCO₃ + H₂O + CO₂

Некарбонатная жесткость обусловлена присутствием кальциевых и магниевых солей серной, соляной, азотной кислот и при кипячении не устраняется.

Общая жесткость GH (или TH) - это сумма временной и постоянной жесткостей, т.е. суммарное количество разных солей кальция и магния.

Кроме понятия жесткости, широко применяетсяпонятие минерализация воды, которая охватывает присутствие в воде всех солей. Разница между этими двумя понятиями существенная. К примеру, минерализацию можно поднять, растворив в воде любую соль. Например, использовать для этой цели поваренную соль (хлорид натрия – NaCl). Растворение в воде поваренной соли увеличивает минерализацию, но жесткость не поднимает (!), т.к. жесткость связана с растворенными в воде солями кальция и магния.

TDS - общее количество растворенных в воде солей

Точным способом определения TDS является выпаривание воды и взвешивание сухого остатка. Однако, такой способ сложен, требует точных весов. Поэтому применяется метод измерения проводимости воды. Основные неорганические ионы, составляющие TDS в обычной воде - это кальций, магний, натрий, железо, марганец, хлорид, бикарбонат, сульфат и нитрат. Любое растворенное в воде вещество влияет на электропроводность. Зная TDS, можно оценить, насколько вода в аквариуме далека от дистиллированной.

TDS тестер весьма полезен в аквариумном хозяйстве. Такой тестер обязательно нужен при использовании обессоленной с помощью RO фильтра (обратный осмоc) воды. Принцип работы системы обратного осмоса можно посмотреть здесь.Точности TDS тестера достаточно бытовых пользователей систем обратного осмоса, аквариумистов,  для специалистов по охране окружающей среды, биологов и технологов.

Минерализацию воды характеризует удельная электропроводность - EC (Electrical conductivity). ЕС измеряется в мкСм/см (микроСименсы на сантиметр).

Для приблизительной оценки минерализации (содержание солей в мг/л ) используют эмпирическое соотношение:

В этой формуле EC измеряется в мкСм/cм.

Величина коэффициента (0,64) колеблется в зависимости от типа воды в диапазоне 0,55…0,75.

Удельная проводимость абсолютно чистой воды равна 0,05 мкСм/cм (теория), в реальности такой воды не существует.

TDS = 400 · 0,64 = 256 мг/л = 256 ppm.

Некоторые модели тестеров могут показывать результаты измерений не только мкСм/см, но и в ppm (мг/л).