原来水也不单纯

2019-01-04

农村青少年科学探究 2018年10期

硬水（Hard Water）是指含有较多可溶性钙、镁化合物的水，与之相对应的软水（Soft Water）则是指不含或含较少可溶性钙、镁化合物的水。硬水与人们的生产、生活关系比较密切，现对其相关知识做一简单介绍。

一、硬水的界定

我们知道，水的软硬主要取决于水中可溶性钙、镁化合物的含量。因此，水的硬度一般是指水中钙、镁离子浓度的总和，单位为毫摩尔每升（mmol/L）。通常，如果1 L水里含有10 mg氧化钙（CaO）或相当于10 mg氧化钙的物质[如7.1 mg氧化镁（MgO）]，那么这样的水的硬度就称为1度。一般硬度在0度～4度的水称为很软水，4度～8度的称为软水，8度～16度的称为中硬水，16度～30度的称为硬水，30度以上的则称为很硬水。另据世界卫生组织（WHO）定义，水的软硬程度取决于1 L水中钙离子和镁离子含量的多少，硬度小于120 mg/L的水为软水，超过120 mg/L的则为硬水。

二、硬水的形成

当水在大气中凝聚时，它溶解了空气中的二氧化碳，形成了一种叫做碳酸的弱酸。该酸最终随雨水落到地上，然后流过土壤上部到达岩石层，碳酸与岩石中的碳酸钙和碳酸镁发生化学反应，生成可溶性的碳酸氢钙和碳酸氢镁，当二者在水中达到一定含量时，就形成了硬水。

三、硬水的分类

硬水可以分为暂时硬水和永久硬水。暂时硬水通常涉及碳酸氢钙[Ca(HCO3)2]和碳酸氢镁[Mg(HCO3)2]，这两类可溶性碳酸氢盐可长期存在于水中，当气压或温度出现变化，使水分变成超饱和时，会形成沉淀物，附着在热表面或粗糙表面上，如管道和热交换器内，即形成水垢；永久硬水主要涉及硫酸钙（CaSO4）及硫酸镁（Mg-SO4）两种盐，它们虽然不会受到温度和气压变化的影响，但如水分被蒸发，依然会形成水垢。

四、软硬水的鉴别

方法1：肥皂水鉴别法。分别用两支洁净的试管取等量水样，再向两支试管中分别滴加等量肥皂水，振荡。泡沫多、浮渣少的水样为软水；反之，泡沫少、浮渣多的水样为硬水。

鉴别原理：肥皂的成分是硬脂酸钠（C17H35COONa），在水中硬脂酸钠发生电离，形成硬脂酸根离子（C17H35COO-）和钠离子（Na+）。一般硬水中存在大量的钙离子（Ca2+）和镁离子（Mg2+），而硬脂酸根离子会和镁离子和钙离子结合，生成硬脂酸镁[(C17H35COO)2Mg]和硬脂酸钙[(C17H35COO)2Ca]，硬脂酸钙和硬脂酸镁都是不溶于水的沉淀。因此，如果将硬水和肥皂水混合搅拌，则会出现沉淀，简单地说就是肥皂水被硬水反应掉了；相反，将等量的肥皂水加入等量的软水中并振荡后，剩余的肥皂水会较多。至此，我们也就不难理解二者的泡沫与浮渣多少的现象差异了。

方法2：加热鉴别法。取等量水样于两支洁净试管中，加热，在管壁内留下较多水垢的水样是硬水，水垢较少的水样是软水。

鉴别原理：因为硬水是含有较多的可溶性钙、镁化合物的水，加热后，这些可溶性的钙、镁化合物会转化成不可溶性的物质，因此沉淀多的是硬水，沉淀少的软水。

方法3：蒸发鉴别法。取一干净、干燥的玻璃片，然后分别在不同位置滴等量水样，待其完全蒸发后，白色残留物多的水样为硬水，反之为软水。

鉴别原理：因为硬水中含有较多的可溶性钙、镁化合物，待水分蒸发后，在玻璃片上残留的固体物质自然会较多，而软水则较少。

五、硬水的危害

硬水并不对健康造成直接危害，相反，根据英国国家研究院的研究，硬水质的饮用水富含人体所需矿物质成分，是人们补充钙、镁等元素的一种重要渠道。但是在其他方面硬水则会带来很多麻烦：在生活中，没有经常饮用硬水的人偶尔饮用硬水，会造成胃肠功能紊乱，即所谓的“水土不服”；用硬水烹调鱼肉、蔬菜，会因不易煮熟而破坏或降低食物的营养价值；用硬水泡茶会改变茶的色香味而降低其饮用价值；用硬水做豆腐不仅会使其产量降低，而且影响豆腐的营养成分，口感也欠佳；增湿器等设备使用硬水会造成管路阻塞、流量减小及寿命缩短；用硬水洗涤衣物会使肥皂和清洁剂的洗涤效率降低，长期用硬水洗涤全棉衣服或毛巾还会使其板结僵硬、颜色黯淡；长期用硬水会使洁白的浴缸或坐便器等设备泛黄，等等。在工业上，硬水有时会造成极大的危害甚至是危险，比如可能会导致工业锅炉积垢传热不良浪费能源，甚至因传热不匀而引起爆炸。