Нужна ли мягкая вода

Всем хорошо известно, что если в воду поместить кусочек мыла и размешать, то образуется пена. В воде из различных источников этот процесс происходит по-разному. Иногда образование пены происходит очень быстро, она обильна и удерживается долго. Такая вода называется мягкой. Бывает, что пена образуется с большим трудом и только при внесении большого количества мыла. Это происходит в так называемой жесткой воде. Термины «мягкая» и «жесткая» вода отражают свойство воды, играющее важную роль в аквариумном рыбоводстве. Это жесткость воды.

Жесткость воды обусловлена растворенными в ней солями кальция и магния: чем больше в воде растворенных соединений, тем она жестче. Самая мягкая вода вообще не содержит растворенных солей кальция и магния. В природных водоемах такая вода не встречается, Получить воду, практически не содержащую солей, можно различными способами, например, путем перегонки, или дистилляции. Этот метод основан на следующем: вода при кипячении испаряется, пары улавливаются, конденсируются (т. е. вновь превращаются в жидкость) и, таким образом, образуется вода с пониженным содержанием растворенных веществ. Более подробно о способах удаления растворенных солей из воды будет рассказано в главе, которая посвящена подготовке воды для аквариума.

Какие же вещества обусловливают жесткость воды? Это карбонаты — соли кальция и магния: CaCO₃ и CaCO₃ гидрокарбонаты Ca(HCO₃)₂ и Mg(HCO₃)₂, сульфаты CaSO₄ и MgSO₄, хлориды CaCl₂ и MgCl₂. Набор веществ, содержащихся в воде, может быть самым различным, что обусловлено геологическими особенностями той местности, где расположен водоем.

Карбонаты кальция и магния относятся к веществам, которые очень мало растворяются в воде: при температуре 20°C в 1 л может раствориться 7 мг CaCO₃ и 270 мг CaCO₃. Однако этого достаточно, чтобы сделать воду жесткой.

Растворимость карбонатов кальция и магния существенно возрастает в присутствии углекислого газа, а этот газ, как известно, содержится в воздухе, который обычно пропускают через аквариум; его выделяют при дыхании рыбы и другие животные. В присутствии CO₂ протекают реакции:

CaCO₃ + СO₂ + H₂O = Ca(HCO₃)₂

MgСO₃ + СO₂ + H₂O = Mg(HCO₃)₂

В результате образуются хорошо растворимые в воде гидрокарбонаты кальция и магния. Как правило, именно эти соли, а не карбонаты, содержатся в жесткой воде.

Для жесткой воды обычно различают временную, или карбонатную, и постоянную, или некарбонатную, жесткость. Первая обусловлена присутствием в воде Ca(HCO₃)₂ и Mg(HCO₃)₂. Временной жесткость называется потому, что при кипячении гидрокарбонаты разлагаются, и образующиеся карбонаты кальция и магния в значительном количестве выпадают в осадок:

Ca(HCO₃)₂  ―^t→ CaCO₃↓ + CO₂ + H₂O

Mg{HCO₃)₂  ―^t→ CaCO₃↓ + CO₂ + H₂O

Выпадающий осадок образует так называемую накипь на стенках посуды, в которой кипятится вода. За счет кипячения и удаления гидрокарбонатов из воды она умягчается.

Постоянная жесткость обусловлена присутствием в воде сульфатов, хлоридов и некоторых других солей кальция и магния, которые не удаляются при кипячении. Сумма временной и постоянной жесткости дает общую жесткость воды.

Для количественной характеристики жесткости можно использовать значение концентрации ионов Са²⁺ и Mg²⁺ в воде в мг/л, однако в литературе по аквариумистике наибольшее распространение получили другие единицы жесткости.

В России и странах СНГ для выражения жесткости воды используются миллиграмм-эквиваленты (миллиэквиваленты) ионов кальция и магния, содержащиеся в 1л воды*. Одному миллиграмм-эквиваленту в литре (мг-экв/л) соответствует содержание в воде 20,04 мг/л Ca²⁺ или 12,16 мг/л Mg²⁺, т. е. жесткость в мг-экв/л (Ж) может быть рассчитана по формуле:

где x(Ca²⁺) и x(Mg²⁺) — концентрация в мг/л ионов кальция и магния соответственно.

* - Прим. В связи с принятием международной системы единиц СИ понятия «грамм-эквивалент» и «миллиграмм-эквивалент» были отменены. Однако, поскольку они все еще часто встречаются в литературе по аквариумистике и гидрохимии, мы сочли возможным использовать их в данной книге.

В аквариумной практике обычно выражают жесткость в так называемых немецких градусах. Один градус жесткости по этой шкале соответствует содержанию в 100 000 г воды 1 г оксида кальция CaO или 0,719 г оксида магния MgO. Для выражения жесткости в немецких градусах надо пересчитывать концентрацию ионов Са²⁺ и Mg²⁺ на концентрацию CaO и MgO по отношению молярных масс. Проведя такой расчет, легко получить, что 1 градус жесткости соответствует содержанию в воде 7,15 мг/л ионов Са²⁺ или 4,34 мг/л ионов Mg²⁺. Жесткость, выраженную в градусах, в дальнейшем мы будем обозначать символом dGH (в литературе встречаются различные обозначения: dH, GH, dGH и др.). В соответствии с вышеизложенным для расчета жесткости в градусах можно использовать формулу:

Как уже отмечалось раньше, общая жесткость dGH складывается из временной жесткости (обозначение dKH) и постоянной жесткости (dNKH),поэтому можно записать:

Если известна жесткость в мг-экв/л (Ж), то, используя переходной коэффициент, можно перейти к жесткости в градусах (dGH) и наоборот. Формулы для перерасчета выглядят так:

Кроме единиц жесткости, о которых мы рассказали, существуют также французские, английские и американские градусы жесткости, которые встречаются в литературе, особенно в той, которая издается в этих странах. Французский градус соответствует содержанию 10 мг карбоната кальция CaCO₃ в 1 л воды; английский — 1 грана (0,06482 г) CaCO₃ в 1 галлоне (4,546 л) воды; американский градус — 1 мг CaCO₃ в 1 л воды. Перейти от этих способов выражения жесткости воды к Ж (мг-экв/л) или к dGH можно, используя переходные коэффициенты, приведенные в табл. 7. Надо заметить, что существование различных единиц жесткости часто приводит к ошибкам в литературе и в любительских рекомендациях. Поэтому аквариумистам надо внимательно следить за тем, в каких единицах выражена жесткость воды.