硬水

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硬水 (hard water)
國立臺灣師範大學化學系葉名倉教授責任編輯

硬水是具有高含量礦物質 (與軟水相比較下)的水。硬水通常由鈣(Ca2+)組成,鎂(Mg2+) 離子,或是其他物質:例如碳酸氫鹽類和硫酸鹽類的化合物。鈣通常以碳酸鈣(CaCO3)所構成石灰岩或粉筆,或以其他礦物沈積形成硫酸鈣的形式的進入水中。鎂最顯著來源是白雲石(CaMg(CO3)2)。硬水一般而言是沒有傷害性的。 判斷水硬度的簡單方法是藉由泡沫測試: 若是在軟水中,肥皂或者牙膏溶於水時經由激烈攪動,則容易形成泡沫:若在硬水中則不會有此現象發生。更精確的測量硬度方法可經由滴定來獲得。水的總硬度 (包括Ca2+和Mg2+離子)是以百萬分濃度或者重量/體積 (毫克/ L)的比例關係來說明碳酸鈣 (CaCO3)在水裡的含量。雖然水的硬度通常只測量鈣和鎂(兩個最主要的二價的金屬離子)的總濃度,但在一些特殊的地方鐵、鋁和錳離子也可能會較高的濃度存在。

通常我們是想要讓硬水軟化,因為硬水不容易在使用肥皂形成泡沫。當努力去產生泡沫時,在過程中肥皂會因而被浪費掉。硬水可經由處理減少對使用肥皂的影響使它更適於洗衣店、洗澡。 軟水器是利用陽離子或者離子交換原理來運作,利用鈉或鉀離子來替換硬度礦物質的離子,這可有效地把硬度礦物質的濃度降低到可接受的程度。

軟化家庭用水的最經濟的方法是利用離子交換軟水器。這個裝置利用氯化鈉(食鹽)使離子交換樹脂做成的小珠恢復離子交換能力,離子交換樹脂可將水中硬度礦物質離子交換成鈉離子流出。人造或者天然沸石也有此一功用。當硬水流經過小珠周遭時,硬度礦物質離子被優先吸收,而取代了鈉離子。這個過程被叫為離子交換。當小珠或者鈉沸石的鈉離子濃度較低時,它就失去離子交換功能,並且不能再用來軟化硬水。樹脂透過食鹽水的洗滌後可恢復離子交換的能力。較高濃度的鈉離子會影響水溶液中的離子和樹脂表面上離子間的平衡狀態,而可用鈉離子在樹脂或者沸石上代替硬度礦物質離子。

而經過此一步驟後的鹽水和礦物質離子經過沖洗後,樹脂就可以再重新使用。此循環可以重複很多次。 在工業上讓硬水軟化的過程會使用相同的方法,但是規模大得多。這些方法經過昂貴處理而得到大量帶有鹽分的水。 Ca(HCO3)2 → CaCO3 + CO2 + H2O 暫時硬水,指水中含有被碳酸氫鹽離子的情況,可藉由加熱沸騰使硬水軟化。例如,碳酸氫鈣,在暫時硬水內經常出現,可在水壺內加熱沸騰後使其硬度降低。在這過程中,水壺內側壁上的會有一層物質堆積,就是所謂的”水垢” 。這層物質是由碳酸鈣組成。 Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 → 2CaCO3 + 2H2O 石灰-蘇打法也可用來降低水的硬度。這個過程,在1841年由托馬斯‧克拉克發展出來,在硬水中添加熟石灰(氫氧化鈣Ca(OH)2)後可使硬水中的氫碳酸鹽類轉化成碳酸鹽類沈澱後,利用過濾法去除這些難溶的鹽類,其反應方程式如下:

Ca(HCO3)2+ Ca(OH)2 → 2CaCO3 + 2H2O Na2CO3 + CaSO4 → Na2SO4 + CaCO3 永久硬水(含有硫酸鈣)也可藉由添加碳酸鈉來軟化,鈣離子反應後會形成碳酸鈣沈澱和可溶的硫酸鈉。

形成的碳酸鈣下沉到底部。而鈉硫酸鹽對水的硬度沒有影響。

此反應方程式如下: Na2CO3 + CaSO4 → Na2SO4 + CaCO3

There is 1 comment for this article
  1. at 03:07:13

    高瞻自然科學教學資源平台 您好

    「硬水&肥皂之疑慮」問題請教:

    來自【 5047’s Cosmetics Blog:請停止宣導用家用廢油做肥皂了|http://l5047.pixnet.net/blog/post/101513645 】

    文中的一段話「況且台灣的水質硬度太高,對於使用皂化配方的清潔劑並不合適,洗後的皂垢是會附著在下水道的內壁上,少數人用還好,如果很多人用的話?是會提早讓排水系統提早報銷的…」

    換言之,由於我國「水質過硬」,
    所以任何「肥皂」都「避免使用」!?謝謝!!

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