Tvrdost přírodních vod

Tvrdost je tvořena solemi vápníku a hořčíku. Vápník v přírodní vodě takřka vždy převažuje.

Zahříváním (varem) se rozpustné hydrogenuhličitany vápenatý a hořečnatý mění na normální nerozpustné uhličitany – vzniká vodní kámen :

Ca(HCO₃)₂     ->     CaCO₃     +     H₂O     +     CO₂

Mg(HCO₃)₂     ->     MgCO₃     +     H₂O     +     CO₂

Současně může částečně vykrystalovat (u velmi tvrdé vody) málo rozpustný síran vápenatý CaSO₄.2H₂O (sádra), jehož rozpustnost s teplotou klesá.

Vodní kámen se vylučuje také působením sody (u měkkých vod málo, u tvrdých více) :

   Ca(HCO₃)₂     +     Na₂CO₃     ->     CaCO₃     +     2  NaHCO₃   (=hydrogenuhličitan sodný)

  Mg(HCO₃)₂     +     Na₂CO₃     ->     MgCO₃     +     2  NaHCO₃

Uhličitanový vodní kámen se rozpouští ve zředěných kyselinách (i organických, jako je octová, citronová, vinná, obtížněji ve šťavelové). Rozkladem přitom vznikají bublinky oxidu uhličitého.

Jednotky tvrdosti vody

Tradičně se tvrdost ve střední Evropě udává ve stupních německých.

1°N (v německé verzi „dH“) je definován jako 10 mg/l oxidu vápenatého CaO.

1°francouzský je definován jako 10 mg/l uhličitanu vápenatého CaCO₃,

Mezinárodní dohody předpokládají uvádí tvrdost v milimolech na litr (mmol/l, mmol.l^-1). Vyjímečně přežívá ještě jednotka mval/l.

1 mmol/l odpovídá 56 mg/l CaO (56 je molekulová hmotnost CaO).

Vztah mezi jednotkami:

1 mmol/l     =     5,6 °N     =     2 mval/l
1 mval/l      =     2,8 °N     =     0,5 mmol/l
1 °N      =      0,18 mmol/l     =    0,36 mval/l 

Stanovení tvrdosti 

Stanovení tvrdosti se provádí titračně – v laboratoři pomocí skleněné byrety, v provoze postačí zjednodušená titrace po kapkách z kapací lahvičky.

Z praktického hlediska se zvláště v minulosti rozlišovaly dvě tvrdosti, a to podle stálosti:

• Tvrdost uhličitanová (přechodná), kterou lze varem odstranit. Je to ta část iontů Ca⁺² a Mg⁺², která je ekvivalentní obsahu hydrogenuhličitanového anionu HCO₃^– v dané vodě. Pro některé technologické účely se dosud někdy tato tvrdost rozlišuje. Stanovuje se titrací kyselinou a odpovídá hodnotě alkality celkové a KNK-4,5. Tyto tři historicky vzniklé veličiny jsou totožné. Viz také kap. 9, Rozbor vody, hodnota KNK-4,5..
• Tvrdost síranová (stálá), kterou varem nelze odstranit. Je to ta část iontů Ca⁺² a Mg⁺², která odpovídá obsahu ostatních aniontů v dané vodě, hlavně je to anion SO₄^-2.

Při rozboru vody se dnes tvrdost stanovuje titrací chelatonem (komplexonem). Stanoví se  obsah Ca + Mg bez ohledu na aniony. Tento výsledek se dříve označoval jako tvrdost “celková“.