Độ cứng và độ kiềm trong nước tự nhiên là những chỉ số quan trọng phản ánh các đặc điểm chất lượng nước. Độ cứng chủ yếu đề cập đến tổng nồng độ của các ion canxi (CA²⁺) và các ion magiê (Mg²⁺) trong nước, trong khi độ kiềm chủ yếu được xác định bởi các ion bicarbonate (HCO₃⁻). Mối quan hệ giữa hai ảnh hưởng trực tiếp đến thành phần của muối hòa tan trong nước, và do đó phản ánh các tính chất hóa học của cơ thể nước. Theo tỷ lệ nồng độ của cả hai, nó có thể được chia thành ba tình huống sau:
1. Độ kiềm lớn hơn độ cứng (tính bằng mol/l)
Khi nồng độ HCO₃⁻ trong nước cao hơn một nửa tổng nồng độ của các ion canxi và magiê (tức là HCO₃⁻> ½ (Ca²⁺ + Mg²⁺)), nó chỉ ra rằng độ kiềm vượt quá đáng kể độ cứng. Tại thời điểm này, các ion canxi và magiê sẽ ưu tiên kết hợp với bicarbonate để tạo thành canxi bicarbonate (CA (HCO₃)) và magiê bicarbonate (Mg (HCO₃)). HCO₃⁻ còn lại kết hợp với các cation đơn trị như natri (Na⁺) và kali (K⁺) để tạo thành natri bicarbonate (NAHCO₃) và kali bicarbonate (KHCO₃).
Trong trường hợp này, độ cứng trong nước hoàn toàn bao gồm bicarbonate và không có độ cứng không carbonate (như muối canxi và magiê dưới dạng sunfat hoặc clorua). Ngoài ra, sự khác biệt giữa độ kiềm và độ cứng tương ứng với nồng độ bicarbonate của natri và kali. Độ kiềm dư thừa này được gọi là "độ cứng âm" hoặc "độ kiềm dư thừa", điều đó có nghĩa là có thêm bicarbonate trong nước không được tiêu thụ bởi canxi và magiê.
2. Độ kiềm bằng độ cứng (tính bằng mol/l)
Khi nồng độ HCO₃⁻ chính xác bằng một nửa tổng nồng độ của các ion canxi và magiê (tức là HCO₃⁻=(Ca²⁺ + Mg²⁺)), các ion canxi và magiê sẽ kết hợp với bicarbonate với hình thức canxi bicarbonate và magiê bicarbonate. Tại thời điểm này, các ion natri và kali không thể tạo thành bicarbonate, nhưng kết hợp với các ion sunfat (So₄²⁻) hoặc clorua (CL⁻) để tạo thành các muối trung tính như natri sulfate (Na₂so₄), kali sulfate (K₂so₄)
Trong trường hợp này, không có độ kiềm quá mức (độ cứng âm) cũng như độ cứng không carbonate trong nước. Độ cứng và độ kiềm hoàn toàn phù hợp, chỉ ra rằng nồng độ canxi và magiê chỉ được trung hòa bởi bicarbonate, và các anion khác chỉ được kết hợp với natri và kali.
3. Độ kiềm ít hơn độ cứng (tính bằng mol/l)
Khi nồng độ HCO₃⁻ nhỏ hơn một nửa tổng nồng độ của các ion canxi và magiê (tức là HCO₃⁻ <½ (Ca²⁺ + Mg²⁺)), các ion canxi và magiê trong nước không thể được trung hòa hoàn toàn bởi bicarbonate và phần còn lại sẽ kết hợp với các anion khác. Theo sự khác biệt về tỷ lệ canxi và magiê, tình huống này có thể được chia thành hai loại:
(1) Nước cứng canxi (tỷ lệ cao CA²⁺)
Nếu nồng độ ion canxi cao (½ca²⁺> HCO₃⁻), bicarbonate sẽ ưu tiên kết hợp với canxi để tạo thành canxi bicarbonate và các ion canxi còn lại sẽ kết hợp với sulfate để tạo thành canxi sulfate (caso₄). Đồng thời, vì các ion magiê không được trung hòa hoàn toàn, chúng sẽ tồn tại dưới dạng magiê sulfate (Mgso₄). Tại thời điểm này, có độ cứng không carbonate rõ ràng trong nước (như canxi sulfate và magiê sulfate), nhưng magiê bicarbonate (Mg (HCO₃) ₂) hoàn toàn không tồn tại.
(2) Nước cứng magiê (Mg²⁺ chiếm tỷ lệ cao)
Nếu nồng độ ion magiê cao (½ca²⁺ Trong cả hai trường hợp, miễn là độ kiềm ít hơn độ cứng, độ cứng không carbonate phải tồn tại trong nước, và natri và kali bicarbonat (như Nahco₃) hoàn toàn biến mất. Tóm tắt và phân tích Bằng cách so sánh mối quan hệ giữa độ cứng và độ kiềm, chúng ta có thể làm rõ thành phần và nguồn muối trong nước: Độ kiềm> Độ cứng: Canxi và Magiê trong nước tồn tại dưới dạng bicarbonate, kèm theo natri và kali bicarbonate (độ cứng âm). Độ kiềm=Độ cứng: canxi và magiê bicarbonat được trung hòa hoàn toàn và các muối khác được hình thành bởi các ion natri, kali và sulfate hoặc clorua. Độ kiềm <Độ cứng: Độ cứng không carbonate phải tồn tại và thành phần cụ thể phụ thuộc vào tỷ lệ nồng độ của canxi và magiê.
