硬水

硬水（Hard water)

含有高含量礦物質的水稱為硬水（Hard water)。硬水主成分為鈣(Calcium)與鎂(Magnesium)這兩種金屬陽離子，兩者經常性的跟一些可溶性化合物有所關連，例如碳酸跟硫酸。鈣最常以碳酸鈣CaCO3(Calcium carbonate)這種化合物的形態進入水體，比如石灰石(Limestone)或白堊石(Chalk)，硫酸鈣CaSO4（Calcium sulfate)也常藉由各種沉澱物進入水體。鎂則是多半從白雲石（Dolomite-CaMg(CO3)2)溶入水中。

簡易測試硬水的方法是以肥皂來測試：肥皂或牙膏放入水中攪動後，在軟水中可以很輕易的起泡沫，但在硬水中則否。更精確的方法則要依賴化學滴定。多半以ppm（Parts per million)或是重量/體積（mg/L)來指名水體的整體硬度（Total water hardness）。雖然最常用來測量水硬度的是鈣跟鎂兩者的陽離子，但是在某些地質區域中，鐵（Iron)、鋁(Aluminium)以及錳(Manganese)含量也很有可能大幅度的提高。

硬水的總類
暫時硬度（Temporary hardness）

暫時硬度起因於鈣離子以及碳酸根離子的結合。可以藉由煮沸或是添加石灰-氫氧化鈣(Lime-Calcium hydroxide)來移除之。煮沸有助於重碳酸根（Bicarbonate)形成碳酸根離子(Carbonate)並且與鈣形成碳酸鈣的固體沈澱。在冷卻後，碳酸鈣從水體分離，水亦因此軟化。

下式為碳酸鈣溶解於水中後的反應式：

CaCO3(s) + H2CO3(aq) ⇋ Ca2+(aq) + 2HCO3-(aq)

在加熱的過程中，水中可溶解的CO2越少。於是當水中CO2越來越少的情況下，反應式便無法從左邊向右邊進行，也因此CaCO3無法快速的溶於水中。反之，反應被迫朝左式進行來重建反應式，接著固態的碳酸鈣就形成了。當碳酸鈣沈澱形成後，煮沸開水可以將硬度長久的移除。在冷卻後，假如有足夠多的時間的話，水體會再度攜入CO2，屆時反應便會往右邊進行，並允許碳酸鈣重新溶解於水中。

永久硬度（Permanent hardness）

永久硬度為無法藉由煮沸來移除出水中的礦物質。主要是因為會隨著水溫升高而溶解性大增的硫酸鈣/鎂或是氯化鈣/鎂在水體中的出現。儘管稱為永久硬度，依然可以用水質軟化劑（Water softner)或是離子交換柱(Ion exchange column)。離子交換柱可以憑藉著柱中的鈉（Sodium)離子來與水中的鈣跟鎂離子交換。

通常因為蒸發而使得硬水造成水垢(Limescale)。水垢會阻塞水管，損壞熱水器，讓茶壺或咖啡壺內形成一層茶垢，並且減少衛浴設備的壽命。

在工業設置中，水的硬度必須經常性的監控，避免沸水機、冷水塔以及其他水設備因損壞而導致成本增加。硬度可以藉由大幅度的添加化學藥劑、沸石（Zeolite)和離子交換樹脂（Ion exchange resins)來徹底的軟化。

硬度的分級

硬水儘管同時擁有鈣離子跟鎂離子，但測定硬度時會將鎂離子視同鈣離子而一起併入計算。因為兩者的莫耳濃度是一樣的，因此假如水中含有1.5mmol/L的鈣離子跟1mmol/L的錳離子視同水中含有2.5mmol/L的鈣離子含量（250.2ppm）。

由於水體中的酸鹼度、溫度以及其他礦物質的緣故，要描述水體硬度只依靠單一刻度來描述水的硬度是不夠的。但是我們依舊粗淺的對水體中礦物質含量的硬度做分級:

極軟水（Very soft water): 0-70 ppm, 0-4 dGH
軟水(Soft water): 70-140 ppm, 4-8 dGH
微硬水(Slightly hard water）: 140-210 ppm, 8-12 dGH
中度硬水（Moderately hard water）: 210-320 ppm, 12-18 dGH
硬水（Hard water）: 320-530 ppm, 18-30 dGH
極硬水（Very hard water）：530 ppm, 30 dGH

台灣自來水水質平均總硬度大約處在150ppm左右，換算成dGH為8.4043。
（1 dGH = 17.848 ppm）

然而根據各縣市自來水處理場的廠區所在地不同，會有總硬度80到200的極大差異。150ppm只是台灣整體的平均值。若要查詢自己家中自來水硬度大概多少，還是購買試劑測試比較準確些。

硬度計算機

台灣平均自來水水質