水的硬度是水質(zhì)參數(shù)的一個(gè)重要指標(biāo)，它反映了除鈉、鉀離子以外所有溶解在水中的金屬離子濃度的總和。硬水是含有高濃度礦物質(zhì)的水，尤其是含有高濃度的鈣和鎂。

  工業(yè)界為避免礦物質(zhì)在鍋爐、冷卻塔或其他處理水的設(shè)施中沉淀產(chǎn)生水垢而導(dǎo)致故障，經(jīng)常對(duì)水的硬度做監(jiān)測(cè)。日常生活中硬水會(huì)使肥皂及牙膏無(wú)法在水中起泡。

  水的硬度種類：概括地說(shuō)，水有暫時(shí)硬度和永久硬度兩個(gè)硬度，兩個(gè)硬度加起來(lái)，就是水的總硬度（total hardness）。

  暫時(shí)硬度：如果我們加石灰水（即氫氧化鈣，Ca(OH)2）進(jìn)硬水，或者把硬水煮沸，硬度出現(xiàn)下降的話，我們說(shuō)這些下降了的硬度稱為"暫時(shí)硬度"。這些方法都會(huì)使鈣、鎂、碳酸氫鹽（HCO3−）等令水變硬的物質(zhì)跑掉，或沉淀成固體物質(zhì)。

  煮沸方法

  其中，碳酸鈣（CaCO3）在水中的溶解度和溫度成反比，即是溶液越熱，就會(huì)有越多的碳酸鈣沉淀出來(lái)。

  加石灰
   

  亦因?yàn)榧訜釙r(shí)，會(huì)產(chǎn)生 CaCO3(s)。故此，如果自來(lái)水是硬水，在經(jīng)過(guò)熱水爐加熱之后會(huì)有白色沉淀物(CaCO3(s),MgCO3(s))堵塞出水口，時(shí)間累積后會(huì)有危險(xiǎn)。

  永久硬度：由于含有鈣離子或者鎂離子的硫酸鹽或氯化鹽（氯化物）而產(chǎn)生的硬度，叫做永久硬度。這些硬度雖然不能用煮沸及加石灰方法來(lái)減低，但可以用其他方法，如離子交換（ion exchange）降低。

  硬度的改變：如果水流過(guò)石灰，硬度就會(huì)增加；而如果流過(guò)泥煤，硬度就會(huì)下降。

  由于肥皂或清潔劑分子帶有一個(gè)鈉離子，遇到硬水中的鈣、鎂離子時(shí)，會(huì)拋棄本身的鈉離子而與鈣、鎂離子結(jié)合，造成新的分子沒(méi)有清潔作用，轉(zhuǎn)而累積變成水垢，因此需要更多的肥皂或清潔劑才能達(dá)到清潔效果。鍋爐或者熱水爐在鈣離子與鎂離子與碳酸根或者是硫酸根結(jié)合產(chǎn)生的水垢稱為鍋垢。

  水的硬度測(cè)定：水中硬度檢測(cè)常采用乙二胺四乙酸(EDTA)滴定法。

  取適量水樣，將pH調(diào)整至10.0±0.1，加入少量指示劑，如Eriochrome Black T或Calmagite，此時(shí)水溶液會(huì)呈現(xiàn)酒紅色(為指示劑與水中部分金屬離子形成錯(cuò)合物的顏色)。當(dāng)加入EDTA滴定液時(shí)，EDTA會(huì)與游離的鈣或鎂離子生成溶解性的錯(cuò)合物，當(dāng)水中所有的鈣和鎂均形成錯(cuò)合物后，再滴下的EDTA會(huì)搶走指示劑-金屬錯(cuò)合物中的金屬離子并釋出指示劑，而使溶液由酒紅色變成指示劑本身于pH10之下所顯現(xiàn)的藍(lán)色，此時(shí)即為滴定終點(diǎn)。

  與本滴定過(guò)程中必須有鎂離子存在方可產(chǎn)生正確的滴定終點(diǎn)，所以通常在緩沖溶液中會(huì)加入少量EDTA的鎂鹽，以供給足夠之鎂離子且無(wú)須做空白試驗(yàn)的校正。另外，若不添加鎂鹽時(shí)也可使用反滴定方法，用過(guò)量的EDTA與鈣離子生成較為穩(wěn)定的錯(cuò)合物，之后再使用鎂離子或鋅離子溶液進(jìn)行反滴定。

  實(shí)驗(yàn)中溶液pH值愈高，可增加終點(diǎn)辨色之靈敏度，但pH過(guò)高，會(huì)生成CaCO3與Mg(OH)2沉淀，另指示劑染料也會(huì)變色。故以EDTA滴定法測(cè)水中硬度，在pH 10.0±0.1可得滿意之結(jié)果，但滴定須在加入緩沖液后5分鐘內(nèi)完成，使CaCO3沉淀之趨勢(shì)降至最低。

  最后，由EDTA滴定用量換算求得水中硬度濃度，通常以mg CaCO3/L為單位表示。

  根據(jù)世界衛(wèi)生組織（WHO）所公布之硬水與軟水的基準(zhǔn)，依換算碳酸鈣之量為標(biāo)準(zhǔn)，0～60mg/L為軟水，60 ～120mg/L為中等程度的軟水，120～180mg/L為硬水，大于180mg/L為超硬水。

  由于自然水中除鈣、鎂離子外，其余的硬度離子存量不足3%，因此水的硬度通常定義為鈣、鎂離子的總和。在當(dāng)今的世界標(biāo)準(zhǔn)中，水的硬度通常分為6個(gè)等級(jí) (以CaCO3及德國(guó)度計(jì)算)，中國(guó)現(xiàn)行的水的硬度單位與德國(guó)一致。

  在日常生產(chǎn)及生活中，控制水的硬度對(duì)于產(chǎn)品品質(zhì)及人體健康都有著顯著的影響。例如：紡織與印染工業(yè)要求用水的水質(zhì)硬度低于3mmol/L，印染時(shí)水質(zhì)硬度應(yīng)低于0.35mmol/L。如果超過(guò)此硬度，水中的鈣、鎂鹽類會(huì)與肥皂發(fā)生作用，從而導(dǎo)致紡織品出現(xiàn)斑點(diǎn)、鮮艷度降低等問(wèn)題。對(duì)于飲用水，高硬度的水則會(huì)導(dǎo)致泡茶時(shí)口感不佳。嚴(yán)重時(shí)，水具有苦澀味，飲用后可能導(dǎo)致腸胃不適。

  參考資料：
 
  曾昭桓、陳秀卿...等15位.環(huán)境分析-原理與應(yīng)用

  臺(tái)灣: 環(huán)境分析學(xué)會(huì). 2012/04: 128–129 （中文）