Жесткость воды естественных водоемов колеблется в очень широких пределах. Мягкой обычно бывает вода в водоемах, питаемых атмосферными осадками, в тех случаях, когда грунт в них лишен солей, содержащих кальций, а также в болотах с водой, обладающей кислой реакцией (особенно торфяных, расположенных на возвышенностях). Высокая жесткость воды характерна для большинства грунтовых вод, а также для водоемов с грунтом из пород, содержащих кальций.

В большинстве водоемов наблюдаются резкие сезонные изменения жесткости. Так, в средней полосе к концу зимы жесткость воды обычно повышается, а после таяния снега резко снижается; летом во время «цветения» водоемов жесткость также значительно снижается.

Наблюдается и географическая разница в жесткости воды, объясняющаяся химическим составом материнских пород; в Ленинграде, например, вода отличается большой мягкостью (2–3°), в Москве вода более жесткая (4–12° в зависимости от сезона и района), а в Одессе — жесткая (12° и выше).

Жесткость воды имеет очень большое значение в жизни рыб. С одной стороны, соли магния и в особенности кальция совершенно необходимы для построения скелета и всего организма рыб, с другой стороны, для нормального развития половых продуктов и нормальной жизнедеятельности рыб необходима определенная жесткость, и именно в тех пределах, которые свойственны водоемам родины того или иного вида рыб.

Согласно ГОСТу, жесткость воды выражают в миллиграмм-эквивалентах кальция или магния на 1 л воды. 1 мг-экв жесткости соответствует содержанию 20,04 мг/л кальция или 12,16 мг/л магния. Однако в практике промыслового и аквариумного рыбоводства жесткость обычно выражают в градусах. Русский и немецкий градусы равны 0,35 663 мг-экв/л, французский — 0,19 982, английский — 0,28 483, американский — 0,01 998 мг-экв/л.

В аквариумной практике принято употреблять следующие обозначения: 0–4 русских градуса — очень мягкая вода, 4–8° — мягкая, 8–12° — вода средней жесткости, 12–18° — жесткая, 18–30° — очень жесткая, сверх 30 русских градусов — исключительно жесткая вода.

Определение общей жесткости с помощью трилона Б. Этот метод отличается простотой и требует значительно меньше времени, чем обычные объемные или весовые методы определения содержания кальция и магния. С помощью трилона Б определяется сумма кальция и магния, а затем (если есть необходимость) производится определение содержания одного кальция или магния.

Трилон Б представляет собой натриевую соль этилен-диаминотетрауксусной кислоты в виде мелкого порошка белого цвета. Это соединение образует с ионами кальция и магния прочные комплексы. Если в воду, содержащую растворенные кальций и магний, добавить индикатор, дающий окраску с этими ионами, а затем титровать из бюретки трилоном Б, то произойдет изменение окраски раствора (рис. 65). По количеству пошедшего на титрование трилона Б можно рассчитать содержание кальция и магния.

Метод применим для определения жесткости воды, содержащей не более 0,5 мг-экв/л кальция и магния. Московская водопроводная вода имеет в различных районах города жесткость, колеблющуюся в пределах от 2,25 до 4,5 мг-экв/л, так что в данном случае пробу воды более 100 мл брать не рекомендуется.

В качестве индикатора при титровании употребляется эриохром черный Т. Необходимо учитывать, что индикатор меняет свою окраску не только от изменения концентрации ионов кальция и магния, но и от рН раствора, поэтому в титруемый раствор добавляют буферную смесь (NH₄0H+NH₄Cl), поддерживающую рН около 10.

Ход анализа

1. В коническую колбочку емкостью 200–250 мл отмеряют 50 мл анализируемой воды.

2. К воде приливают 5 мл буферной смеси и 10–15 капель индикатора (эриохром черный Т) до появления интенсивного вишнево-красного цвета.

3. При непрерывном помешивании пробу титруют раствором трилона Б. Вначале, по мере прибавления трилона Б, вишнево-красный цвет переходит в лиловый. После этого титрование следует проводить медленнее. Окончание титрования устанавливается по появлению синего цвета с зеленоватым оттенком.

Содержание кальция и магния (общая жесткость) вычисляется по формуле

X=Vx0,05x1000/V1 мг-экв/л

где V — количество миллилитров трилона Б, пошедшего на титрование; 0,05 — нормальность трилона; 1000 — пересчет на 1 л воды; V1 — объем исследуемой воды.

Для перевода в градусы жесткости следует полученную цифру умножить на 2,8.

Рис. 65. Бюретка и микробюретка для титрования

Реактивы

1. Раствор трилона Б. 0,05 н. раствор трилона Б получают в результате растворения 9,3 г трилона Б в дистиллированной воде с последующим доведением объема до 1 л в мерной колбе.

2. Буферный раствор 20 г химически чистой NH₄Cl растворяют в дистиллированной воде, добавляют 100 мл 20 %-ного раствора NH₄OH и доводят дистиллированной водой до 1 л.

3. Раствор индикатора 0,5 г эриохрома черного Т растворяют в 10 мл буферного раствора и доводят до 100 мл этиловым спиртом (96 %-ным).

Пользуясь указанной выше формулой, В. П. Дацкевич составил таблицу, дающую возможность без сложных расчетов получать результаты титрования в градусах жесткости. В табл. 4 нужно найти цифру, равную количеству миллилитров трилона Б, пошедших на титрование. В левой (вертикальной) графе находятся градусы жесткости, в верхней (горизонтальной) — десятые части градуса

Таблица составлена для анализа, проводимого в 100 мл воды 0,1 н. раствора трилона Б, либо 0,5 н. раствора трилона Б, но при 50 мл воды.

Таблица 4. Определения жесткости воды по расходу трилона Б

Для содержания и особенно разведения многих рыб водопроводная вода ряда городов Советского Союза недостаточно мягка и ее приходится в значительной степени смягчать. Основным методом смягчения воды является смешивание ее в определенных пропорциях с дистиллированной или дождевой водой. К сожалению, дождевой водой, как и водой из талого снега, в крупных промышленных центрах из-за загрязненности воздуха пользоваться нельзя. Только после 2–4-часового непрерывного выпадения атмосферных осадков воду можно использовать, да и то после фильтрования и длительного отстаивания. Известно несколько способов смягчения воды.

Первый способ основан на удалении устранимой жесткости. В результате кипячения в течение часа в большинстве случаев жесткость воды снижается вдвое. Для кипячения лучше употреблять эмалированную или стеклянную посуду. После охлаждения на воздухе или в холодной воде осторожно сливают ²/3 содержимого сосуда, остатки с выпавшим осадком выплескивают. Образовавшаяся со временем накипь удаляется со стенок сосуда слабым раствором соляной кислоты.

Второй способ более сложен, он требует определенного оборудования. Проще всего приобрести в магазине лабораторного оборудования готовый дистиллятор любого типа, но лучше газовый или электрический. Такие дистилляторы дают до 4 л/час. В случае отсутствия фабричного дистиллятор легко изготовить самим, используя 3–5-литровую колбу и водяной холодильник, который можно заменить двумя стеклянными трубками разного диаметра, но желательно большой длины (70–100 см). Такие дистилляторы дают воды до 1,5 л/час. Вода, полученная этим способом, имеет жесткость до 1–2°. Дистиллированную воду можно приобрести и в аптеке.

Третий способ наиболее эффективен и экономичен. Он осуществляется химическим обессоливанием с помощью ионитов. Соли, кислоты и щелочи в воде находятся в виде ионов: катионов и анионов. Например, поваренная соль NaCI в виде катиона натрия Na+ и аниона хлора Cl- (плюс — знак катиона, минус — знак аниона).

Некоторые вещества, встречающиеся в природе, но в основном синтезированные искусственно, обладают способностью удерживать на своей поверхности различные ионы и при известных условиях обменивать их с большой скоростью на другие ионы, содержащиеся в растворе. Такие вещества называют ионитами или ионообменниками, чаще ионообменными смолами (обычно неправильно). Иониты, способные к обмену катионов, именуются катионитами; иониты, способные к обмену анионов, — анионитами.