水的硬度最初是指鈣、鎂離子沉淀肥皂的能力。水的總硬度指水中鈣、鎂離子的總濃度，其中包括碳酸鹽硬度(即通過加熱能以碳酸鹽形式沉淀下來的鈣、鎂離子，故又叫暫時(shí)硬度)和非碳酸鹽硬度(即加熱后不能沉淀下來的那部分鈣、鎂離子，又稱永久硬度)。

水的硬度(也叫礦化度)是指溶解在水中的鈣鹽與鎂鹽含量的多少。含量多的硬度大，反之則小。1升水中含有10mmgCaO(或者相當(dāng)于10mmgCaO)稱為1度。軟水就是硬度小于8的水，如雨水，雪水，純凈水等;硬度大于8的水為硬水，如礦泉水，自來水，以及自然界中的地表水和地下水等。

硬水又分為暫時(shí)硬水和永久硬水。暫時(shí)硬水的硬度是由碳酸氫鈣與碳酸氫鎂引起的，經(jīng)煮沸后可被去掉，這種硬度又叫碳酸鹽硬度。永久硬水的硬度是由硫酸鈣和硫酸鎂等鹽類物質(zhì)引起的，經(jīng)煮沸后不能去除。以上兩種硬度合稱為總硬度。

當(dāng)水滴在大氣中凝聚時(shí)，會溶解空氣中的二氧化碳形成碳酸。碳酸最終隨雨水落到地面上，然后滲過土壤到達(dá)巖石層，溶解石灰(碳酸鈣和碳酸鎂)產(chǎn)生暫時(shí)硬水。一些地區(qū)的溶洞和溶洞附近的硬水就是這樣形成的。

什么是硬水

硬水有許多缺點(diǎn)：1.和肥皂反應(yīng)時(shí)產(chǎn)生不溶性的沉淀，降低洗滌效果。(利用這點(diǎn)也可以區(qū)分硬水和軟水)2.工業(yè)上，鈣鹽鎂鹽的沉淀會造成鍋垢，妨礙熱傳導(dǎo)，嚴(yán)重時(shí)還會導(dǎo)致鍋爐爆炸。由于硬水問題，工業(yè)上每年因設(shè)備、管線的維修和更換要耗資數(shù)千萬元。3.硬水的飲用還會對人體健康與日常生活造成一定的影響。沒有經(jīng)常飲硬水的人偶爾飲硬水，會造成腸胃功能紊亂，即所謂的“水土不服”;用硬水烹調(diào)魚肉、蔬菜，會因不易煮熟而破壞或降低食物的營養(yǎng)價(jià)值;用硬水泡茶會改變茶的色香味而降低其飲用價(jià)值;用硬水做豆腐不僅會使產(chǎn)量降低、而且影響豆腐的營養(yǎng)成分。

那么硬水毫無是處了嗎?不對，否則怎么會有那么多的人買礦泉水喝呢，鈣和鎂都是生命必需元素中的宏量金屬元素。我國規(guī)定：飲用水的硬度不得超過25度。

硬水經(jīng)過處理后可以轉(zhuǎn)化為軟水。下面介紹硬水軟化的三種主要方法：

1.煮沸法(只適用于暫時(shí)硬水)

煮沸暫時(shí)硬水時(shí)的反應(yīng)：

Ca(HCO3)2 =CaCO3 ↓+H2O+CO2↑

Mg(HCO3)2 =MgCO3↓+H2O+CO2↑

由于CaCO3不溶，MgCO3 微溶，所以碳酸鎂在進(jìn)一步加熱的條件下還可以與水反應(yīng)生成更難溶的氫氧化鎂：

MgCO3 +H2O = Mg(OH)2 ↓+CO2↑

由此可見水垢的主要成分為CaCO3和Mg(OH)2

2. 石灰——純堿法(工業(yè)用)

在這種方法中，暫時(shí)硬度加入石灰就可以完全消除，HCO3-都被轉(zhuǎn)化成CO32-。而鎂的永久硬度在石灰的作用下會轉(zhuǎn)化為等物質(zhì)的量的鈣的硬度，最后被去除。反應(yīng)過程中，鎂都是以氫氧化鎂的形式沉淀，而鈣都是以碳酸鈣的形式沉淀。

Ca2+(aq) --石灰-蘇打法--> CaCO3(s)

Mg2+(aq)--石灰-蘇打法--> Mg(OH)2(s)

3.離子交換法

這種方法中用到的離子交換劑，有無機(jī)和有機(jī)兩種。無機(jī)離子交換劑，如沸石等;有機(jī)離子交換劑包括：碳質(zhì)離子交換劑——磺化酶，陰陽離子交換樹脂等，而且一般的離子交換劑在失效后還可以再生。

采用特定的陽離子交換樹脂，以鈉離子將水中的鈣鎂離子置換出來，由于鈉鹽的溶解度很高，所以就避免了隨溫度的升高而造成水垢生成的情況。這種方法是目前最常用的標(biāo)準(zhǔn)方式。主要優(yōu)點(diǎn)是：效果穩(wěn)定準(zhǔn)確，工藝成熟?？梢詫⒂捕冉抵?。采用這種方式的軟化水設(shè)備(軟水機(jī))一般也叫做“離子交換器”(由于采用的多為鈉離子交換樹脂，所以也多稱為“鈉離子交換器”)，即軟水機(jī)原理。

軟水機(jī)主要是通過離子交換樹脂去除水中的鈣、鎂離子，降低水質(zhì)硬度。軟水與自來水相比，有極明顯的口感和手感，軟水含氧量高，硬度低，可有效防止結(jié)石病，減輕心、腎負(fù)擔(dān)，有益健康。