硬度 (水)

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炭酸カルシウム。硬度を表す基準となる。

硬度 (こうど 英語: (Water) Hardness) は、に微量含まれるカルシウム (Ca) 塩やマグネシウム (Mg) 塩(あるいは同じことだがCaイオンやMgイオン)の質量をある方法で表現したもの。

本質的には質量濃度(質量 ÷ 体積)だが、1種類の塩に換算して質量濃度(質量 ÷ 体積)で表される。

硬度が低い水を軟水、高い水を硬水という。

種類[編集]

単に硬度といえば、通常は総硬度のことである。

つまり、

総硬度 = 一時硬度 + 永久硬度 = カルシウム硬度 + マグネシウム硬度

である。

なお、炭酸塩や硫酸塩が水に溶けると、実際は倍のモル数炭酸水素塩硫酸水素塩となるが、炭酸塩や硫酸塩が溶けていると説明することが多い。以下でもそのようにする。

計算法[編集]

日本では戦前はドイツ硬度が広く用いられていたが、戦後はアメリカ硬度を用いることが多い。

名称 記号 質量/体積 SI (kg/m3) 換算 種類
アメリカ硬度 mg/L, ppm mg/L 0.001 Ca塩とMg塩 CaCO3 総硬度
ドイツ硬度 °dH mg/100cm3 0.01 Ca塩とMg塩 CaO
フランス硬度 °f mg/100cm3 0.01 CaCO3 - Ca一時硬度
イギリス硬度(クラーク度) °E gr/gal 0.0142537675 CaCO3 -

例えばアメリカ硬度では、水中のカルシウム塩とマグネシウム塩の濃度(総硬度)を炭酸カルシウムに換算した値を、mg/L ( = g/m3) を単位として表す。

アメリカ硬度は特別の単位記号がなく、水溶液のw/v濃度を表す一般的な単位であるmg/Lやppmが使われる。

[編集]

炭酸カルシウムが100 mg/L 溶けた水の硬度は、次のとおりである。

  • アメリカ硬度 = 100 × ÷ 1 = 100
  • ドイツ硬度 = 100 × ÷ 10 = 5.603
  • フランス硬度 = 100 ÷ 10 = 10
  • イギリス硬度 = 100 ÷ 14.254 = 7.016

炭酸カルシウムと炭酸マグネシウムが100 mg/L ずつ溶けた水の硬度は、次のとおりである。

  • アメリカ硬度 = {100 × + 100 × } ÷ 1 = 218.699
  • ドイツ硬度 = {100 × + 100 ×} ÷ 10 = 12.253
  • フランス硬度 = 100 ÷ 10 = 10
  • イギリス硬度 = 100 ÷ 14.254 = 7.016

塩の量の換算[編集]

アメリカ硬度では、カルシウム塩・マグネシウム塩の量を炭酸カルシウム (CaCO3) の量に換算する[1]。それぞれの原子量はCa=40、Mg=24.3、分子量はCaCO3=100なので、カルシウム濃度・マグネシウム濃度からの計算は以下のようになる。

硬度 (mg/L) ≒ カルシウム濃度 (mg/L)×2.5 + マグネシウム濃度 (mg/L)×4.1

ドイツ硬度も同様だが、酸化カルシウム (CaO) の量に換算する[1]

水の分類[編集]

硬度の値によって、硬水軟水という名称で呼ばれる。世界保健機関 (WHO) の基準ではアメリカ硬度に従い以下の通り[2][3]

  • 軟水:0 - 60未満
  • 中程度の軟水(中硬水):60 - 120未満
  • 硬水:120 - 180未満
  • 非常な硬水:180以上

河川が比較的短い日本では、水が岩や土に接触する時間が短くミネラルの溶出が少ないため、軟水が多い[1]。ただし、沖縄県のサンゴ礁が隆起した地形の地域や、山口県の秋吉台のようなカルスト台地鍾乳洞のある地域では、炭酸カルシウムが溶解しており硬水が多い。日本では水道法に基づいて定められた水道水質基準(水質基準に関する省令(平成15年5月30日厚生労働省令第101号))において[4]、硬度(カルシウム、マグネシウム等)の基準値が300mg/L以下と定められている[5]。厚生省が設置した「おいしい水研究会」は1984年に「おいしい水」の要件のひとつとして硬度が10 - 100mg/Lであることを挙げており[3]、水質管理上留意すべき項目を定めた水質管理目標設定項目でも硬度の目標値を0 - 100mg/Lとしている[5][6][7]。沖縄県や山口県等の水道水の硬度が高い地域では、硬度を低減するために硬度低減化施設が設けられていることがある[8][9][10]

一方、石灰岩が多いヨーロッパでは、河川や地下水にミネラルが溶出しやすいため、ほとんどが硬水である[1]フランスの有名なミネラルウォーターであるエビアン(Evian) 、ヴィッテル(Vittel) 、ペリエ(Perrier) の硬度はいずれも300以上、コントレックス(Contrex) に至っては1,468に達する。しかしボルヴィック(Volvic) のような軟水も少ないながら存在する。

軟水は赤ちゃんのミルク作り、お茶やだし汁などに適している。硬水はミネラルウォーターの名の通り、ミネラル分の補給、また灰汁(あく)を析出しやすいため、昆布グルタミン酸鰹節イノシン酸の抽出を阻害するので和食には適さず、灰汁の出る料理に適している。酒造では醸造過程で硬水を使用するとミネラルが酵母の働きを活発にしてアルコール発酵すなわち糖の分解が速く進むので硬水で造れば醗酵の進んだ辛口の酒になり、逆に軟水を使用するとミネラルが少ないため酵母の働きが低調になり発酵がなかなか進まないので醗酵の緩い甘口の酒に仕上がる。醤油醸造には軟水の方が適する[11]

また、硬水は石鹸の泡立ちを抑えてしまう。特にアルカリ性の石鹸は成分が結合・凝固して増粘するため、すすぎで非常に苦労する。

また、中硬水は中軟水とも表記される場合がある。

脚注[編集]

関連項目[編集]

外部リンク[編集]