Жесткость воды выражается в градусах жесткости (°dH) и определяется как количество миллиграммов карбонатных солей кальция и магния, содержащихся в 1 литре воды.

1 градус жесткости (°dH) соответствует содержанию 10 мг эквивалентов карбонатных и бикарбонатных ионов кальция и магния (Ca2+, Mg2+).

Дано: 1 мг азотнокислого кальция (Ca(NO3)2) в 1 л воды.

Молярная масса кальция (Ca) = 40,08 г/моль
Молярная масса азотной кислоты (HNO3) = 63,02 г/моль
Молярная масса карбоната кальция (CaCO3) = 100,09 г/моль

Азотнокислый кальций (Ca(NO3)2) распадается на ионы кальция (Ca2+) и ионы нитрата (NO3-).

Ионы кальция (Ca2+) в данном соединении будут соединяться с карбонатом и образовывать карбонат кальция (CaCO3), который и формирует жесткость воды.

Сначала найдем количество кальция (Ca2+), содержащегося в 1 литре воды:

1 мг азотнокислого кальция = 1/164 моль Ca(NO3)2
1 моль Ca(NO3)2 содержит 1 моль Ca2+
1 моль Ca(NO3)2 = 40,08 + 2 14,01 + 6 16 = 164,10 г/моль

Таким образом, в 1 л воды содержится:

1/164 * 40,08 = 0,2446 мг кальция

Теперь найдем жесткость воды в градусах:

1 мг CaCO3 = 1/100,09 ммоль CaCO3
1 градус жесткости = 10 мг CaCO3

1 мл воды содержит 0,2446 мг Ca2+, что соответствует:

0,2446/40,08 = 0,006104 ммоль Ca2+
0,006104/2 = 0,003052 ммоль CaCO3

Таким образом, жесткость воды равна 0,3052 градусов жесткости (°dH).

Для полного устранения жесткости воды необходимо добавить вещество, способное образовывать устойчивые комплексы с кальцием и магнием. Например, можно добавить этилендиаминтетрауксусную кислоту (EDTA).

Для полного устранения жесткости воды следует добавить EDTA в количестве, соответствующем мольному эквиваленту кальция и магния в 1 л воды, то есть 10 мг на литр.