Успейте опубликовать статью: прием статей до 20 апреля , публикация выпуска 30 апреля
Теория и практика науки и образования №3 (3) май 2026 г.
Химические науки
Препринт
11.05.2026
Определение карбонатной жёсткости воды
Автор
Шадиева Ашат Исаевна
Библиографическое описание
Шадиева А. И. Определение карбонатной жёсткости воды // Теория и практика науки и образования. — 2026. — № 3 (3). — URL: https://smart-science.net/arhiv/3/5/
Теория и практика науки и образования №3 (3) май 2026 г.
⏳ Препринт · Файл будет доступен после публикации выпуска
Аннотация
Данная научная статья посвящена сравнительному количественному анализу карбонатной жесткости питьевой воды, отобранной из систем централизованного водоснабжения сельских поселений Средние Ачалуки и города Моздока, а также лечебно-столовой минеральной (природной) воды «Ачалуки». Актуальность исследования обусловлена необходимостью контроля качества водных ресурсов для оценки их влияния на здоровье человека и функциональное состояние бытовой техники. В ходе исследования применялся метод объемного титрования раствором соляной кислоты в присутствии метилового оранжевого, позволяющий точно определить концентрацию гидрокарбонат-ионов в пробах. Полученные экспериментальные данные демонстрируют существенное различие минерализации в зависимости от источника: установлено, что минеральная вода обладает наиболее высокими показателями временной жесткости, в то время как водопроводная вода исследуемых регионов демонстрирует чуть менее низкие значения, которые в то же время превышают действующие санитарные нормы. Сравнительный анализ выявил региональные геохимические особенности формирования состава подземных вод, что позволяет рекомендовать использование специфических методов водоподготовки для каждого изученного типа воды.
Ключевые слова
карбонатная жесткость
временная жесткость
гидрокарбонат-ионы
Средние Ачалуки
Моздок
минеральная вода
титриметрический анализ
качество воды
водопроводная вода
Abstract
This scientific article is devoted to a comparative quantitative analysis of the carbonate hardness of drinking water taken from the centralized water supply systems of the rural settlements of Sredniye Achaluki and the city of Mozdok, as well as the therapeutic and canteen mineral (natural) water "Achaluki". The relevance of the study is due to the need to control the quality of water resources to assess their impact on human health and the functional state of household appliances. During the study, the method of volumetric titration with hydrochloric acid solution in the presence of methyl orange was used, which makes it possible to accurately determine the concentration of bicarbonate ions in samples. The experimental data obtained demonstrate a significant difference in mineralization depending on the source: it was found that mineral water has the highest indicators of temporary hardness, while tap water in the studied regions shows slightly lower values, which at the same time exceed the current sanitary standards. A comparative analysis revealed regional geochemical features of the formation of groundwater composition, which makes it possible to recommend the use of specific water treatment methods for each type of water studied.
Keywords
carbonate hardness
temporary hardness
bicarbonate ions
Medium Achaluks
Mozdok
mineral water
titrimetric analysis
water quality
tap water
Введение
Вода — уникальное вещество, играющее фундаментальную роль в поддержании жизни на Земле. Её исключительные физико-химические свойства, обусловленные способностью образовывать водородные связи, обеспечивают протекание жизненно важных биохимических процессов в организмах. Являясь универсальным растворителем, вода служит основной средой для большинства химических реакций, однако природная вода редко встречается в чистом виде: она содержит множество растворенных солей и примесей, определяющих её качество.
Одним из важнейших показателей состава воды является жёсткость — совокупность химических и физических свойств, обусловленных содержанием в ней катионов кальция и магния. В структуре жёсткости особое место занимает карбонатная составляющая, обусловленная присутствием карбонатных и бикарбонатных ионов. Этот показатель критически важен как для качества питьевой воды, так и для её использования в быту. Повышенная жёсткость способствует интенсивному образованию накипи в системах отопления и водоснабжения, что приводит к порче оборудования и дополнительным энергозатратам. Кроме того, длительное употребление «жёсткой» воды может негативно сказываться на здоровье человека, провоцируя развитие заболеваний внутренних органов.
Таким образом, исследование карбонатной жесткости позволяет решить комплекс задач – от экологического мониторинга до разработки промышленных стандартов.
Цель исследования: определение карбонатной жёсткости воды. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
Гипотеза: показатели карбонатной жесткости воды в исследуемых образцах будут существенно различаться в зависимости от методов получения и способа подготовки воды.
Одним из важнейших показателей состава воды является жёсткость — совокупность химических и физических свойств, обусловленных содержанием в ней катионов кальция и магния. В структуре жёсткости особое место занимает карбонатная составляющая, обусловленная присутствием карбонатных и бикарбонатных ионов. Этот показатель критически важен как для качества питьевой воды, так и для её использования в быту. Повышенная жёсткость способствует интенсивному образованию накипи в системах отопления и водоснабжения, что приводит к порче оборудования и дополнительным энергозатратам. Кроме того, длительное употребление «жёсткой» воды может негативно сказываться на здоровье человека, провоцируя развитие заболеваний внутренних органов.
Таким образом, исследование карбонатной жесткости позволяет решить комплекс задач – от экологического мониторинга до разработки промышленных стандартов.
Цель исследования: определение карбонатной жёсткости воды. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
- отобрать три пробы воды в соответствии с требованиями для отбора проб.;
- провести необходимые лабораторные работы;
- систематизировать сведения о различных жесткостях в пробах;
- проанализировать полученные данные и дать вывод.
Гипотеза: показатели карбонатной жесткости воды в исследуемых образцах будут существенно различаться в зависимости от методов получения и способа подготовки воды.
Материалы и методы исследования
Для определения карбонатной жёсткости воды в лабораторных условиях были использованы классические титриметрические методы, регламентированные ГОСТ 31954-2012 «Вода питьевая. Методы определения жёсткости». Эти методы характеризуются достаточной точностью при относительной простоте выполнения и доступности реактивов, что делает их оптимальными для рутинного анализа.
Определение карбонатной жёсткости основано на титровании пробы воды стандартным раствором соляной кислоты известной концентрации. В качестве индикатора применяли метиловый оранжевый, изменяющий окраску от жёлтой к оранжево-розовой или иногда бледно-розовой при pH 4,3, что соответствует точке эквивалентности реакции нейтрализации гидрокарбонат-ионов. Объём пробы для титрования составлял 100 мл, концентрация соляной кислоты — 0,1 моль/л (0,1 н.). Титрование проводили медленно, при постоянном перемешивании взбалтыванием, до появления устойчивого оранжево-розового, сохраняющегося не менее 30 секунд.
Расчёт карбонатной жёсткости производили по формуле:
Определение карбонатной жёсткости основано на титровании пробы воды стандартным раствором соляной кислоты известной концентрации. В качестве индикатора применяли метиловый оранжевый, изменяющий окраску от жёлтой к оранжево-розовой или иногда бледно-розовой при pH 4,3, что соответствует точке эквивалентности реакции нейтрализации гидрокарбонат-ионов. Объём пробы для титрования составлял 100 мл, концентрация соляной кислоты — 0,1 моль/л (0,1 н.). Титрование проводили медленно, при постоянном перемешивании взбалтыванием, до появления устойчивого оранжево-розового, сохраняющегося не менее 30 секунд.
Расчёт карбонатной жёсткости производили по формуле:
где V — объём кислоты, израсходованной на титрование (мл), N — нормальность кислоты, Vводы — объём пробы воды (мл). Результат выражали в миллиграмм-эквивалентах на литр (мг-экв/л).
Все измерения проводили в трёхкратной повторности для обеспечения статистической достоверности результатов. Относительная погрешность метода не превышала 5%.
Для исследования брались пробы воды из разных источников: водопроводная из Средних Ачалуков, колодезная из системы водоснабжения Моздока и минеральная вода «Ачалуки». Набор проб воды осуществлялся по всем правилам, предъявляемых данному процессу.
Для анализа были отобраны три образца воды, представляющие различные типы водоснабжения и гидрогеологические условия формирования химического состава. Образец №1 — водопроводная вода из центральной системы водоснабжения села Средние Ачалуки, источником которой является артезианская скважина глубиной 180 м, эксплуатирующая верхнемеловой водоносный горизонт, с температурой 17℃. Образец №2 — вода из системы водоснабжения города Моздок (Республика Северная Осетия–Алания), расположенного в 45 км к северу от Ингушетии в зоне степных ландшафтов, температура которой составила 13℃. Образец №3 — минеральная (природная) вода «Ачалуки», добываемая из скважины глубиной 450 м и реализуемая в качестве лечебно-столовой воды с температурой 29℃ на момент забора воды.
Отбор проб проводился в начале апреля 2026 года в соответствии с требованиями ГОСТ Р 51592-2000. Воду отбирали в предварительно промытые дистиллированной водой полиэтиленовые бутыли объёмом 1 литр, которые заполняли до краёв, исключая контакт с воздухом. Анализ выполняли в день отбора проб для предотвращения изменений гидрохимического состава.
Все измерения проводили в трёхкратной повторности для обеспечения статистической достоверности результатов. Относительная погрешность метода не превышала 5%.
Для исследования брались пробы воды из разных источников: водопроводная из Средних Ачалуков, колодезная из системы водоснабжения Моздока и минеральная вода «Ачалуки». Набор проб воды осуществлялся по всем правилам, предъявляемых данному процессу.
Для анализа были отобраны три образца воды, представляющие различные типы водоснабжения и гидрогеологические условия формирования химического состава. Образец №1 — водопроводная вода из центральной системы водоснабжения села Средние Ачалуки, источником которой является артезианская скважина глубиной 180 м, эксплуатирующая верхнемеловой водоносный горизонт, с температурой 17℃. Образец №2 — вода из системы водоснабжения города Моздок (Республика Северная Осетия–Алания), расположенного в 45 км к северу от Ингушетии в зоне степных ландшафтов, температура которой составила 13℃. Образец №3 — минеральная (природная) вода «Ачалуки», добываемая из скважины глубиной 450 м и реализуемая в качестве лечебно-столовой воды с температурой 29℃ на момент забора воды.
Отбор проб проводился в начале апреля 2026 года в соответствии с требованиями ГОСТ Р 51592-2000. Воду отбирали в предварительно промытые дистиллированной водой полиэтиленовые бутыли объёмом 1 литр, которые заполняли до краёв, исключая контакт с воздухом. Анализ выполняли в день отбора проб для предотвращения изменений гидрохимического состава.
Результаты исследования и их обсуждение
При титровании образца №1 (водопроводная вода с. Средние Ачалуки) на нейтрализацию 100 мл воды потребовалось 19,5 мл 0,1 н. раствора соляной кислоты. Расчёт карбонатной жёсткости показал:
Жк = (19,5 × 0,1/100) × 1000 = 19,5 мг-экв/л.
Это значение соответствует верхней границе гигиенических нормативов для питьевой воды и указывает на интенсивное взаимодействие подземных вод с карбонатными породами мелового возраста. Такая жёсткость объясняется длительным временем контакта воды с водовмещающими породами и достаточно высоким содержанием углекислого газа, повышающим растворяющую способность воды.
Образец №2 (вода из Моздока) показал более низкие значения. На титрование 100 мл воды ушло 12,6 мл 0,1 н. HCl, что соответствует карбонатной жёсткости:
Жк = (12,6 × 0,1/100) × 1000 = 12,6 мг-экв/л.
Меньшая жёсткость моздокской воды объясняется иными гидрогеологическими условиями. Водоснабжение Моздока осуществляется из аллювиальных отложений долины Терека, где интенсивный водообмен и меньшая минерализация подземных вод обусловлены более высокой скоростью фильтрации и смешением с речными водами во время паводков.
Минеральная вода «Ачалуки» (образец №3) продемонстрировала самые высокие значения карбонатной жёсткости. На титрование 100 мл воды потребовалось 84,8 мл 0,1 н. соляной кислоты, откуда:
Жк = (84,8 × 0,1/100) × 1000 = 84,8 мг-экв/л.
Столь высокая карбонатная жёсткость обусловлена формированием воды на значительной глубине в зоне интенсивной трещиноватости и карстования (явление, связанное с растворением природными водами горных пород) карбонатных толщ, при повышенном парциальном давлении углекислого газа, поступающего из глубинных источников по зонам тектонических нарушений. Эта вода относится к категории лечебных и не предназначена для постоянного употребления без медицинских показаний.
Жк = (19,5 × 0,1/100) × 1000 = 19,5 мг-экв/л.
Это значение соответствует верхней границе гигиенических нормативов для питьевой воды и указывает на интенсивное взаимодействие подземных вод с карбонатными породами мелового возраста. Такая жёсткость объясняется длительным временем контакта воды с водовмещающими породами и достаточно высоким содержанием углекислого газа, повышающим растворяющую способность воды.
Образец №2 (вода из Моздока) показал более низкие значения. На титрование 100 мл воды ушло 12,6 мл 0,1 н. HCl, что соответствует карбонатной жёсткости:
Жк = (12,6 × 0,1/100) × 1000 = 12,6 мг-экв/л.
Меньшая жёсткость моздокской воды объясняется иными гидрогеологическими условиями. Водоснабжение Моздока осуществляется из аллювиальных отложений долины Терека, где интенсивный водообмен и меньшая минерализация подземных вод обусловлены более высокой скоростью фильтрации и смешением с речными водами во время паводков.
Минеральная вода «Ачалуки» (образец №3) продемонстрировала самые высокие значения карбонатной жёсткости. На титрование 100 мл воды потребовалось 84,8 мл 0,1 н. соляной кислоты, откуда:
Жк = (84,8 × 0,1/100) × 1000 = 84,8 мг-экв/л.
Столь высокая карбонатная жёсткость обусловлена формированием воды на значительной глубине в зоне интенсивной трещиноватости и карстования (явление, связанное с растворением природными водами горных пород) карбонатных толщ, при повышенном парциальном давлении углекислого газа, поступающего из глубинных источников по зонам тектонических нарушений. Эта вода относится к категории лечебных и не предназначена для постоянного употребления без медицинских показаний.
Таблица 1
Результаты экспериментального определения жёсткости воды
| Образец воды | Карбонатная жёсткость (мг-экв/л) |
| Водопроводная (с. Средние Ачалуки) | 19,5 |
| Привозная-водопроводная (г. Моздок) | 12,6 |
| Минеральная «Ачалуки» | 84,8 |
| Норматив СанПиН (питьевая вода) | 7 (для централизованного водоснабжения); 10 (для нецентрализованного водоснабжения (колодцы, скважины)) |
Полученные данные подтверждают региональную проблему повышенной жёсткости подземных вод в предгорной зоне Ингушетии. Водопроводная вода из села Средние Ачалуки превышает норматив по общей жёсткости на 178,6%, что требует срочного внедрения технологий умягчения в системе централизованного водоснабжения. Сравнительно более благоприятная ситуация в Моздоке объясняется использованием источников с более интенсивным водообменом.
Проведённое исследование позволило комплексно оценить состояние проблемы карбонатной жёсткости воды в Республике Ингушетия и получить экспериментальные данные, подтверждающие актуальность этой проблемы для региона.
Экспериментальная часть подтвердила гипотезу о повышенной жёсткости воды в системе централизованного водоснабжения села Средние Ачалуки. Определённое титриметрическими методами значение карбонатной жёсткости 19,5 мг-экв/л на 178,6% превышает норматив. Сравнительный анализ с водой из Моздока показал, что различные гидрогеологические условия формирования химического состава могут приводить к значительным различиям жёсткости даже в пределах одного региона. Минеральная вода «Ачалуки» ожидаемо продемонстрировала самые высокие значения жёсткости (84,8 мг-экв/л), что соответствует её статусу лечебной воды.
Результаты исследования обосновывают необходимость модернизации систем водоподготовки в Ингушетии с внедрением технологий умягчения, а также разработки региональной программы мониторинга качества питьевой воды.
***
- «Лугансквода»: на пути к водной независимости / Воронцова Л. // XXI ВЕК : общественно-политическая газета, еженедельная. — 2015.
- Алексеев В. Н. Количественный анализ / В. Н. Алексеев. — М. : Химия, 1972. — С. 16–34, 204 с.
- Аналитическая химия промышленных сточных вод. — М., 1984.
- Белянин В. Жизнь, молекула воды и золотая пропорция, наука и жизнь / В. Белянин. — 2004. — № 10.
- Бердоносов С. С., Менделеев Е. А. Химия. Новейший справочник. — М. : Махаон, 2006. — 223 с.
- Васильев В. П. Аналитическая химия. Кн. 1: Титриметрические и гравиметрические методы анализа. — М. : Дрофа, 2005.
- Крешков А. П., Ярославцева А. А. Курс аналитической химии. Количественный анализ. — М. : Химия, 1982.
- Кульский Л. А. Основы химии и технологии воды. — Киев : Наукова Думка, 1991. — 568 с.
- Питьевая вода и здоровье / О. А. Матальгина // Дошкольная педагогика. — 2010. — № 2. — С. 4–8.
- Посыпайко В. И., Васина Н. А. Аналитическая химия и технический анализ / В. И. Посыпайко. — М. : Высшая школа, 1979.
- Руководство по химическому анализу поверхностных вод суши / под ред. [б. и.]. — Л., 1977.
- Чен Т. Х., Раткевич Е. Ю., Алферова Е. А. Методика определения общей жесткости воды / Т. Х. Чен, Е. Ю. Раткевич, Е. А. Алферова. — М. : Дрофа, 1998. — С. 80.
- Государственный доклад о состоянии санитарно-эпидемиологического благополучия населения в Республике Ингушетия за 2024 год. — URL: https://06.rospotrebnadzor.ru/sites/default/files/gosudarstvennyy_doklad_o_sostoyanii_sanitarno-epidemiologicheskogo_blagopoluchiya_naseleniya_v_respublike_ingushetiya_za_2024_0.pdf
- Жесткость воды и способы ее устранения. — URL: https://spravochnick.ru/himiya/zhestkost_vody_i_sposoby_ee_ustraneniya/#metody-ustraneniya-zhestokosti-vody
- Жёсткость воды // Википедия. — URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Жёсткость_воды
- Мягкая и жёсткая вода. — URL: https://cgon.rospotrebnadzor.ru/naseleniyu/gramotnyy-potrebitel/myagkaya-i-zhyestkaya-voda/
📝
Опубликуйте свою статью
Препринт в течение 3-5 рабочих дней после оплаты.
Справка о публикации и электронная версия журнала включены.