硬度 (水)

ファイル:Calcium carbonate.jpg

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、水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

単に硬度といえば、通常は総硬度のことである。

総硬度

各種塩の総濃度。

一時硬度

炭酸塩（炭酸カルシウムと炭酸マグネシウム）の濃度。煮沸すると沈殿するので「一次」という。

永久硬度

硫酸塩（硫酸カルシウムと硫酸マグネシウム）や塩化物（塩化カルシウムと塩化マグネシウム）の濃度。煮沸では取り除けないので「永久」という。

カルシウム硬度

カルシウム塩の濃度。

マグネシウム硬度

マグネシウム塩の濃度。

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、実際は倍のモル数の炭酸水素塩や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

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)	塩	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。

例

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 × <math>\tfrac{100.087}{100.087}</math> ÷ 1 = 100
• ドイツ硬度 = 100 × <math>\tfrac{56.077}{100.087}</math> ÷ 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 × <math>\tfrac{100.087}{100.087}</math> + 100 × <math>\tfrac{100.087}{84.32}</math>} ÷ 1 = 218.699
• ドイツ硬度 = {100 ×<math>\tfrac{56.077}{100.087}</math> + 100 ×<math>\tfrac{56.077}{84.32}</math>} ÷ 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

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。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。

水の分類

硬度の値によって、硬水や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。

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

ヨーロッパの水はほとんどが硬水であり、一方日本の水は軟水が多い（沖縄県は硬水が多いが、他の地域はほぼ軟水か中軟水である）。硬水は日本人の口には合わないとされ、水道水の硬度は100以下に抑えられていることが多い。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) やヴィッテル (Vittel) の硬度は300を超え、WHOの基準では「非常な硬水」に属する。同じフランスのミネラルウォーターでも、ボルヴィック (Volvic) は軟水である。

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）を析出しやすい為、灰汁の出る料理に適している。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。

関連項目

• 酒造用水（日本酒造りに用いられる水）
• ミネラルウォーターテンプレート:Chem-stub