硬水・軟水の「硬い」「軟らかい」は、触ったときの硬さではありません。水に含まれるカルシウムやマグネシウムの量を、決まった方法で数値にした「硬度」の大小を表しています。硬水でも液体であり、軟水だから氷が軟らかいという意味でもありません。
理科の資料には、硬度、蒸発残留物、食塩の濃さなど、水に溶けた成分についての異なる数値が出てきます。いずれも同じ「濃さ」とまとめると、計算が合っていても説明はずれます。まず表の列の名前を一つずつ確認しましょう。
硬度は、すべての成分の合計ではない
硬度では、主にカルシウムとマグネシウムを対象にして、その量を炭酸カルシウムに相当する量に換算して表します。単位にmg/Lと書かれていれば、水1L当たりの換算量です。炭酸カルシウムの白い粒が、その重さだけ水に浮いているという意味ではありません。
この「換算する」という部分は、少し難しく見えるかもしれません。しかし、ここで押さえたいのは、硬度の数値と、溶けている成分全部の重さを同一視しないことです。ナトリウムなど別の成分も含まれるので、硬度が低い水を「何も溶けていない水」と呼ぶことはできません。
透明なら同じ水、とは限らない
見た目が透明な二つの水でも、溶けている成分は異なることがあります。目に見える粒がないことは、溶けた物がない証拠にはなりません。味見をしなければ区別できないという話でもなく、成分表示や測定結果を用いて比べるのが今回の課題です。
硬度の高い水では、せっけんが泡立ちにくい傾向などが見られます。ただし、違う種類の洗剤を使ったり、振り方や水温を変えたりすれば、硬度以外の条件も結果に混ざります。泡の高さだけを見て、何mg/Lかを正確に決めることはできません。値を測るには、それに合う方法と比較の基準が必要です。
また、硬水・軟水を分ける数値には、資料ごとの分類があります。ある問題が境目を示しているなら、その定義を使います。境界の暗記より先に、どの分類を採用した表かを確かめる方が確実です。
例題1：等量を混ぜれば、中間になる？
硬度40mg/Lの水Aと、硬度160mg/Lの水Bを、それぞれ500mLずつ混ぜます。混合による体積変化、沈殿や蒸発はないものとします。混ぜた水の硬度はいくらですか。
答え・解説： 500mLは0.5Lです。硬度に対応する換算量はAが40×0.5＝20mg、Bが160×0.5＝80mg。合計100mgが1Lに含まれるので、硬度は100mg/Lです。同じ体積ずつだから、40と160の平均になっています。
ここで平均を使えるのは、等量を混ぜたからです。Aを900mL、Bを100mLなら、同じ答えにはなりません。数値を平均する前に、「何mLずつか」を確かめます。また、求めた100mgは換算量であり、カルシウムそのものが100mgあるという意味ではありません。
例題2：硬度だけで、成分の総量は決まる？
資料には、水Pの硬度が60mg/L、水Qが120mg/Lとありました。ある人は「Qに溶けているすべての成分の重さはPの2倍だ」と答えました。この表だけで、その結論を出せますか。
答え・解説： 出せません。硬度の値が2倍であることは読み取れますが、硬度が対象にする成分と、溶けている全成分は同じではないからです。PとQで他の成分の量がどう違うかが分からない以上、全成分の重さの比は決まりません。
「2倍」と言うときは、2倍になっている量の名前まで書きます。この例なら「硬度が2倍」です。「水が2倍濃い」と短くすると、何についての濃さなのかが消えてしまいます。これは硬度だけでなく、気体の割合や水溶液の濃度でも役立つ読み方です。
ろ過したら軟水になる、とは限らない
水をろ紙に通す操作は、溶けずに混ざった粒を取り除く場面で使います。溶けているカルシウムやマグネシウムが、普通のろ紙ですべて除かれるわけではありません。にごりがなくなったことと、硬度が下がったことは別に調べます。
同様に、沸かしたらどんな水でも硬度がゼロになる、と覚えないでください。加熱で起こる変化は含まれる成分や条件によって異なります。操作の名前だけから結果を決めるのではなく、資料が「何を取り除いた」と説明しているかを読みます。
水の見た目と成分は透明と無色の違いで、溶けた物と液体の分離は蒸留で考えられます。硬度を読むときも、見た目、溶けた成分、取り除けるものの三つを別々に整理すると、言葉の取り違えを防げます。