Іонний обмін у водопідготовці передбачає наявність інформації про кількість всіх іонів, які підлягають обміну – знання лише їх масової концентрації, що вимірюється в мг/л, недостатньо. Незважаючи на те, що в хімії води історично та географічно використовують різні одиниці вимірювання концентрації, найзручніше концентрацію іонів вимірювати в хімічно «еквівалентних» одиницях – у міжнародно прийнятих екв/кг, які традиційно перетворюються на зручніші гр-екв/л або, для малих концентрацій, мг-екв/л. Країни схильні до впливу США, вимірюють еквівалентну концентрацію в мг/л CaCO3.
Співвідношення таке:
1 мг-екв/л = 50 мг/лCaCO3.
Потрібно відзначити, що у завданнях іонного обміну, відображення молярної концентрації іонів у моль/л не дозволяє задіяти валентність, вносить додаткову плутанину та ускладнює розрахунки.
Співвідношення такі:
1 еквівалент = 1 моль/валентність.
1 моль = 6,02 х 1023 атомів, іонів або молекул (число Авогадро).
При цьому в Україні, Німеччині та ряді країн Центральної Східної Європи іноді замість мг-екв/л та гр-екв/л використовують mval/l та val/l.
Співвідношення такі:
1 мг-екв/л =1 mval/l = 1 ммоль/л • 1/z,
1 гр-екв/л =1 val/l = 1 моль/л • 1/z,
де z- валентність.
В підсумку:
1 mmol/L ⋅ 1/z = 1 meq/L = 1 mval/L = 1 мг-екв/л = 50 мг/л CaCO3.
Найбільш поширені у воді іони. Молярна та еквівалентна маса.
| Речовина | Іон / Валентність | гр/моль | гр/екв. |
| Кальцій | Ca2+ | 40 | 20 |
| Магній | Mg2+ | 24 | 12 |
| Натрій | Na+ | 23 | 23 |
| Калій | K+ | 39 | 39 |
| Амоній | NH4+ | 18 | 18 |
| Хлориди | Cl– | 35,45 | 35,45 |
| Фториди | F– | 19 | 19 |
| Сульфати | SO42- | 96 | 48 |
| Нітрати | NO3– | 62 | 62 |
| Гідрокарбонати | HCO3– | 61 | 61 |
| Карбонати | CO32- | 60 | 30 |
| Фосфати | PO43- | 95 | 31,6 |
У воді концентрацію іонів вимірюють мг-екв/л. Всі природні води мають іонний баланс – однакове поєднання катіонів і аніонів в мг-екв/л.
Приклади:
- Концентрація кальцію у воді = 120 мг/л, еквівалентна концентрація кальцію = 6 мг-екв/л (120 мг/л: 20 гр/екв = 6 мг-екв/л).
- Концентрація карбонатів у воді = 150 мг/л, еквівалентна концентрація карбонатів = 5 мг-екв/л (150 мг/л: 30 гр/екв = 5 мг-екв/л).
- Концентрація карбонату кальцію CaCO3 = 50 гр/л, еквівалентна концентрація CaCO3 = 1 екв/л (50 гр/л: (20 гр/екв + 30 гр/екв)=1 екв/л).
*Незважаючи на те, що ДСанПіН 2.2.4-171-10, який діє в Україні, встановлює норматив загальної жорсткості в стандартних системних одиницях – ммоль/л (норматив – не більше 7 ммоль/л для водопровідної води), лабораторії, що виконують хімічний аналіз води, вказують загальну жорсткість як в ммоль/л, так і мг-екв/л, чисельно також прирівнюючи ці значення і вносячи певну плутанину. Хто правий тут? Якби ДСанПіН 2.2.4-171-10 встановив би загальну жорсткість значенням 3,5 ммоль/л, це відповідало загальноприйнятому обмеженню жорсткості в 7 мг-экв/л. А так – плутанина та різночитання. Молярна концентрація 1 ммоль/л = 2 мг-екв/л (!). Це співвідношення завжди використовують у європейських країнах. Наприклад, в англійській Вікіпедії «mmol/L is equivalent to 100.09 mg/L CaCO3 or 40.08 mg/L Ca2+».
Коріння цієї плутанини родом із Радянського Союзу. У СРСР одиницю жорсткості визначав ГОСТ 4151-72 і ця одиниця – моль/м3. Однак, з методики вимірювань згідно з ГОСТ 4151-72 випливало, що фактично 1 моль/м3 прирівнювався до нормального вмісту 20,04 гр Са2+ в 1 кубічному метрі води. Це означає, що «моль» відповідно до ГОСТ 4151-72 це фактична половина «молю».
Для хімії води це різночитання – не проблема, тому що в одиниці об’єму води зарядів іонів кальцію завжди в 2 рази більше, ніж самих іонів кальцію. Це означає, що якщо молярна концентрація іонів у воді дорівнює 1 ммоль/л, то еквівалентна концентрація = 2 ммоль/л. ДСанПіН 2.2.4-171-10 вказує норматив жорсткості в еквівалентній концентрації ( не в молярній!), де 1 ммоль/л = 1 мг-екв/л. ДСанПіН 2.2.4-171-10 вносить деяку «двоїстість» у використанні одиниці виміру, не наголошуючи на тому, що одиниця виміру загальної жорсткості та загальної лужності – одиниці еквівалентної концентрації. Тоді як одиниця молярної концентрації 1 ммоль/л = 2 мг-екв/л, одиниця еквівалентної концентрації 1 ммоль/л = 1 мг-екв/л (!). Для хіміків вимога до загальної жорсткості ДСанПіН 2.2.4-171-10 зберігає коректність, але вносить деяку частку плутанини для трохи далеких від хімії споживачів.
Як висновок, у протоколах аналізу води в Україні та нормативах ДСанПіН 2.2.4-171-10 загальна жорсткість та загальна лужність зазначені в еквівалентних одиницях концентрації та в протоколах хімічного аналізу, виконаних в Україні, 1 ммоль/л завжди відповідає 1 мг-екв/ л.
