來點重要的水族硬知識－漫談水中硬度

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標籤：硬度

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水中硬度是水族箱中最重要的化學參數之一。由於水中硬度在一般家裡頭也非常重要，因此除了水族箱之外，每個人都應該真正了解這一切。

土耳其的棉花堡（Pamukkale）。水中的石灰沉澱形成美麗的雪白仙境

硬水－軟水

這些名詞是怎麼來的？水中的「硬」和「軟」這兩個詞與肥皂的消耗有關。如果你需要很多肥皂才能搓出泡沫，而且肥皂泡沫又小又硬的話，它被稱為硬水；但是如果肥皂泡沫很快就搓出來，而且泡沫像奶油般細膩，那就是軟水。這個理論仍然非常實用，因為相較於軟水，在硬水中需要更多的洗衣粉或肥皂才能達到清潔效果。如果你經常用肥皂洗手，很快就會在洗手台表面出現一層水垢。

Metriaclima 

sp. "daktari"（黃醫生斑馬）

這種馬拉維慈鯛在中度至硬水中成長得更好，因為它們幾乎無法耐受

pH 8

以下的水質

硬水的原因

我們的飲用水，有時是從地下水中提取出來的，有時也會從地下水體表面的一個大的水體，如河流或湖水中提取的。所以飲用水常會和泥土接觸，土壤和岩石含有水溶性成分，包括鈣（calcium）、鎂（magnesium）化合物。這些是硬化劑。如果水中含有許多這些鈣鎂化合物，那麼你的水就是硬水；如果裡面只有少量的鈣鎂化合物，那你的就是軟水。以學術術語表示：總硬度（total hardness）表示溶解在水中的所有鹼土離子（alkaline earth ions）的總和。

鹼土金屬離子

鹼土金屬是化學元素，它們被稱為鈹（Be）、鎂（Mg）、鈣（Ca）、鍶（Sr）、鋇（Ba）和鐳（Ra）。然而，上述其中只有鈣和鎂離子會以較高的濃度出現在水中，所以在習慣上便只考慮其兩者。這些離子具有正電荷，所以它們是陽離子。負責水中硬度的生物效應的鹼土離子之負電荷對應物－陰離子為碳酸鹽，它們是碳、氫和氧的分子化合物。

什麼是離子？

看到i-on這個字，蘋果用戶可能會認為這是史蒂夫．喬布斯智囊團一個最新的巧妙發明。但它不是被寫成i-on，而是ion（離子），它不過是一個帶電的粒子－原子或分子－吸收了額外的電子或原本存在的電子，由此達到化學穩定狀態。如果一個離子釋放出電子，從而帶正電荷，則稱為陽離子；如果離子通過吸收附加電子而帶負電荷，則稱為陰離子。一個大家都知道的例子：為什麼食用鹽會溶解在水中？從化學角度講，普通的鹽包括帶正電荷的鈉離子和帶負電荷的氯離子。如果將鹽水加入水中，則帶正電的鈉離子和帶負電的氯離子積聚水分子。水（H2O）具有正電荷的氫（H）和氧（O）的負電荷。與磁鐵一樣，正負電荷被吸引。只要有足夠的水分子，它們就會附著在食鹽的離子上，鹽就會溶解。然而，最後溶液會飽和，便無法再溶解更多的鹽，多餘的鹽便會堆積在容器的底部。在水中溶解鹽需要能量，導致溶液變冷。

水中硬度對觀賞魚的繁殖－如圖中的三角燈來說非常重要

總硬度

總硬度（total hardness）的定義：它是水中所有鹼土離子濃度的總和。被稱為總硬度是因為它是由兩個部分所組成：碳酸鹽硬度（carbonate hardness）和非碳酸鹽硬度（non-carbonate hardness）。這兩個術語可以很快解釋一下。鈣和鎂對身體非常重要，因為有它們，所以我們會喝含有許多這些陽離子的瓶裝水（礦泉水）。然而，對肥皂的洗滌劑活性成分－表面活性劑來說，這些鹼土陽離子會形成不溶於水的化合物－石灰皂，它們沒有清潔能力。肥皂的表面活性劑是陰離子，這就是為什麼你在硬水中需要更多的肥皂。

碳酸鹽

碳酸鹽硬度表示由陰離子碳酸氫鹽（bicarbonate）所形成的總硬度含量。（從化學角度來看，這是錯誤的，因為它實際上是一些硬度陽離子鈣和鎂的問題，但實際上這是不正確的，因為鹼土離子皆與碳酸氫根離子相等）。碳酸氫鹽與二氧化碳（或碳酸）的平衡與溫度有關。當溫度升高時，二氧化碳在水中的溶解度降低；二氧化碳逸散，且碳酸氫鹽會形成水垢，沉澱成白色、堅硬和幾乎不溶於水的薄層。大家在家裡應該都知道這種現象。

如果碳酸鹽硬度非常高，那麼碳酸氫鹽會「吸收」幾乎所有的二氧化碳；結果會導致高pH值和缺乏養分的水草。

埃及神仙魚，典型的軟水魚

非碳酸鹽

一些形成硬度的鹼土金屬陽離子不具有碳酸氫鹽作為拮抗劑陰離子（antagonist anions），除了例如硫酸鹽（如石膏）、氯化物或硝酸鹽。由於總硬度的含量不會因為溫度而有所改變，所以也稱為「永久硬度」，與碳酸鹽硬度的「暫時硬度」相反。根據經驗，非碳酸鹽硬度對水族箱的生物影響相對較小。但是，為了確定非碳酸鹽硬度中的各個成分，還必須做出很多的努力，這就是為什麼這種分析對水族玩家來說很難做到的原因。

硬水是成功飼養珊瑚必不可少的，因為它們需要石灰來建造骨骼

為什麼水的硬度很重要？

碳酸鹽硬度對於水族箱的操作非常重要。因為它可以確保所需的pH值，無論是酸性還是鹼性，都能夠穩定調整。在硬水中無法維持穩定的酸性pH值，在軟水中則難以讓水質呈現鹼性。

例如在水族箱中，二氧化碳通過魚類和植物的呼吸以及細菌和真菌的活動不斷釋放出來，但植物需要通過光合作用產生糖，因此也不斷地消耗著二氧化碳。結果會變成在沒有緩衝的水中，pH值會不斷變動，因為溶解在水中的二氧化碳會產生碳酸，因此簡單來說，pH值表示在水中有多少酸。

此外，水族箱中魚只消化產物所產生的氮在化學轉化過程中會形成硝酸。這種酸會「吃掉」碳酸鹽的硬度，因此，最後會導致pH突然劇烈下降。

即使pH震蕩相對較小，敏感的魚也可能會受到傷害。因此，穩定的pH值是魚類成功飼養和繁殖的最重要先決條件之一，即使大多數魚類至少能暫時耐受6-8的pH值。

硬度本身，包括碳酸鹽硬度和總硬度，大體上與魚無關，因為所謂的軟水魚，如七彩神仙、寶蓮燈或埃及神仙魚並不會在較硬的水中生病，而直接在水中採用pH值的硬度耦合穩定性（由碳酸氫鹽將pH值穩定化被稱為「水族箱水的緩衝能力」）對於這些魚是非常重要的。如果我想在水族箱中設定一個穩定的酸性pH值，那麼碳酸鹽硬度就不能超過一定值，否則便無法達成。

由於多種原因，pH值對於許多魚類（不是全部）是重要的，但是這將在別處討論。

有些水草會從碳酸氫鹽中提取二氧化碳。然後使不溶於水的石灰（水垢）再次沉澱，在葉子上沉澱成白色的水垢。這個過程被稱為「生物脫鈣（biogenicdescaling）」。但是我們的大部分水草都無法做到，而且還在高碳酸鹽硬度的水中餓死－除了水草上的白色石灰沉積物並不符合大多數水族愛好者的審美觀外，這種鈣化植物的光照需求還會急劇上升。

如果碳酸鹽硬度非常低，則有可能產生過多的遊離二氧化碳，並且使pH突然下降。這樣的情況對魚類來說可能是致命的。相反的情況可能發生在碳酸鹽硬度太低且種植密度較高的水草缸中：如果在早上開燈讓光合作用真正開始後，所有遊離的二氧化碳都可以被消耗，但結果是pH值會升高。

你如何測量硬度，如何製造軟水或硬水呢？

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  圖文：

  Frank Sch?fer



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  翻譯&審校：混水摸魚

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