Twardość wody
Zjawisko, które jest spowodowane obecnością kationów metali w wodzie. Głównie są to wapń i magnez. W mniejszych ilościach występują również inne, np. żelazo i mangan (często pomijane w obliczaniu ogólnej twardości). Skład wody jest zależny od skał, z którymi miała kontakt. Twardość dzieli się na dwa rodzaje: twardość węglanową i niewęglanową.
- Twardość węglanowa (przemijająca, nietrwała) – dotyczy jonów związanych z anionami CO32- i HCO3- i tworzących z nimi sole i wodorosole, np. Ca(HCO3)2, MgCO3. Dlaczego nazywa się ją przemijającą? Ponieważ można zniwelować to zjawisko poprzez gotowanie. Pod wpływem wysokiej temperatury rozpuszczalne wodorowęglany przechodzą w nierozpuszczalne węglany zgodnie z reakcją: Ca(HCO3)2 -> CaCO3 ↓ + CO2 + H2O. (Podobnie reaguje wodorowęglan magnezu). Osadzający się węglan wapnia i magnezu możemy obserwować jako tzw. kamień kotłowy. Jest to biały nalot widoczny często na dnie garnka lub czajnika.
- Twardość niewęglanowa (nieprzemijająca, trwała) – dotyczy soli wapnia i magnezu z innymi anionami, np. chlorkowym, siarczanowym, azotanowym itp.), np. CaSO4, CaCl2. Nie da się jej usunąć przy pomocy gotowania.
Dlaczego twardość wody jest tak istotna?
Jest to zjawisko wywierające wpływ zarówno na nasze zdrowie, jak i trwałość urządzeń gospodarstwa domowego czy instalacji wodno-kanalizacyjnych. Zacznijmy od aspektu zdrowotnego. Kationy wapnia i magnezu są bardzo istotne z punktu widzenia zachowania homeostazy organizmu – odpowiadają m. in. za właściwe funkcjonowanie mięśni czy układu nerwowego. Woda jest ich bardzo ważnym źródłem. Picie miękkiej wody pozbawiałoby nasz organizm właściwej ilości tych cennych mikroelementów.
Z drugiej strony twardość wody to źródło wyżej wspomnianego kamienia w instalacjach wodnych. Może to stanowić źródło problemów z funkcjonowaniem sprzętu, a nawet prowadzić do jego uszkodzenia. Ponadto kationy wapnia i magnezu powodują pogorszenie właściwości mydeł. Dzieje się tak, ponieważ aniony kwasów karboksylowych pochodzące z mydeł, łącząc się ze wspomnianymi kationami, tworzą nierozpuszczalne sole. Zgodnie z reakcją:
2 C17H35COO- + Ca2+ -> (C17H35COO)2Ca ↓.
Zmniejsza się przez to efektywność emulgowania tłuszczów przez mydła.
Jak zatem pozbyć się twardości wody?
Sposobów jest kilka. Podstawowe to:
- Metoda destylacji – otrzymywanie tzw. wody destylowanej – pozbawionej wszystkich minerałów, korzysta się z niej w laboratoriach chemicznych.
- Metoda termiczna – opisana wyżej, usuwa tylko twardość węglanową.
- Dekarbonizacja wapnem – dodanie do twardej wody wodorotlenku wapnia (wapna gaszonego):
Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 -> 2 CaCO3 ↓ + 2 H2O (tak samo można usunąć MgCl2, MgSO4, Fe3+)
Zmiękczanie sodą – dodatnie węglanu sodu (sody), np.
CaCl2 + Na2CO3 -> CaCO3 ↓ + 2 NaCl.
Tym sposobem można usunąć również sole wodorowęglanowe i siarczanowe.
Twardość wody jest zjawiskiem powszechnym, mającym istotny wpływ na funkcjonowanie naszego organizmu oraz sprzętu domowego. Dlatego odpowiednie przepisy określają jej normy, a każde przedsiębiorstwo zajmujące się dostarczaniem wody publikuje dane na ten temat. Zachęcam do poszukania informacji na temat twardości wody w Twojej miejscowości. Kilka razy była również bohaterką zadań na maturze z chemii, m. in. w 2008 i 2013 r. Mam nadzieję, że powyższe opracowanie pomogło w zrozumieniu tego zagadnienia i nie dasz się mu zaskoczyć na swoim egzaminie.
Powodzenia!
Autor: Kajetan Zając
