Kemény víz
A kemény víz magas ásványianyag - tartalmú víz (ellentétben a "lágy vízzel"). Kemény víz keletkezik, amikor a víz mészkő-, kréta- vagy gipsz rétegeken szivárog át, amelyek nagyrészt kalcium- és magnézium -karbonátokból , bikarbonátokból és szulfátokból állnak. Ezekből Ca2+ és Mg2+ionok oldódnak a vízbe amik végül a víz keménységét okozzák.
A kemény ivóvíz mérsékelt egészségügyi előnyökkel járhat. Kritikus problémákat vethet fel ipari környezetben, ahol kazánok, hűtőtornyok és más, vizet kezelő berendezések költséges meghibásodását okozhatja. Otthoni körülmények között a kemény vizet gyakran jelzi a szappanok használata közben a habképződés hiánya, valamint vízkőképződés a vízforralókban és vízmelegítőkben. Ha a víz túlzottan kemény akkor a víz lágyítására van szükség.
Hogyan válik keménnyé a víz?
A természetes esővíz, hó és más csapadékfajták általában alacsony koncentrációban tartalmaznak többértékű ionokat, például kalciumot és magnéziumot. Kis koncentrációban tartalmazhatnak ionokat, például nátriumot, kloridot és szulfátot , amelyek a tenger feletti szél hatására kerülhetnek a vízbe. Ahol kemény, vízhatlan és kalciumszegény kőzetekből kialakított vízelvezető medencékbe hullik a csapadék, ott csak nagyon alacsony koncentrációban találhatók többértékű kationok, és a vizet lágy víznek nevezik.
A bonyolult geológiájú területek rövid távolságokon változó keménységű vizet képesek előállítani.
A víz keménységének típusai
Állandó keménység
A víz állandó keménységét a vízben lévő többértékű kationok koncentrációja határozza meg. A többértékű kationok pozitív töltésű fémkomplexek, amelyek töltése nagyobb, mint 1+. Általában a kationok töltése 2+. A kemény vízben gyakran előforduló kationok közé tartozik a Ca2+ és a Mg2+. Ezek az ionok a víztartó rétegben található ásványokból kimosódva jutnak be a vízbe. Gyakori kalciumtartalmú ásványi anyagok a kalcit és a gipsz. Gyakori magnézium ásvány a dolomit (amely kalciumot is tartalmaz). Esővíz és A desztillált víz lágy, mert kevés iont tartalmaz.
A következő egyensúlyi reakció a kalcium-karbonát és kalcium -hidrogén-karbonát feloldódását és képződését írja le:
CaCO3 + CO2 + H 2 O (l) ⇌ Ca2+ + 2HCO3-
A reakció mindkét irányba mehet. Az oldott szén-dioxidot tartalmazó eső reakcióba léphet a kalcium-karbonáttal, és magával viszi a kalciumionokat. A kalcium-karbonát kalcit formájában újra lerakódhat, mivel a szén-dioxid kikerül a légkörbe, és néha cseppköveket és sztalagmitokat képez.
A kalcium- és magnéziumionok vízlágyítókkal eltávolíthatók.
A tartós keménységet (ásványianyag-tartalmat) általában nehéz eltávolítani forralással. Ha ez megtörténik, azt általában a kalcium-szulfát / kalcium-klorid és/vagy magnézium-szulfát / magnézium-klorid jelenléte okozza a vízben, amelyek a hőmérséklet emelkedésével nem csapódnak ki. A víz tartós keménységét okozó ionok vízlágyítóval vagy ioncserélő oszloppal távolíthatók el.
Változó keménység/Lásd még: Karbonátos keménység
Az átmeneti keménységet az oldott bikarbonát ásványi anyagok (kalcium-hidrogén-karbonát és magnézium-hidrogén-karbonát) jelenléte okozza . Az ilyen típusú ásványok feloldva kalcium- és magnéziumkationokat (Ca2+, Mg2+), valamint karbonát és bikarbonát anionokat ( CO ) adnak.2-3
_és a HCO−
A fémkationok jelenléte megkeményíti a vizet. A szulfát- és kloridvegyületek által okozott tartós keménységtől eltérően azonban ez az "ideiglenes" keménység csökkenthető vagy a víz forralásával, vagy mész (kalcium - hidroxid ) hozzáadásával a mészlágyítási eljárással.
A forralás elősegíti a karbonát képződését a bikarbonátból, és kicsapja a kalcium-karbonátot az oldatból, így a vízhűtésre lágyabb lesz.
Hatások
Kemény vízzel a szappanoldatok fehér csapadékot képeznek ahelyett, hogy habot termelnének, mivel a 2+ ionok szilárd csapadék képződésével rontják a szappan felületaktív tulajdonságait. Az ilyen csapadék fő összetevője a kalcium-sztearát, amely nátrium-sztearátból , a szappan fő összetevőjéből származik :
2 C 17 H 35 COO − (vizes) + Ca 2+ (vizes) → (C 17H 35 COO) 2 Ca (s)
A keménység tehát a vízminta szappanfogyasztó képességeként vagy a szappan kiválási képességeként definiálható, mint a víz olyan jellemző tulajdonságaként, amely megakadályozza a szappan habosodását. A szintetikus mosószerek nem képeznek ilyen habokat.
Az ókori római Eifel-vízvezeték egy része Németországban. Körülbelül 180 éves üzemelés után a vízvezeték falai mentén akár 20 cm vastag ásványi lerakódások is voltak.
Mivel a lágy víz kevés kalciumiont tartalmaz, nem gátolja a szappanok habzó hatását, és nem képződik szappanhab a normál mosás során. Hasonlóképpen, a lágy víz nem termel kalciumlerakódást a vízmelegítő rendszerekben.
A kemény víz is lerakódásokat képez, amelyek eltömítik a vízvezetékeket. Ezek a „vízkőnek” nevezett lerakódások főként kalcium- karbonátból (CaCO 3), magnézium-hidroxidból (Mg(OH) 2 ) és kalcium-szulfátból (CaSO 4 ) állnak. A kalcium- és magnézium-karbonátok törtfehér szilárd anyagként rakódnak le a csövek és hőcserélők belső felületén. Ezt a kicsapódást (oldhatatlan szilárd anyag képződését) elsősorban a bikarbonát ionok hőbomlása okozza, de előfordul olyan esetekben is, amikor a karbonát ion telítési koncentrációban van. Az ebből eredő vízkőlerakódás korlátozza a víz áramlását a csövekben. A kazánokban a lerakódások rontják a hő áramlását a vízbe, ami csökkenti a fűtési hatékonyságot és lehetővé teszi a kazán fémalkatrészeinek túlmelegedését. Nyomás alatt álló rendszerben ez a túlmelegedés a kazán meghibásodásához vezethet. A kalcium-karbonát lerakódások által okozott kár a kristályformánként változik, például kalcit vagy aragonit.
Az ionok jelenléte egy elektrolitban, ebben az esetben a kemény vízben, szintén galvanikus korrózióhoz vezethet, amelyben az egyik fém előnyösen korrodálódik , ha más típusú fémmel érintkezik, amikor mindkettő érintkezik egy elektrolittal. A kemény víz ioncserével történő lágyítása önmagában nem növeli a korrozivitást .
Az úszómedencékben a kemény víz zavaros vagy zavaros (tejes) megjelenésében nyilvánul meg a vízben. A kalcium és a magnézium-hidroxid egyaránt vízben oldódik. Az alkáliföldfémek hidroxidjainak oldhatósága, amelyekhez a kalcium és a magnézium tartozik (a periódusos rendszer 2. csoportja ), az oszlopon lefelé haladva növekszik. Ezen fém-hidroxidok vizes oldatai a levegőből szén-dioxidot abszorbeálnak, oldhatatlan karbonátokat képezve, ami zavarosodást okoz. Ez gyakran abból adódik, hogy a pH túl magas (pH > 7,6). Ezért a probléma általános megoldása a klórkoncentráció megfelelő szinten tartása mellett a pH-érték csökkentése sósav hozzáadásával, az optimális érték 7,2-7,6 tartományban van.
A víz lágyítása
Vízlágyítás
Gyakran kívánatos a kemény víz lágyítása. A legtöbb mosószer olyan összetevőket tartalmaz, amelyek ellensúlyozzák a kemény víz felületaktív anyagokra gyakorolt hatását. Emiatt a vízlágyítás gyakran szükségtelen. Ahol a lágyítást alkalmazzák, gyakran csak a használati melegvíz-rendszerbe juttatott vizet javasolják lágyítani, hogy elkerüljük vagy késleltessük a vízmelegítők vízkőképződéséből adódó hatástalanságokat és károkat. A vízlágyítás egyik elterjedt módszere ioncserélő gyanták alkalmazása, amelyek az ionokat, például a Ca 2+ -t kétszer annyi monokationnal helyettesítik, mint például a nátrium- vagy káliumionok.
A mosószóda (nátrium-karbonát , Na2CO3) könnyen beszerezhető, és régóta használják vízlágyítóként háztartási ruhaneműkhöz, a szokásos szappannal vagy mosószerrel együtt.
A vízlágyítással kezelt vizet lágyított víznek nevezhetjük. Ezekben az esetekben a víz magas nátrium- vagy kálium- és bikarbonát- vagy kloridionokat is tartalmazhat.
Egészségügyi szempontok
Az Egészségügyi Világszervezet szerint "nincs meggyőző bizonyíték arra vonatkozóan, hogy a víz keménysége káros hatással lenne az emberekre"
Egyes tanulmányok összefüggést mutatnak a háztartási kemény vízhasználat és a gyermekek fokozott ekcémája között.
A lágyított vizes ekcéma vizsgálatot (SWET) 2008-ban végezték el a gyermekkori ekcéma kezelésére szolgáló ioncserélő lágyítók többközpontú, randomizált, kontrollált vizsgálataként. Nem találtak azonban jelentős különbséget a tünetek enyhítésében az otthoni vízlágyítóhoz és a vízlágyítóhoz hozzáférő gyermekek között. akik nincsenek.
A vízkeménység mérése
A keménység műszeres elemzéssel számszerűsíthető. A teljes vízkeménység a Ca 2+ és Mg 2+ moláris koncentrációinak összege, mol/l vagy mmol/L egységekben. Bár a víz keménysége általában csak a kalcium és a magnézium (a két legelterjedtebb kétértékű fémion) összkoncentrációját méri, egyes helyeken a vas, az alumínium és a mangán is magas szinten jelen lehet. A vas jelenléte jellemzően barnás (rozsdaszerű) színt ad a meszesedésnek, nem pedig fehér (a legtöbb egyéb vegyület színe).
A víz keménységét gyakran nem moláris koncentrációban fejezik ki, hanem különböző mértékegységekben, például általános keménységi fokban ( dGH ), német keménységifokban (°dH), milliórészben (ppm, mg/l), szemcsékben. gallononként (gpg), angol fokban (°e, e vagy °Clark) vagy francia fokban (°fH, °f vagy °HF; a kis f betűket a Fahrenheit -fokkal való összetéveszthetőség elkerülésére használják ). Az alábbi táblázat a különböző egységek közötti átváltási tényezőket mutatja.
A különböző alternatív egységek kalcium-oxid (CaO) vagy kalcium-karbonát (CaCO3) ekvivalens tömegét képviselik , amely egységnyi térfogatú tiszta vízben feloldva azonos Mg2+ és Ca2+ össz moláris koncentrációt eredményezne . A különböző konverziós tényezők abból adódnak, hogy a kalcium-oxid és a kalcium-karbonátok egyenértékű tömege különbözik, és eltérő tömeg- és térfogategységeket használnak. Az egységek a következők:
Kemény víz /lágy vízosztályozása
Mivel a vízben oldott ásványi anyagok pontos keveréke, valamint a víz pH -ja és hőmérséklete határozza meg a keménység viselkedését, az egyszámú skála nem írja le megfelelően a keménységet.
Osztályozáskeménység mg-CaCO 3 /L -benkeménység mmol/l-benkeménység dGH/°dH-bankeménység gpg-benkeménység ppm-ben
Lágy víz: 0–600–0,600–3,370–3,500–60
Közepesen kemény víz61–1200,61–1,203,38–6,743.56–7.0161–120
Kemény víz121–1801,21–1,806.75–10.117.06–10.51121–180
Nagyon kemény víz ≥ 181≥ 1,81≥ 10.12≥ 10,57≥ 181
A tengervizet a különféle oldott sók miatt nagyon keménynek tartják. A tengervíz keménysége általában 6630 ppm (6,63 gramm/liter) tartományba esik. Ezzel szemben az édesvíz keménysége 15 és 375 ppm között van.
Magyarországon az ivóvízre vonatkozó minimális keménység 50CaOmg/l maximálissan 350CaO mg/l 35 német keménységi fok.
Német keménységi fok (nk°) 1l vízben oldott kalcium-oxiddal egyenértékű kalcium és magnéziumsók, ez az érték a CaO mg/l egytizede.
Francia keménységi fok (F°) egy liter vízben oldott 10mg kalcium karbonáttal egyenértékű kalcium és magnéziumsók.
