Twardość wody Twardość węglanowa (przemijająca) Twardość stała (nieprzemijająca) Kamień kotłowy Metody zmiękczania wody

Twardość wody Duże stężenie w wodzie kationów wapnia (Ca2+) oraz magnezu (Mg2+) powoduje, że woda po dodaniu detergentu (np. mydła) pieni się znacznie słabiej niż woda destylowania, woda twarda nie jest przydatna w procesach technologicznych i w procesie prania kationy wapnia i magnezu przechodzą do wody w wyniku rozpuszczania się minerałów węglanowych (zjawisko krasu) oraz soli wapniowych i magnezowych rozpuszczalnych w wodzie wyróżnia się dwa rodzaje twardości wody: twardość węglanową (przemijającą), twardość trwała (nieprzemijającą)

Twardość węglanowa (przemijająca) Proces krasu (erozji chemicznej) skał węglanowych pod wpływem wody i rozpuszczonego w niej CO2 węglany wapnia i magnezu praktycznie nierozpuszczalne w wodzie, pod wpływem H2O i CO2 przechodzą w wodorowęglany, które są dobrze rozpuszczalne w wodzie: wodorowęglan wapnia Ca(HCO3)2 wodorowęglan magnezu Mg(HCO3)2 CaCO3 + CO2 + H2O ↔ Ca2+ + 2 HCO3- MgCO3 + CO2 + H2O ↔ Mg2+ + 2 HCO3- Twardość węglanową wody można usunąć przez gotowanie wody lub metodą wapienną

Twardość trwała (nieprzemijająca) Twardość nadają kationy wapnia i magnezu pochodzące z soli rozpuszczalnych w wodzie (proces dysocjacji jonowej – elektrolitycznej pod wpływem wody): CaCl2 ↔ Ca2+ + 2Cl- MgSO4 ↔ Mg2+ + SO42- Ca(NO3)2 ↔ Ca2+ + 2NO3- Twardości trwałej nie można usunąć przez gotowanie wody ani metodą wapienną

Kamień kotłowy W trakcie gotowania wody kationy wapnia i magnezu pochodzące z rozpuszczonych w niej wodorowęglanów przechodzą w węglany praktycznie nierozpuszczalne w wodzie Wytrącone z wody węglany osadzają się na grzałkach powodując ich przepalanie się, ściankach naczyń i rur ciepłociągów zmniejszając ich średnice w skrajnych przypadkach do całkowitej ich niedrążności

Metody usuwania twardości wody przemijającej (węglanowej) Gotowanie wody: Ca2+ + 2HCO3- ↔ CaCO3↓ + CO2↑ + H2O Mg2+ + 2HCO3- ↔ MgCO3↓ + CO2↑ + H2O W trakcie dalszego gotowania węglan magnezu przechodzi w nierozpuszczalny w wodzie wodorotlenek magnezu: MgCO3 + H2O  Mg(OH)2↓+ CO2↑ Kamień kotłowy jest mieszaniną praktycznie nierozpuszczalnych w wodzie: węglanu wapnia, węglanu magnezu i wodorotlenku magnezu

Metody usuwania twardości wody przemijającej (węglanowej) – cd Usuwanie twardości (zmiękczanie wody) metodą wapienną (użycie wody wapiennej – zasady wapniowej: Ca(OH)2 ↔ Ca2+ + 2 OH- Ca2+ + 2 HCO3- + Ca2+ + 2 OH-  2 CaCO3↓+ 2 H2O Mg2+ + 2 HCO3- + Ca2+ + 2 OH-   CaCO3↓+ MgCO3↓ + 2 H2O Uwaga: metody zmiękczania wody przez gotowanie i metoda wapienna mają zastosowanie wyłącznie dla twardości węglanowej (przemijającej).

Metody usuwania twardości wody przemijającej (węglanowej) i nieprzemijającej (stałej) Zmiękczanie wody mydłem (w reakcji anionu mydła R – COO- z kationami wapnia i magnezu, następuje wytrącenie z wody nierozpuszczalnych lub bardzo trudno rozpuszczalne sole wapnia lub magnezu oraz kwasu karboksylowego: (R - COO)2Ca; (R - COO)2Mg 2 C17H35-COO- + 2 Na+ + Ca2+   (C17H35-COO)2Ca + 2Na+ (stearynian wapnia) 2 C15H31-COO- + 2 K+ + Mg2+   (C15H31-COO)2Mg + 2 K+ (palmitynian magnezu) w trakcie rozpuszczania mydła w wodzie wytrąca się biały kłaczkowaty osad (zmętnienie wody) nierozpuszczalnych w wodzie mydeł (wapniowego i magnezowego)

Metoda sodowa (jako środka zmiękczającego używa się węglanu sodu) Metody usuwania twardości wody przemijającej (węglanowej) i nieprzemijającej (stałej) - cd Metoda sodowa (jako środka zmiękczającego używa się węglanu sodu) Na2CO3 ↔ 2 Na+ + CO32- Ca2+ + 2 HCO3- + 2 Na+ + CO32-   CaCO3↓+ 2 Na+ + 2 HCO3- Mg2+ + 2 HCO3- + 2 Na+ + CO32-   MgCO3↓+ 2 Na+ + 2 HCO3- Mg2+ + SO42- + 2 Na+ + CO32-   MgCO3↓+ 2 Na+ + SO42-

3 Ca2+ + 6 HCO3- + 6 Na+ + 2 PO43-   Ca3(PO4)2↓+ 6 Na+ + 6 HCO3- Metody usuwania twardości wody przemijającej (węglanowej) i nieprzemijającej (stałej) - cd Metoda fosforanowa (jako środka zmiękczającego używa się ortofosforanu(V) sodu Na3PO4 ↔ 3 Na+ + PO43- 3 Ca2+ + 6 HCO3- + 6 Na+ + 2 PO43-   Ca3(PO4)2↓+ 6 Na+ + 6 HCO3- 3 Mg2+ + 6 HCO3- + 6 Na+ + 2 PO43-   Mg3(PO4)2↓+ 6 Na+ + 6 HCO3- 3 Mg2+ + 3 SO42- + 6 Na+ + 3 PO43-   Mg3(PO4)2↓+ 6 Na+ + 3 SO42-