Twarda woda zawiera jony wapnia (${\text{Ca}}^{2+}$), magnezu (${\text{Mg}}^{2+}$), a czasem żelaza (${\text{Fe}}^{2+}$) czy manganu (${\text{Mn}}^{2+}$). Dostały się one do wody na skutek rozpuszczenia zawartych w glebie soli przez wody opadowe.

R1eBj1NoAZb8G

Zdjęcie przedstawia gumową kaczkę - dziecięcą zabawkę - w pianie.

Istnieją trzy rodzaje twardości wodytwardość wodytwardości wody: twardość węglanowatwardość węglanowatwardość węglanowa (TIndeks dolny w_w), twardość niewęglanowatwardość niewęglanowatwardość niewęglanowa (TIndeks dolny s_s) oraz twardość ogólnatwardość ogólnatwardość ogólna (TIndeks dolny o_o).

Jak sama nazwa wskazuje, twardość węglanowa to twardość wywołana obecnością wodorowęglanów wapnia i magnezu (${\text{Ca(HCO}}_3{\text{)}}_2$, ${\text{Mg(HCO}}_3{\text{)}}_2$), analogicznie twardość niewęglanowa jest spowodowana zawartością w wodzie głównie siarczanów(VI) i chlorków magnezu i wapnia (w mniejszym stopniu azotanów, krzemianów oraz innych rozpuszczalnych soli wapnia, magnezu, a także innych metali). Natomiast twardość ogólna jest sumą twardości węglanowej i niewęglanowej.

Twardość węglanowa powstaje na skutek tworzenia się wodorowęglanów wapnia i magnezu. Reakcja powstawania rozpuszczalnych wodorowęglanów wapnia wygląda następująco:

Poniższe równanie przedstawia proces rozpuszczania w wodzie wodorowęglanów, które dysocjują na jony:

Twardość węglanową inaczej nazywamy twardością przemijającą, ponieważ można ją usunąć zagotowując taką wodę, dzięki czemu otrzymamy praktycznie nierozpuszczalny węglan wapnia. Zapis przebiegu tej reakcji można zapisać poniższym równaniem reakcji.

W przeciwieństwie do twardości węglanowej, twardość niewęglanowa jest nazywana twardością trwałą, czyli nie przemija po zagotowaniu wody, ponieważ obecne w niej sole są dobrze rozpuszczalne w wodzie i po zagotowaniu nie zmieniają swojej postaci. Sposobem na pozbycie się tej twardości wody są metody chemiczne, np. reakcja opisana poniższym równaniem:

Podobnie jak wiele innych wielkości, twardość wody również posiada odpowiednią jednostkę. W Polsce stosuje się głównie niemieckie stopnie (°n)stopnie niemieckieniemieckie stopnie (°n) twardości wody, ale znane są również francuskie (°f )stopnie francuskiefrancuskie (°f ), angielskie (°e)stopnie anigielskieangielskie (°e) lub milivale (miligramorównoważniki)gramorównoważnikmilivale (miligramorównoważniki) jonów wapnia i magnezu w 1 dmIndeks górny 3³ wody. Tę wielkość należy rozumieć tak, jak podano poniżej:

czyli:

Twardość wód naturalnych mieści się w granicach od 8 do 30°n. Najczęstsza twardość wody użytkowej, która występuje w kranach, wynosi ok. 10°n. Według norm polskich, twardość wody pitnej powinna wynosić od 60–500 mg ${\text{CaCO}}_3$/dmIndeks górny 3³ wody (od 3,36°n do 28°n) . Zgodnie ze stopniami twardości, wodę klasyfikujemy wg tabeli:

Indeks górny Na podstawie: www.mpwik.org Indeks górny koniec^{Na podstawie: www.mpwik.org}

Składniki mineralne są niezbędne do właściwego funkcjonowania organizmów ludzkich, uczestniczą m.in.:

• w przesyłaniu impulsów nerwowych,

• są niezbędne do właściwej pracy mięśni,

• biorą udział w budowaniu kości.

Ich niedobór może prowadzić do licznych chorób. Niezaprzeczalnie uzupełnić je można poprzez picie wody bogatej w minerały. Czy jednak taka woda jest korzystna dla sprzętów w gospodarstwie domowym i w przemyśle? Nie, ponieważ powoduje niszczenie sprzętów gospodarstwa domowego (np. czajników lub grzałek w pralkach), na skutek odkładania się kamienia. W przemyśle jest szczególnie uciążliwa, ponieważ w wyniku wytrącania się kamienia kotłowego powoduje niszczenie instalacji przemysłowych, np. kotłów cieplnych. Jej destrukcyjne działanie polega na pogarszaniu przewodnictwa cieplnego tych kotłów, generowaniu strat energetycznych i stwarzaniu niebezpieczeństwa wybuchu. Ponadto twarda woda powoduje twardnienie skórki owoców i warzyw podczas gotowania. Na powierzchni owoców i warzyw występują pektyny, które mogą tworzyć nierozpuszczalne sole (pektyny wapnia) z jonami wapnia. To właśnie ich nadmiar znajduje się w twardej wodzie. Co więcej, taka woda wymaga zwiększonego zużycia środków chemii gospodarczej (mydła, płynu do mycia naczyń, proszku do prania, szamponu).

R154TGczmhTMu

Zdjęcie przedstawia różne warzywa ułożone na drewnianym blacie, między innymi korzeń pietruszki, marchwi, selera, ziemniaki, buraki, czosnek, cebula.

Najprostszym domowym sposobem na pozbycie się kamienia kotłowego z czajnika jest zagotowanie w nim wody z pewną ilością kwasu spożywczego (np. kwasu octowego, cytrynowego). Wówczas następuje reakcja roztwarzania tego kamienia w kwasie, co prezentują poniższe równania reakcji chemicznych:

Słownik

Bibliografia

Encyklopedia PWN

Hejwowska S., Marcinkowski R., Równowagi i procesy jonowe, Wydawnictwo Operon, Gdynia 2005.

http://chemia.wpt.kpswjg.pl/laboratorium/temat3/temat3.html

http://www.chemia.uni.lodz.pl/kchs/index_pliki/Dokumenty/11.pdf