Dureza da água

A dureza da água é um sistema de termos em química aplicada que se desenvolveu a partir da necessidade de usar água natural com seus ingredientes dissolvidos.

Na química da água , a dureza da água indica a concentração da substância dos iões dos metais alcalino-terrosos dissolvidos na água , e em contextos especiais também os seus aniónicos parceiros. Esses "construtores de dureza" incluem essencialmente íons de cálcio e magnésio , bem como íons de estrôncio e bário, que normalmente estão contidos apenas em vestígios . Esses construtores de dureza dissolvidos podem formar compostos pouco solúveis, especialmente carbonatos e sabões de cal . Esta tendência para a formação de compostos insolúveis é a razão de se dar atenção aos alcalino-terrosos dissolvidos, o que levou ao desenvolvimento do conceito e do sistema teórico em torno da dureza da água.

História e derivação do termo

Já nos antigos escritos hipocráticos, uma distinção era feita entre água mole (μαλακός) e água dura (σκληρός). A dura pode ser encontrada entre outras coisas “em fontes rochosas, terra quente ou fontes ricas em minerais”. Galenos explica: “Porque Hipócrates chama de 'água dura' a água áspera que morde a língua ao beber e o corpo ao se lavar. A água macia é o oposto disso. "

Até hoje, a água da chuva, considerada macia, é preferencialmente utilizada para lavar roupas à mão. Por outro lado, água de nascente ou de poço, que são consideradas duras, são evitadas porque a alta proporção de minerais dissolvidos na água dura faz com que o sabão flocule cada vez mais, transformando-se em sabão de cal insolúvel em água . A parte do sabão assim ligada perde o efeito de limpeza. Ao mesmo tempo, o sabão de cal resultante torna a roupa lavada cinza e torna a roupa dura e rígida depois de secar no varal. Ao usar água macia para a lavagem, esses efeitos indesejáveis ​​podem ser amplamente evitados.

efeitos

A água da chuva é “ água destilada ” e naturalmente não contém quaisquer minerais, mas apenas componentes do ar e poluentes do ar que foram lavados do ar ou se condensaram ao cair na superfície da terra . É por isso que a água da chuva é macia . Em regiões com rochas cristalinas no solo, como granito , gnaisse e basalto , a água da chuva pode dissolver apenas alguns minerais facilmente solúveis, a água subterrânea é água macia. Também as águas superficiais sem muito contato com as rochas são consideradas moles.

Água macia é mais barata para todas as aplicações,

• em que a água é aquecida,
• para lavar ,
• para regar plantas de interior ou plantas sensíveis à cal (plantas pantanosas), etc.

No entanto, uma desvantagem pode ser a forte formação de espuma em detergentes e a fraca capacidade de remoção do sabão z. B. ao lavar as mãos.

Em contato com rochas calcárias (como calcário , mármore ou dolomita ), a água da chuva pode dissolver mais minerais e se tornar dura .

• Isso leva ao aumento da formação de incrustações em eletrodomésticos , aquecedores e aquecedores de água ,
• processos de lavagem deficientes (aumento da procura e consumo de enxaguamento e lavagem ), o que levou ao desenvolvimento de amaciadores de água (em máquinas de lavar loiça , detergentes para loiça , detergentes para roupa, etc.)
• Dependendo do grau de dureza, influencia o sabor e a aparência de certos alimentos e bebidas (por exemplo, chá ).

Emergência

A dureza da água é formada durante a passagem da água por solos carbonatgesteinhaltige e rochas e / ou aquíferos (aquíferos) por dissolução de carbonatos utilizando dióxido de carbono sob formação de bicarbonatos solúveis (HCO ₃ ^- ).

Todos os metais alcalino-terrosos dissolvidos (que estão então presentes como carbonatos , sulfatos , cloretos , nitritos , nitratos e fosfatos ) são referidos como dureza total , as partes apenas ligadas ao ácido carbônico como dureza carbonato (também dureza carbonato ou dureza temporária ou dureza temporária ) e a diferença entre eles como dureza não carbonática ( dureza permanente ou dureza permanente ).

A maior parte da dureza da água surge como dureza de carbonato e, portanto, é de especial importância para a dureza da água. Surge da dissolução de rochas contendo carbonato, ou seja , cal (CaCO ₃ ) ou dolomita (carbonato misto de Ca-Mg) de acordo com as seguintes fórmulas

${\ displaystyle \ mathrm {CaCO_ {3} + CO_ {2} + H_ {2} O \ rightleftharpoons Ca ^ {2 +} + 2 \ HCO_ {3} ^ {-}}}$

${\ displaystyle \ mathrm {MgCO_ {3} + CO_ {2} + H_ {2} O \ rightleftharpoons Mg ^ {2 +} + 2 \ HCO_ {3} ^ {-}}}$

As mesmas reações e equilíbrios ocorrem com todos os carbonatos alcalino-terrosos e mistos: SrCO ₃  , BaCO ₃  , ... A dureza do carbonato corresponde à metade da concentração do ânion hidrogenocarbonato (HCO ₃ ^- ).

Os íons de magnésio e cálcio também podem entrar na água por meio de outros processos de dissolução, por exemplo, por meio da dissolução de minerais de gesso (CaSO ₄ × 2 H ₂ O). Em casos extremos, a água subterrânea de camadas contendo gesso pode atingir a concentração de saturação para gesso, que corresponde a uma dureza de 78,5 ° fH ou 44 ° dH. (Para as unidades de medida ° dH e ° fH, consulte a seção Unidades e conversão abaixo .)

Os ácidos contidos na precipitação ácida , que se tornaram conhecidos pelo termo chuva ácida , levam a um aumento na dureza total após a dissolução das rochas carbonáticas. Principalmente envolvidos estão o ácido sulfúrico (H ₂ SO ₄ ), que é formado via dióxido de enxofre e a formação de ácido sulfuroso na queima de combustíveis contendo enxofre, e ácido nítrico (HNO ₃ ), que é formado por meio do estágio intermediário de óxidos de nitrogênio, em particular queimaduras quentes. Por medidas de poluição do ar (por exemplo, dessulfurização de gases de combustão e catalisadores automotivos e sistemas DeNOx em usinas de energia), essas tensões foram drasticamente reduzidas nas últimas décadas.

Quando a matéria vegetal se decompõe (raízes mortas, folhas caídas, caules arados) no solo ou quando fertilizantes agrícolas são aplicados, o nitrogênio contido nele é inicialmente liberado como amônio (NH ₄ ⁺ ). Isso é seguido por um processo de oxidação bacteriana , a chamada nitrificação . O amônio é primeiro oxidado em ácido nítrico (HNO ₂ ) e, finalmente, em ácido nítrico (HNO ₃ ) (e também pode ser desnitrificado em N ₂ ). Este ácido nítrico dissolve a dureza da cal - e na ausência de cal dos minerais de argila - que então não está mais disponível para as plantas. Portanto, os solos pobres em cal usados ​​na agricultura correm o risco de se tornarem ácidos. Nestes casos, a fertilização com cal é necessária. Os carbonatos que estão novamente disponíveis em abundância podem ser parcialmente responsáveis ​​por um aumento na dureza das águas subterrâneas.

Em águas subterrâneas que são influenciadas por atividades agrícolas, a dureza pode aumentar para mais de 30 ° fH ou 17 ° dH, em casos individuais até acima de 40 ° fH ou 23 ° dH. Isso se deve ao aumento da formação de dióxido de carbono e ao aumento da nitrificação.

A água da chuva só pode absorver os endurecedores em casos excepcionais se a atmosfera contiver partículas de poeira calcária. É por isso que a dureza da água da chuva costuma ser próxima de zero. Mesmo reservatórios de água potável e lagos de montanha freqüentemente contêm água de baixa dureza, mesmo em áreas ricas em calcário, se sua área de captação cobrir uma pequena área geográfica e a água da chuva fluir principalmente superficialmente.

Balanço de cal-ácido carbônico

A dureza da água é caracterizada por um sistema de diferentes reações de equilíbrio químico acopladas e depende disso. Além dos equilíbrios de reação , há também os equilíbrios de solubilidade entre os vários íons alcalino-terrosos e os produtos de precipitação de carbonato e sulfato associados ( calcita , dolomita , barita , gesso, etc.). A solução e o equilíbrio de dissociação do sistema dióxido de carbono-ácido carbônico-carbonato também são acoplados.

Encontra CO ₂ na (chuva) água são dissolvidos em mais de 99% do dióxido de carbono apenas fisicamente e menos de 1% respondendo dependendo da temperatura em uma reação de equilíbrio ( lá explicada) com as moléculas de água quimicamente para formar ácido carbônico (H ₂ CO ₃ ), a solução aquosa reage, portanto, levemente ácida.

${\ displaystyle \ mathrm {\ CO_ {2} + H_ {2} O \ \ rightleftharpoons \ H_ {2} CO_ {3}}}$.

O ácido carbônico H ₂ CO _{3 formado} está em uma reação de equilíbrio com íons hidrogenocarbonato (HCO ₃ ^- ) e íons oxônio (H ₃ O ⁺ ).

${\ displaystyle \ mathrm {\ H_ {2} CO_ {3} + H_ {2} O \ \ rightleftharpoons \ HCO_ {3} ^ {\, -} + H_ {3} O ^ {+}}}$

O íon carbonato de hidrogênio HCO ₃ ^{- se} dissocia ainda mais em água para formar o íon carbonato CO ₃ ²⁻

${\ displaystyle \ mathrm {\ HCO_ {3} ^ {\, -} + H_ {2} O \ \ rightleftharpoons \ CO_ {3} ^ {\, 2 -} + H_ {3} O ^ {+}}}$

Na água, essas reações de equilíbrio ocorrem predominantemente do lado do dióxido de carbono (que é então predominantemente dissolvido fisicamente na água) e os íons de carbonato de hidrogênio são formados apenas em pequena extensão.

Na química da água , o CO ₂ dissolvido _é geralmente combinado com o ácido real H ₂ CO ₃ como ácido carbônico livre , seus produtos de reação de equilíbrio, a soma de carbonato e hidrogenocarbonato, como ácido carbônico ligado .

A fórmula

${\ displaystyle \ mathrm {Ca ^ {2 +} \ + \ 2 \ HCO_ {3} ^ {-} \ rightleftharpoons CaCO_ {3} \ + \ H_ {2} CO_ {3}}}$

descreve o equilíbrio cal-ácido carbônico .

O carbonato de cálcio em si é dificilmente solúvel em água pura. A solubilidade é de apenas 14 miligramas por litro, com o íon carbonato indo para a solução como íon carbonato de hidrogênio. Na presença de dióxido de carbono dissolvido, no entanto, a solubilidade aumenta em mais de cem vezes, com o hidrogenocarbonato de cálcio facilmente solúvel (dissociado) sendo formado

Se um desses reagentes de equilíbrio é adicionado à água (ou retirado da água), há uma "saliência" (ou "deficiência") de um lado em equilíbrio, após o que as reações químicas ocorrem na outra direção (do outro) das equações de reação, um equilíbrio foi restabelecido com os produtos da reação ( princípio da menor restrição ). O mesmo se aplica se o valor do pH ou a temperatura da água forem alterados. A evaporação ou diluição da água também causa uma mudança na concentração de CO ₂ e, portanto, uma mudança no equilíbrio. A água da chuva absorve CO ₂ da atmosfera dependendo da temperatura . Uma saliência (ou deficiência) de um lado da reação de equilíbrio leva a um aumento (ou diminuição) do outro lado também, por exemplo ...

• se (precipitação) água com um valor de pH diferente for introduzida em um corpo de água ( chuva ácida ),
• se a água de uma lagoa de banho for acidificada (por exemplo, com ácidos húmicos de turfa ),
• se o ar contendo CO ₂ for soprado nas águas balneares da lagoa
• por aquecimento solar de água, pelo qual o CO ₂ fisicamente dissolvido não reagido _é liberado devido ao aumento da temperatura da água
• sempre que água contendo minerais é aquecida, aquecida ou resfriada,
• quando uma pedra (cal) é lançada em um corpo de água (o cálcio tem uma fração de massa de 3,39% na crosta terrestre , é praticamente onipresente ; ver oligoelementos e a lista de frequências de elementos químicos )
• se os banhistas tiverem sujeira de calcário em seus pés e lavá-los na água,
• por descalcificação biogênica quando as plantas superiores , plantas aquáticas e algas planctônicas na fotossíntese (-cal de equilíbrio do ácido carbônico ou seus produtos de reação) retiram o dióxido de carbono da água (na retirada do dióxido de carbono do equilíbrio de dissociação , bem como na absorção de hidrogênio pelas algas , ocorre uma redução dos íons H ₃ O ⁺ , ou seja , para aumentar o valor do pH (a água torna-se mais alcalina ), com a consequência de uma mudança na razão de massa entre hidrogenocarbonato e carbonato em favor do carbonato. de cálcio e carbonato dissolvidos excedem este multiplicado um pelo outro Produto da solubilidade do carbonato de cálcio, que consequentemente cristaliza e precipita).

A água está neste equilíbrio cal-ácido carbônico quando a precipitação de cal é igual à solução de cal, ou seja, contém dióxido de carbono suficiente para não separar cal, mas também não pode dissolver cal . Se o dióxido de carbono for removido dessa água, compostos pouco solúveis, como calcita e dolomita, são formados como carbonato misto particularmente pouco solúvel (!). A água é então supersaturada com esses carbonatos mistos , com o que eles precipitam .

Separação e precipitação de cal e minerais mistos

Além disso, há o ciclo carbonato-silicato das rochas, no qual as rochas silicatadas são dissolvidas e, em seguida, novamente depositadas. A água da chuva carbonatada corrói as rochas de silicato ao dissolver minerais de silicato de cálcio (compostos de cálcio , silício e oxigênio ), por meio do qual os íons de cálcio e carbonato de hidrogênio liberados chegam às águas subterrâneas. A equação da conversão da anortita feldspática por ácido carbônico com a formação de caulinita serve como exemplo :

${\ displaystyle \ mathrm {2 \; H_ {2} CO_ {3} \ + Ca [Al_ {2} Si_ {2} O_ {8}] \ + H_ {2} O \ \ rightarrow \ Al_ {2} [ (OH) _ {4} | Si_ {2} O_ {5}] \ + Ca ^ {2 +} \ +2 \; HCO_ {3} ^ {-} \}}$

Biominerais minerais são excretados da água por meio de biomineralização adicional . Por exemplo, algas candelabro ou cianobactérias capazes de fotossíntese ("algas azuis") também precipitam carbonato de cálcio, este último formando estromatólitos em forma de esteira em esteiras microbianas . Os microrganismos nos biofilmes são então inativos na base e morrem e continuam a crescer na superfície do filme. Diatomáceas ( diatomáceas ) precipitando sílica da água e se formando a partir dela em temperatura normal e pressão normal de dióxido de silício amorfo hidratado .

Os alegados "depósitos de calcário" em tanques ou piscinas geralmente consistem em misturas homogêneas de carbonato de cálcio, carbonatos mistos, apatita, dióxido de silício e silicatos e, portanto, são difíceis de dissolver mesmo com ácidos. A sedimentação dessas camadas minerais ocorre em corpos d'água , veja Mudde - depósitos de lodo ( Mulm ) e giz marinho - depósitos de cal.

Devido à dependência da temperatura de todo o sistema de equilíbrio, depósitos de calcário também se formam, por exemplo, em sistemas de água quente, máquinas de café ou panelas quando a água quente é preparada a partir de água calcária.

Capacidade tampão de tais águas

Altos teores de cal e, portanto, altos teores de carbonato de hidrogênio na água também atuam como tampões químicos (com o ácido carbônico como ácido e o íon de carbonato de hidrogênio como base ).

${\ displaystyle {\ rm {CO_ {2} + 2H_ {2} O \ rightleftarrows H_ {2} CO_ {3} + H_ {2} O \ rightleftarrows HCO_ {3} ^ {-} + H {_ {3} } O ^ {+}}}}$

Quando o ácido é adicionado, o equilíbrio químico é estabelecido pela liberação de CO ₂ . Uma grande quantidade de ácido deve ser adicionada para que o valor do pH mude significativamente, o que ao mesmo tempo representa uma função protetora para a biocenose contra fortes flutuações do valor do pH.

Para determinar as capacidades tampão , a capacidade de ácido é determinada por um lado , quanto ácido é necessário para uma amostra de água até que o valor de pH 4,3 seja alcançado, de modo que o ácido carbônico ligado seja determinado. O excesso de dióxido de carbono é a capacidade básica que determina o quanto a adição de álcali a uma amostra de água é necessária até que se atinja pH 8,2.

"Água Agressiva"

Se a água da torneira nas casas for descalcificada usando sistemas de troca iônica , essa água pode absorver mais dióxido de carbono. Na química da água, a água que ainda pode dissolver minerais (consulte também solubilidade e produto de solubilidade ) é chamada de água agressiva .

Os materiais calcários (concreto, cimento-amianto, etc.) também são corroídos se houver excesso de CO ₂ na água . O excesso de ácido carbônico tem influência na probabilidade de corrosão dos materiais, e isso se aplica particularmente a materiais feitos de ferro, se o chamado ácido carbônico agressivo estiver presente. As águas de equilíbrio com uma dureza mínima de 1,5 mmol / l tendem a formar uma camada de proteção contra a ferrugem da cal. Veja também a fórmula de Tillmans .

Água agressiva com excesso de ácido carbônico tem como consequência que os depósitos de calcário em canos de água antigos são novamente soltos e pode ocorrer ferrugem em áreas danificadas da camada interna de zinco . Para evitar isso, após a descalcificação, os fosfatos são frequentemente adicionados à água da torneira como fosfatização , o que novamente cria um revestimento como proteção contra corrosão e evita o desprendimento de calcário.

A partir da dolomita (CaMg (CO ₃ ) ₂ ) está em uma temperatura de Kalkbrenn mais baixa, a dolomita metade queimada (CaCO ₃ · MgO; também chamada de Magno ) foi preparada. Isso se provou no tratamento de água potável como granulado de filtro sem sílica (livre de SiO ₂ ) para desacidificação para ligar o excesso de CO ₂ . O material também é usado em peixes e tanques de natação para aumentar e estabilizar o valor do pH e para uma calagem mais eficaz. O componente MgO reage preferencialmente com a água. Mais em Magno (químico) .

Importância da dureza total

A dureza total indica a soma das concentrações dos cátions dos metais alcalino-terrosos na água. Esses cátions têm grande importância fisiológica positiva , mas interferem em alguns usos da água.

• Alguns tensoativos aniônicos e sabões formam sabões de cal insolúveis com os cátions dos metais alcalino-terrosos . Esses sabonetes de cal não contribuem em nada para o efeito de limpeza, a quantidade de surfactantes ou sabões ligados a eles permanece ineficaz e, portanto, apenas polui as águas residuais. Além disso, os sabões de cal depositados na lavanderia levam à contaminação e ao envelhecimento dos tecidos. Para melhorar isso, foram desenvolvidos surfactantes catiônicos e surfactantes anfotéricos que não reagem com íons alcalino-terrosos (ver também detergentes modulares e dureza da água e lavagem )
• Amaciador: Na máquina de lavar louça detergentes , são adicionados amaciadores (fosfatos ou citratos) ou de permuta iónica amaciadores de eliminar os construtores de dureza da água de lavagem (em máquinas de lavar louça ou máquina de lavar roupa comerciais) ou para o processo de água (por exemplo, para evaporadores em aquecimento centrais ).

Importância fisiológica

Magnésio e cálcio são essenciais para o organismo. O corpo humano contém 0,47 g / kg de magnésio e 15 g / kg de cálcio. No entanto, a água potável desempenha um papel secundário no fornecimento desses elementos ao corpo. O estrôncio, como o cálcio, está contido nos ossos, mas não tem significado fisiológico especial.

O bário é venenoso na forma dissolvida. Em águas contendo sulfato, concentrações toxicologicamente questionáveis ​​não são alcançadas porque o sulfato de bário, que é extremamente difícil de dissolver , é formado. O sulfato de bário é o principal componente dos meios de contraste de raios-X médicos administrados por via oral .

Dureza não carbonatada

A dureza permanente não está ligada a carbonato de hidrogênio ou carbonato e, portanto, em princípio não pode ser removida da água como carbonato de cálcio ou magnésio. Esta parte não removível deve-se a tais ânions. B. Cloretos , nitratos e sulfatos balanceados ("ligados"). As diferentes concentrações exatas em que esses ânions estão presentes são irrelevantes em relação à dureza da água, mas fornecem informações sobre a origem desses componentes. Na verdade, no entanto, essa dureza permanente tem uma influência decisiva no comportamento de precipitação dos componentes de dureza carbonato, porque as concentrações aumentadas de cálcio e magnésio são incluídas no cálculo dos produtos iônicos com o carbonato e, portanto, os valores limiares z . B. aumentar o "ácido carbônico associado" para a ocorrência das reações típicas de precipitação de dureza.

As concentrações de íons de magnésio e cálcio são freqüentemente determinadas separadamente e então referidas como "dureza de magnésio" ou "dureza de cálcio". Sua soma corresponde a uma boa aproximação da dureza total da água.

Métodos de determinação

• O método de determinação praticável mais conhecido para a dureza total é a titulação complexométrica com uma solução aquosa do sal dissódico do ácido etilenodiaminotetracético (EDTA, nome comercial: Titriplex III) com uma concentração conhecida . O EDTA se forma com todos os componentes de dureza de metal alcalino-terroso Ca ²⁺ , Mg ²⁺ , Ba ²⁺ , Sr ²⁺ , ... quelato estável e solúvel . 100 ml da amostra de água a ser examinada são misturados com 2 ml de solução de amônia 25%, um tampão de pH 11 ( amônia - acetato de amônio ) e o indicador eriocromo preto T. O indicador está geralmente disponível junto com o tampão como os chamados “comprimidos de tampão indicador”. O indicador, quando mascarado com um corante amarelo, forma um complexo de cor vermelha com o Ca ²⁺ e o Mg ²⁺ . Se todos os íons alcalino-terrosos estiverem ligados pelo EDTA no final da titulação, o Eriocromo Preto-T é livre e colorido de verde. O indicador sem máscara muda de cor de magenta para azul. A dureza total é calculada a partir do volume de solução de EDTA usado. Com uma amostra de água de 100 ml, 1 ml da solução de EDTA usada (c = 0,1 mol / l) corresponde a 5,6 ° dH (graus alemães de dureza), o que corresponde a 1 mmol / l de íons alcalino-terrosos. Para determinar a concentração de cálcio e magnésio individualmente, a titulação é realizada contra Ca ²⁺ com EDTA a um pH inferior de aproximadamente 8 , porque o complexo Mg-EDTA ainda não é estável a este pH. No ponto de transição para o cálcio, o pH é então ajustado para 11 e titulado com EDTA contra Mg ²⁺ .
• Um método um pouco mais antigo é a titulação de precipitação hidrolítica com solução alcoólica de palmitato de potássio , em que as palmitações reagem com íons de cálcio e magnésio (ou todos os íons alcalino-terrosos que também estão incluídos) para formar os sais insolúveis correspondentes ( sabão de cal ) de ácido palmítico. Quando o ponto de equivalência é excedido, os íons palmitato reagem hidroliticamente para formar íons hidróxido , que podem ser detectados usando fenolftaleína como indicador . 1 ml de uma solução de palmitato de potássio com uma concentração de 0,1 mol / l corresponde a uma dureza total de 1 meq / l.

${\ displaystyle \ mathrm {2 \ RCOO ^ {-} + Ca ^ {2 +} \ \ longrightarrow \ (RCOO) _ {2} Ca}}$

${\ displaystyle \ mathrm {\ RCOO ^ {-} + H_ {2} O \ \ rightleftharpoons \ RCOOH + OH ^ {-}}}$

• A dureza do carbonato é determinada pela capacidade de ligação do ácido clorídrico (SBV), a dureza do carbonato corresponde à capacidade do ácido (ver também capacidade tampão ). Para tal, 100 ml de água são titulados com ácido clorídrico (c = 0,1 mol / l) até pH 4,3 ( medidor de pH ou alteração do indicador de laranja de metila ). Aqui (quase) todo o carbonato e hidrogenocarbonato é convertido em "ácido carbônico livre". O consumo de ácido em ml corresponde, portanto, à concentração de carbonato de hidrogênio em meq / l. A multiplicação por 2,8 resulta em graus de dureza alemães (° dH), desde que o resultado do cálculo não exceda a dureza total. A determinação do dióxido de carbono livre é determinada pela determinação da capacidade base .
  Se a análise de uma água natural mostra um valor mais alto para a dureza do carbonato do que para a dureza total, então essa água também contém hidrogenocarbonato de sódio. Neste caso, a dureza do carbonato é idêntica à dureza total, pois esta não pode ser maior que a dureza total.
• Em laboratórios analíticos, os íons alcalino-terrosos, bem como os ânions dos resíduos de ácido, podem ser determinados com a ajuda de cromatografia de íons ou eletroforese capilar . O cálcio também pode ser determinado espectroscopicamente com a ajuda da espectrometria de emissão atômica com chama (F-AES).

Unidades e conversão

De acordo com o sistema de medição SI , o teor de íons alcalino-terrosos , isto é , a dureza total, é dado em moles por litro ou, dadas as baixas concentrações, em milimoles por litro (mmol / l).

Na Alemanha e na Áustria, a dureza da água era anteriormente dada em graus de dureza alemã (° dH). 1 ° dH foi formalmente definido como 10 mg de CaO por litro de água. Os outros componentes de dureza, como o magnésio, foram definidos como a quantidade equivalente (7,19 mg de MgO por litro). Posteriormente, a indicação da dureza da água foi usada na quantidade de substância orientada para a prática, unidade milival equivalente por litro (mEq / l). Hoje, as informações molares acima mencionadas são exigidas por lei, independentemente dos requisitos práticos.

Na Suíça, os graus de dureza franceses ° fH são decisivos.

Outras unidades de medida foram ou estão em uso em outros países, mas são comparáveis ​​apenas até certo ponto. Eles se tornam comparáveis ​​se assumirmos uma razão de íons padrão. Isso é possível porque a maioria das águas naturais tem uma distribuição de cátions relativamente semelhante, independentemente do conteúdo total de sal. A tabela a seguir só pode ser usada para conversão se for esse o caso:

Conversão para as unidades de dureza da água

		° dH	° e (° Clark)	° fH	° rH	ppm (° aH)	mval / l	mmol / l
Diploma de alemão	1 ° dH =	1	1.253	1,78	7,118	17,8	0,357	0,1783
Graduação em Inglês (grau Clark)	1 ° e =	0,798	1	1,43	5,695	14,3	0,285	0,142
Grau de francês	1 ° fH =	0,560	0,702	1	3,986	10	0,2	0,1
Diploma de russo	1 ° rH =	0,140	0,176	0,251	1	0,146	0,050	0,025
ppm CaCO 3 (grau americano)	1 ppm =	0,056	0,07	0,1	6,834	1	0,02	0,01
íons alcalino-terrosos mval / l	1 meq / l =	2,8	3,51	5,00	20.040	50	1	0,50
íons alcalino-terrosos mmol / l	1 mmol / l =	5,6	7,02	10,00	40.080	100,0	2,00	1

A unidade de 1 ppm é usada aqui, ao contrário do sentido real da palavra, no sentido de 1 mg de CaCO ₃ por litro de água, ou seja, H. no sentido de cerca de 1 mg por quilograma.

Se os valores de magnésio (Mg) e cálcio (Ca) forem conhecidos, a dureza da água (por exemplo, para água mineral) pode ser calculada da seguinte forma:

Grau de dureza da água em ${\ displaystyle \ mathrm {mmol / l} \ approx [{\ text {valor de Ca em mg / l}}] / 40 + [{\ text {valor de Mg em mg / l}}] / 24 {,} 3}$

ou em ${\ displaystyle {\ text {° dH}} \ approx 0 {,} 14 \ cdot [{\ text {valor Ca em mg / l}}] + 0 {,} 23 \ cdot [{\ text {Mg- Valor em mg / l}}]}$

Faixas de dureza

Alemanha

Faixas de dureza para dosagem de detergentes

De acordo com a Seção 7 (1), sentença 1, no.5 da Lei de Agentes de Lavagem e Limpeza (WRMG), desde 1988 recomendações de dosagem graduada em mililitros para faixas de dureza de 1 a 4 tiveram que ser fornecidas na embalagem de detergentes e agentes de limpeza que contêm fosfatos ou outras substâncias que ligam a dureza . A informação referente aos milimoles de dureza total por litro foi prescrita por lei . As seguintes faixas de dureza foram definidas:

Faixa de dureza	Milimoles de dureza total por litro	° dH
1 (suave)	para 1,3	a 7,3
2 (médio)	1,3 a 2,5	7,3 a 14
3 (difícil)	2,5 a 3,8	14 a 21,3
4 (muito difícil)	mais de 3,8	mais de 21,3

Novo regulamento das áreas de privação

Em 1º de fevereiro de 2007, o Bundestag alemão aprovou a revisão da Lei de Agentes de Lavagem e Limpeza (WRMG), que entrou em vigor em 5 de maio de 2007. Isso inclui, inter alia. as faixas de dureza são adaptadas aos padrões europeus e a especificação de dureza total em milimoles por litro é substituída pela especificação de carbonato de cálcio em milimoles por litro (o que é absurdo do ponto de vista químico) . As empresas de abastecimento de água provavelmente continuarão a publicar a dureza total, mas isso não é exigido por lei. De acordo com as declarações feitas pelo BMU ao DVGW , milimoles de carbonato de cálcio por litro devem ser interpretados inalterados como milimoles de dureza total por litro . As novas faixas de dureza dificilmente diferem das anteriores, apenas as faixas 3 e 4 são combinadas para formar a faixa de dureza "dura" e os números 1, 2, 3 e 4 são substituídos pelas - já comuns - descrições "suave", " médios "e" duros "substituídos. As novas faixas de dureza são definidas da seguinte forma:

Faixa de dureza	Milimoles de carbonato de cálcio por litro	° dH
suave	menos de 1,5	menos de 8,4 ° dH
meio	1,5 a 2,5	8,4 a 14 ° dH
duro	mais de 2,5	mais de 14 ° dH

De acordo com a Seção 8, Parágrafo 1, Cláusula 1 do WRMG, as quantidades recomendadas e / ou instruções de dosagem em mililitros ou gramas para um enchimento de máquina de lavar normal com níveis de dureza de água macia, média e dura e levando em consideração uma ou duas lavagens devem ser indicado na embalagem dos detergentes . Para poupar detergente, deve conhecer a dureza da água local e depois ler a quantidade correspondente de detergente na embalagem. No caso de água potável mais dura (da faixa de dureza 3 - "dura"), um amaciante sem fosfato separado deve ser adicionado a temperaturas de 60 ° C e acima. A empresa de abastecimento de água informa o cliente sobre a dureza da água no local ou envia adesivos, que são colados de forma expedita na máquina de lavar.

Para água potável existem regulamentos relativos à dureza da água, consulte aqui.

Métodos de amolecimento

Descarbonização : Esta medida reduz apenas a dureza do carbonato. O hidróxido de cálcio é adicionado à água como "água de cal", o que desencadeia a seguinte reação:

${\ displaystyle \ underbrace {\ mathrm {Ca ^ {2 +} + 2 \ HCO_ {3} ^ {-}}} _ {\ text {Dureza de carbonato}} \, \ mathrm {+ \, Ca (OH) _ {2}} \ \ mathrm {\ longrightarrow 2 \ CaCO_ {3} \ downarrow \ +2 \ H_ {2} O}}$

Em algumas centrais hidráulicas alemãs , a descarbonização é realizada em águas muito duras.

Amolecimento por troca iônica: trocadores de íons que são regenerados com sal de cozinha são capazes de trocar íons de cálcio e magnésio por íons de sódio. Este princípio é z. B. usado em máquinas de lavar louça para proteger os elementos de aquecimento e evitar "calcário" nos pratos. Os sistemas de amaciamento de água para uso não profissional para amaciar água potável usam este princípio. Ocasionalmente, também é usado para tratar pequenas quantidades de água, por exemplo, para regar flores ou fazer chá.

Dessalinização total: a dessalinização total não remove apenas os construtores de dureza, mas todos os íons. Isso é obtido por meio de uma combinação de trocadores de cátions e ânions. Água totalmente desmineralizada é usada sempre que a água é necessária em sua forma pura. As maiores quantidades são utilizadas como água de alimentação da caldeira . A osmose reversa e a destilação , que também removem os sólidos dissolvidos não iônicos, alcançam um resultado semelhante .

Outros métodos: A formação de complexos com polifosfatos reduz a dureza, mas leva à fertilização excessiva das águas superficiais. Detergentes, muitas vezes conter pequenas quantidades de agentes complexantes, mas o amolecimento é hoje em dia principalmente por permutadores de catiões, tais como uma zeolite . Isso evita a formação de sabões de cal , aumenta a estabilidade da emulsão necessária para o ciclo de lavagem e protege os elementos de aquecimento da máquina de lavar.

Quando as locomotivas a vapor também estão dentro, é usado o tratamento de água de alimentação .

Dispositivos com campos elétricos ou magnéticos não removem a dureza e seu efeito é controverso. Na melhor das hipóteses, é concebível que durante a cristalização do excesso de carbonato de cálcio sob a influência desses campos, a forma instável de aragonita seja formada, que consiste em cristais em forma de agulha fina e permanece suspensa . A cristalização normal para calcita mais estável , por outro lado, forma as conhecidas incrustações (escama). O efeito deste tipo de tratamento de água é limitado no tempo e, portanto, se perde novamente após uma certa distância de fluxo atrás do dispositivo. Um pré-requisito para o efeito descrito parece ser que campos alternados sejam usados ​​ou que a água seja agitada em um campo estático. Portanto, z. B. sapatas magnéticas colocadas no cano de água não têm efeito.

literatura

• Walter Kölle: Análises da água - julgadas corretamente. Noções básicas, parâmetros, tipos de água, ingredientes, valores-limite de acordo com a Portaria de Água Potável e a Diretiva de Água Potável da UE. 2ª edição atualizada e ampliada. WILEY-VCH, Weinheim 2003, ISBN 3-527-30661-7 .
• Hanns-J. Krause: água do aquário. Diagnóstico, terapia, processamento. 2ª edição melhorada, nova edição. bede-Verlag, Kollnburg 1993, ISBN 3-927997-00-5

Links da web

• Mapa geral da dureza da água em toda a Alemanha
• Site suíço para descobrir a dureza da água por código postal (Swiss Gas and Water Association SVGW)
• Mapa geral da dureza da água na Áustria (arquivo PDF; 397 kB)
• Diretório de dureza da água em muitas cidades alemãs
• Diretório de dureza da água em muitas cidades alemãs

Evidência individual

1. ↑ Anne Liewert: The meteorological Medicine of Corpus Hippocraticum. De Gruyter, Berlin / Munich / Boston 2015, ISBN 978-3-11-041699-2 , p. 98, visualização do Google Livros
2. ↑ Anne Liewert: The meteorological Medicine of Corpus Hippocraticum. De Gruyter, Berlin / Munich / Boston 2015, ISBN 978-3-11-041699-2 , p. 98, nota de rodapé 109, visualização do Google Books
3. ^ Wilhelmine Buchholz: água e sabão ou livro de lavanderia geral. ; Hamburgo e Leipzig; 1866 ( visualização limitada na pesquisa de livros do Google).
4. ^ ^{A b c} Karl Höll, Helmut Peter, Dietrich Lüdemann: Água . ISBN 3-11-125936-6 ( visualização limitada na Pesquisa de Livros do Google).
5. ↑ Química aplicada e tecnologia ambiental para engenheiros. P. 340 ( visualização limitada na pesquisa de livros do Google).
6. ↑ Wolfgang F. Tegethoff: Carbonato de cálcio do período Cretáceo ao século XXI . Springer-Verlag, 2013, ISBN 978-3-0348-8259-0 , pp. 3 ( visualização limitada na pesquisa de livros do Google). 
7. ↑ Harry H. Binder: Léxico dos elementos químicos. S. Hirzel Verlag, Stuttgart 1999, ISBN 3-7776-0736-3 .
8. ↑ Jander / Jahr / Knoll: Maßanalyse, Göschen Collection Volume 221, de Gruyter Berlin 1966, pp. 209 e segs.
9. ↑ Tabela baseada em: Hanns-J. Krause: água do aquário. Diagnóstico, terapia, processamento. 2ª edição melhorada, nova edição. bede-Verlag, Kollnburg 1993, ISBN 3-927997-00-5 , página 35.
10. ↑ de 1987, Diário da Lei Federal I p. 875
11. ↑ Lei do Detergente e Agente de Limpeza .
12. ↑ Novas faixas de dureza para água potável .
13. ↑ i. Em relação ao Regulamento (CE) n.º 648/2004 (PDF) (com a última redacção que lhe foi dada pelo Regulamento CE n.º 907/2006 ) Art. 11, n.º 4 e em conformidade com o Anexo VII, Secção B do mesmo.
14. ↑ Swiss Gas and Water Association: Dureza da água: o que deve ser considerado? (PDF; 333 kB), acessado em 8 de maio de 2017.

Veja também

• Profundidade de compensação de carbonato