Dlaczego woda jest twarda?

Często słyszy się, że woda jest twarda lub miękka. Co tak naprawdę oznaczają i z czego wynikają te właściwości wody? W poniższym artykule postaramy się wyjaśnić to ciekawe zjawisko. Większość wód występujących na powierzchni naszej planety jest bardzo bogata w różne rozpuszczone w niej składniki mineralne. Z jednej strony, zawartość tego typu minerałów jest potrzebna i niezbędna dla zdrowia. Jednak organizm ludzki tego typu substancje przyswaja głównie ze spożywanych posiłków (mięsa, owoce i warzywa, soki), a udział tych, które pochodzą bezpośrednio z wody ma marginalne znaczenie. Niektóre naturalnie występujące wody są wodami miękkimi – dobrym przykładem są górskie potoki, lub chociażby padający deszcz (o ile nie występuje zjawisko kwaśnego deszczu). Twardość wody wynika z ilości rozpuszczonych w niej składników. Głównie są to jony wapnia i magnezu (twardość wapniowa i twardość magnezowa), ale w kształtowaniu tego parametru biorą udział także jony żelaza, glinu, kationy metali ciężkich, jony manganu.

Twardość przemijająca, trwała i ogólna

Twardość wody można sklasyfikować jeszcze wg innego kryterium. Twardość wody naturalnej spowodowana obecnością wodorowęglanów, węglanów, wodorotlenków wapnia i magnezu to tzw. twardość przemijająca (twardość węglanowa, twardość nietrwała). Pozostałe substancje – chlorki, siarczany, azotany wapnia i magnezu powodują twardość trwałą (twardość niewęglanową). Suma twardości trwałej i przemijającej tworzy twardość ogólną wody. Wody naturalne charakteryzują się różną twardością. Wody opadowe (mgła, deszcze) są bardzo miękkie, wody słodkie bogate są w wapń – stąd twardość wapniowa. Największy poziom twardości wykazują wody podziemne – główne źródło wody wodociągowej. Twardość tego typu wód może dochodzić nawet do 500 mg CaCO3/ dm3. Jest to graniczna wartość Polskiej Normy dla twardości wody. Twardość wody ma też duży wpływ na jej właściwości organoleptyczne. Nadmierna zawartość niektórych jonów (lub jej brak) jest wyczuwalna w smaku (np. zbyt duża ilość soli magnezu jest odczuwana jako gorzka). Duża koncentracja chlorku i siarczanu magnezu może nawet powodować biegunkę i inne dolegliwości żołądkowe. Inne związki mogą być odpowiedzialne za nieprzyjemny zapach i zabarwienie wody. Twardość wody powoduję zmianę jeszcze jednego parametru – zwiększone napięcie powierzchniowe. Im wyższa wartość napięcia powierzchniowego wody, tym trudniej następuje zwilżanie powierzchni taką wodą. Trudno zatem czyścić zabrudzone powierzchnie, a do wszelkich procesów myjąco–czyszczących wymagana jest większa ilość mydła i detergentów. Dodatkowo, twardość przemijająca jest w głównej mierze odpowiedzialna na powstawanie kamienia kotłowego – to wróg publiczny nr 1 wszelkich systemów wodociągowych, grzałek i bojlerów ;). Nadmierna warstwa kamienia grozi poważnymi awariami części mechanicznych, całkowitą blokadą rurociągu, a nalot na armaturze wygląda bardzo nieestetycznie. Wiele branż wymaga stosowania wody miękkiej – kotły parowe, chłodnice, sieci ciepłownicze zasilane twardą wodą w krótkim czasie, dzięki osiadaniu warstwy kamienia kotłowego, znacząco obniżą swą efektywność energetyczną. Przemysł spożywczy, czy tekstylny właściwie nie mógłby istnieć bez urządzeń, jakimi są zmiękczacze wody. Lp. Stopień twardości wody 1 Woda bardzo miękka < 2 < 100 < 5,6 < 1 2 Woda miękka 2-4 100-200 5,6 - 11,2 1-2 3 Woda średnio-twarda 4-7 200-350 11,2 - 19,6 2 - 3,5 4 Woda twarda 7-11 350-550 19,6 - 30,8 3,5 - 5,5 5 Woda bardzo twarda > 11 > 550 > 30,8 > 5,5