Duritatea apei

Duritatea apei în Italia (hârtie din anii 1980 ai secolului XX)

apa dulce

apă medie

apă dură

Prin duritatea apei înțelegem o valoare care exprimă conținutul total de ioni de calciu și magneziu , datorită prezenței sărurilor solubile în apă și a oricăror metale grele prezente în apă . ^[1] În general, acest termen se referă la duritatea totală ; duritatea totală este suma durității permanente , care exprimă cantitatea de cationi rămași în soluție după fierbere prelungită, și duritatea temporară , care, prin diferența dintre duritățile anterioare, exprimă substanțial cantitatea de hidrogen carbonat (sau bicarbonat) prezentă în apă înainte de fierbere .

Sărurile de duritate sunt de obicei prezente în apă sub formă de sulfați , cloruri , nitrați , carbonați sau hidrogen carbonați , în general solubili, care precipită la încălzire sau evaporare formând calcar sau alte tipuri de incrustări.

Apa dură afectează negativ procesele de spălare: de fapt, moleculele care alcătuiesc detergentul se combină cu ioni de calciu formând compuși insolubili care, pe lângă creșterea cantității de detergent necesari, se depun în fibrele țesăturilor care le fac simțite. În plus, prezența substanțelor incrustante este dăunătoare plantelor industriale, atât pentru acțiunea lor corozivă, cât și pentru incrustările pe care le formează. Din acest motiv, sunt adesea folosite tehnici de înmuiere , adică îndepărtarea sărurilor de calciu și magneziu.

Duritatea apei poate fi redusă trecând-o printr-un dedurizator manual sau automat pe o rășină schimbătoare de ioni , care constă dintr-un polimer care conține ioni de sodiu (Na ⁺ ) care sunt schimbați cu ionii de calciu și magneziu ai apei. Ionii de calciu și magneziu sunt reținuți de rășină care este apoi regenerată ulterior prin tratare cu apă sărată concentrată (NaCI) ( saramură ).

Unitate de măsură

Sistemul internațional recomandă utilizarea de moli pe metru cub (mol / m³) pentru duritatea apei, adică conținutul de ioni alcalino-pământoși .

Cu toate acestea , în Italia, duritatea apei este exprimată în general în grade franceze (° f sau ° fH, rareori ° HF, de confundat cu ° F, care sunt grade Fahrenheit ), unde un grad reprezintă 10 mg de carbonat de calciu (CaCO ₃ ) pe litru de apă (prima f = 10 mg / l = 10 ppm ).

În general, apele sunt clasificate în funcție de duritatea lor după cum urmează: ^[2]

până la 4 ° f: foarte dulce
de la 4 ° f la 8 ° f: dulce
de la 8 ° f la 12 ° f: mediu-dur
de la 12 ° f la 18 ° f: destul de greu
de la 18 ° f la 30 ° f: greu
peste 30 ° f: foarte greu.

Alte unități de măsurare a durității sunt gradele germane (° dH, de la Grad deutsche Härte , sau ° GH, de la Gesamthärte ) utilizate pe scară largă de acvaristi cu 1 ° dH = cantitatea de săruri echivalentă cu 10 mg / l oxid de calciu CaO (1 ° dH = 1,79 ° f), gradele englezești (sau ale lui Clark) ° e (sau e, ° Clark sau, rar, ° eH) unde 1 ° e = 1 g de carbonat de calciu în 70 litri de apă (1 ° e = 1,43 ° F), gradele americane (° TH, de la duritatea totală sau ° aH) unde 1 ° TH = 17,1 mg / l de carbonat de calciu (1 ° TH = 1,71 ° f), grade rusești (° rH, definite de un standard GOST ca ° Ж din 2014), meq / l și ppm de carbonat sau oxid de calciu. Alternativ, rezultatul poate fi exprimat ca milimoli de carbonat de calciu pe litru de apă, de exemplu: 12 ° f corespunde la 1,2 mmol / l. Boabele sunt o unitate de măsură corespunzătoare a 64,8 mg de carbonat de calciu . In prezent, gradul MEC este de asemenea folosit, ceea ce corespunde la 1 g de _CaCO3 în 100 de litri și este , prin urmare , să fie egal cu nota franceză.

Indicii Langelier și Ryznar

Din punct de vedere tehnico-practic, în special în domeniul ingineriei instalațiilor, utilizarea indicilor specifici este adesea utilizată pentru a evalua proprietățile apei în condițiile de funcționare a utilizării.

Indicele Langelier ( I _L ) este o valoare care definește tendința de precipitare a carbonatului de calciu. ^[3] Calculul acestui indice se bazează pe determinarea pH - ului la care apa este saturată în carbonat de calciu (pH _s ); aplicând formula I _l = pH - pH _s este posibil să se obțină indicele Langelier. Dacă I _L este pozitiv, apa este supra-saturată cu carbonat de calciu și există o tendință ridicată de formare a incrustărilor; dacă I _L este negativ, apa va fi agresivă ; în timp ce dacă I _L = 0 apa este în echilibru.

Indicele Ryznar ( I _R ), obținut într-un mod similar cu indicele Langelier, este în anumite privințe un index complementar cu cel anterior și permite obținerea unor informații mai detaliate. ^[3] Își asumă întotdeauna o valoare pozitivă și permite clasificarea apei ca incrustatoare sau agresivă pe baza unei scări a valorilor I _R crescătoare.

Definiția hardness

După cum s-a scris anterior, duritatea unei ape este definită ca conținutul de săruri de calciu și magneziu, distingându-le de alte săruri, deoarece prezența lor în cantități excesive provoacă dezavantaje considerabile. De fapt, din cauza încălzirii, apa dură dă naștere la tulburare, cu formarea consecventă a incrustărilor, care sunt deosebit de dăunătoare atât în sistemele domestice, cât și în cele industriale. O duritate prea mică mărește puterea de solvent a apei în sine, care poate aduce astfel metale grele în soluție. Duritatea poate fi împărțită în temporară , permanentă și totală .

Duritate temporară

Termenul de duritate temporară , legat de prezența hidrogenului carbonat, se explică prin stabilirea următoarelor echilibre chimice:

{\ce {Ca(HCO3)2 (aq) <=> CaCO3 (s) + CO2(g) + H2O (aq)}}

{\ displaystyle {\ ce {Ca (HCO3) 2 (aq) <=> CaCO3 (s) + CO2 (g) + H2O (aq)}}}

{\ displaystyle {\ ce {Ca (HCO3) 2 (aq) <=> CaCO3 (s) + CO2 (g) + H2O (aq)}}}

{\ce {Mg(HCO3)2 (aq) <=> MgCO3 (s) + CO2(g) + H2O (aq)}}

{\ displaystyle {\ ce {Mg (HCO3) 2 (aq) <=> MgCO3 (s) + CO2 (g) + H2O (aq)}}}

{\ displaystyle {\ ce {Mg (HCO3) 2 (aq) <=> MgCO3 (s) + CO2 (g) + H2O (aq)}}}

La temperaturi mai mari de 80 ° C, acest echilibru este deplasat spre dreapta, astfel încât contribuția hidrogenului carbonat la duritatea totală este considerată „temporară”, dat fiind că, după fierbere, această contribuție dispare datorită formării unui precipitat solid de carbonat de calciu și magneziu.

Se obține experimental prin scăderea durității permanente din duritatea totală.

Duritate permanentă (reziduu fix)

Este duritatea care persistă după fierberea apei. Se datorează în principal prezenței clorurilor, sulfaților și a nitraților de calciu și magneziu. În general, ionii de bicarbonat, la încălzire, pierd un atom de hidrogen, transformându-se într-un ion carbonat care se adaugă celor deja prezenți în apă.

Duritate totală

Este dat de suma durității temporare și permanente.

Determinarea durității

Metoda complexometrică

Duritatea este măsurată cu precizie prin titrarea probei de apă cu o soluție de acid etilendiaminetetraacetic (EDTA) la concentrație exact cunoscută în prezența eriocromului negru T (NET), ^[4] un indicator care formează un complex roz cu ionii de calciu și magneziu .

Într - un interval bine definit de pH valori, EDTA formează un foarte stabil complex cu calciu și magneziu ioni mai stabile decât cea cu eriocrom T. negru pH - ul este adus la valoarea optimă a 10 unități pe plus. De amoniac bazat soluție tampon și EDTA a început să fie adăugat la probă. Când toți ionii de calciu și magneziu sunt complexați de EDTA, Eriochrome T negru devine roz spre albastru închis. Titrând 100 ml de probă de apă utilizând o soluție 0,01 M de sare EDTA disodică, este posibil să se obțină direct duritatea în grade ° F, știind că fiecare ml de titrant utilizat corespunde 1 ° F.

Schema de reacție este următoarea

Ca ²⁺ + NET → [Ca-NET] ²⁺ (roz)

[Ca-NET] ²⁺ + EDTA → [Ca-EDTA] ²⁺ + NET (albastru închis)

ionul magneziu (Mg ²⁺ ) se comportă în același mod.

După fierbere are loc transformarea hidrogenului carbonat

Ca (HCO ₃₎ ₂ → CaCO _{3 (S)} + CO ₂ + H ₂ O

iar prin titrare acum se va obține duritatea permanentă.

Este posibil să se distingă duritatea calciului de duritatea magneziului prin precipitarea magneziului la pH> 12 și procedarea la titrarea normală folosind muresside ca indicator. Prin scăderea durității calciului din duritatea totală, se obține duritatea magneziului. ^[1]

Metoda hidrotimetrică sau Boutron-Boudet

Această metodă reprezintă un test rapid, caracterizat printr-o precizie modestă în comparație cu metoda complexometrică. ^[5] Este un test bazat pe capacitatea ionilor de Ca ²⁺ și Mg ^{2+ de} a forma compuși slab solubili cu săpunuri alcaline (săruri de sodiu sau potasiu ale acizilor grași ) prin, de exemplu, reacția

2 C ₁₇ H ₃₃ COONa (aq) + Ca ²⁺ → (C ₁₇ H ₃₃ COO) ₂ Ca (s) + 2 Na ⁺

Dacă o soluție de săpun alcalin de rezistență cunoscută se adaugă picătură cu picătură la un volum dat de apă și sub agitare, când toți ionii Ca ⁺² și Mg ⁺² au precipitat ca săpunuri insolubile, se formează spumă . Pentru această determinare, o sticlă hydrotimetric calibrat corespunzător și un biuretă gradat direct sunt folosite grade franceze. Testul se efectuează mai întâi pentru a determina duritatea totală, apoi pe un volum identic de apă adus la fierbere, filtrat și readus la volum cu apă distilată, pentru a determina duritatea permanentă. Duritatea temporară se obține prin diferență.

Considerații medicale

Duritatea apei, contrar celor afirmate de o legendă urbană , nu are nici un rol în etiopatogeneza pietrelor urinare . ^[6] Într-adevăr, consumul de „apă tare”, datorită conținutului ridicat de calciu și magneziu, ar reduce probabilitatea de infarct cu 1% pentru fiecare grad suplimentar de duritate. ^[7]

DL 31/2001 recomandă valori de duritate între 15-50 ° f pentru apeducte .

Gradul diferit de duritate corespunde unui gust diferit al apei. În raport cu compoziția salină particulară a apei, se poate avea un efect diuretic mai mare sau alte proprietăți mai specifice: proprietăți digestive ale apelor bicarbonate, proprietăți laxative în cele de magneziu etc.

Notă

^ ^a ^b A. Crea și L. Falchet, Chimie analitică , Masson Scuola, 1994, p. 464, ISBN 88-214-0711-X .
^ Eugenio Stocchi, Chimie industrială anorganică , Torino, Edisco Editrice, 1993, p. 102, ISBN 88-441-2022-4 .
^ ^a ^b Nicola Rossi, Manualul termotehnicului. Fundamente. Încălzire. Condiționare. Refrigeration , Hoepli Editore, 2003, p. 857, ISBN 88-203-3095-4 .
^ G. Amandola și V. Terreni, Analiză chimică instrumentală și tehnică , Masson Scuola, 1995, p. 570, ISBN 978-88-08-09507-7 .
^ Determinarea durității apei prin metoda hidrotimetrică , pe Chimica.unige.it , Universitatea din Genova . Adus la 1 octombrie 2014 (arhivat din original la 6 octombrie 2014) .
^ ÎNTREBĂRI ȘI RĂSPUNSURI DESPRE TAP WATER ( PDF ), pe aimag.it , Aimag SpA. Accesat la 1 octombrie 2014 (arhivat din original la 20 aprilie 2015) .
^ Angelo Piemontese, Apă minerală: 20 de lucruri pe care (poate) nu le știm , în Panorama , 14 ianuarie 2014. Adus 1 octombrie 2014 (arhivat din original la 6 octombrie 2014) .

Elemente conexe

linkuri externe

( EN ) Duritatea apei , în Encyclopedia Britannica , Encyclopædia Britannica, Inc.
Duritatea apei în municipalitățile italiene , pe assocasa.federchimica.it .
Duritatea apei în municipalitățile elvețiene , pe trinkwasser.ch . Adus la 28 mai 2019 (arhivat din original la 5 ianuarie 2014) .
Tipuri de sisteme de dedurizare ( PDF ), pe depurazioneacquearrigoni.it .

Controlul autorității	Tezaur BNCF 34288 · LCCN (EN) sh85145460 · GND (DE) 4471464-6 · BNF (FR) cb11947071w (data)

Portalul chimiei : portalul științei compoziției, proprietăților și transformărilor materiei

[an-1] A. Crea și L. Falchet, Chimie analitică , Masson Scuola, 1994, p. 464, ISBN 88-214-0711-X .

[2] Eugenio Stocchi, Chimie industrială anorganică , Torino, Edisco Editrice, 1993, p. 102, ISBN 88-441-2022-4 .

[indice-3] Nicola Rossi, Manualul termotehnicului. Fundamente. Încălzire. Condiționare. Refrigeration , Hoepli Editore, 2003, p. 857, ISBN 88-203-3095-4 .

[4] G. Amandola și V. Terreni, Analiză chimică instrumentală și tehnică , Masson Scuola, 1995, p. 570, ISBN 978-88-08-09507-7 .

[5] Determinarea durității apei prin metoda hidrotimetrică , pe Chimica.unige.it , Universitatea din Genova . Adus la 1 octombrie 2014 (arhivat din original la 6 octombrie 2014) .

[6] ÎNTREBĂRI ȘI RĂSPUNSURI DESPRE TAP WATER ( PDF ), pe aimag.it , Aimag SpA. Accesat la 1 octombrie 2014 (arhivat din original la 20 aprilie 2015) .

[7] Angelo Piemontese, Apă minerală: 20 de lucruri pe care (poate) nu le știm , în Panorama , 14 ianuarie 2014. Adus 1 octombrie 2014 (arhivat din original la 6 octombrie 2014) .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]