De hardheid van water

Als er sprake is van hard leidingwater, is er meestal ook sprake van een probleem. Hard water bestaat namelijk uit Ca2+ (aq)- en/of Mg2+ (aq)-ionen. Als het harde water verwarmd wordt, ontstaat er kalk. Er treed dan de volgende reactie op: Ca2+(aq) + 2HCO3-(aq) à CaCO3(s) + H2O(l) + CO2(g). Het ontstaan van kalk komt doordat calcium en magnesium vrijkomen bij de verwarming van het water. De kristallen die dan ontstaan hechten zich aan elkaar en aan wanden van leidingen, boilers, geisers etc. Het ontstaan van kalk geeft vaak problemen bij bijvoorbeeld het zetten van thee en koffie, bij het strijken en bij de combiketel die steeds slechter warm water afgeeft. Kalk verhoogd de kans op storing aan de warmwatertoestellen en het energiegebruik neemt hierdoor toe. Niet alleen bij het verwarmen van hard water ontstaan problemen. Ook bij het wassen is er een grote kans op problemen als er erg hard water wordt gebruikt. Wasmiddelen bevatten namelijk negatief geladen zeepionen. Calciumionen vormen een neerslag met de negatief geladen zeepionen. Stearaationen (C17H35COO-) is een voorbeeld van een negatief ion dat samen met calciumionen een neerslag vormt. De neerslag die dan ontstaat is kalkzeep. De ionvergelijking die ontstaat bij het toevoegen van hard water aan natriumstearaat (zeep, C17H35COONa) ziet er als volgt uit: Ca2+(aq) + 2C17H35COO-(aq) à Ca(C17H35COO)2(s) Doordat de stearaationen met de calciumionen neerslaan, verdwijnt er een erg belangrijk deel van het wasmiddel. Daarom is er extra wasmiddel nodig om toch een wasactieve oplossing te krijgen. Als er schuimvorming ontstaat, is het wasmiddel actief, anders niet. Om minder problemen te krijgen met water, ontharden sommige drinkwaterleidingbedrijven het water voordat het naar de consument gaat. Waterleidingbedrijven gebruiken bij centraal ontharden zogenaamde milieuvriendelijke korrelreactoren. Tijdens het ontharden wordt er voor gezorgd dat de hoeveelheid calcium vermindert, maar dat de hoeveelheid magnesium niet wordt aangetast. Dit gebeurt op basis van een advies van de Gezondheidsraad uit 1982, waarin staat dat magnesium in de hoeveelheden waarin het in het water wordt aangetroffen een nuttig mineraal is. Wasmiddelfabrikanten hebben ook last van hard water. Ze lossen het probleem op door bij het waspoeder stoffen te voegen die de Ca2+-ionen onttrekken aan het water. Er ontstaat dan geen neerslag. Vroeger gebruikten de wasmiddelfabrikanten de stof natriumtrifosfaat, maar tegenwoordig gebruiken ze polycarboxylaten omdat fosfaat erg schadelijk is voor het milieu. Als natriumtrifosfaat wordt opgelost in water ontstaat er de volgende reactie: Na5P3O10 (s) à5Na (aq) + P3O10 (aq). Stoffen als natriumtrifosfaat worden wasversterkers genoemd omdat je zonder het gebruik ervan meer waspoeder nodig hebt bij het wassen en met het gebruik van zo’n stof heb je dus minder waspoeder nodig. Om water minder hard te maken, kan je ook gebruik maken van een ionwisselaar. Een ionwisselaar bestaat uit kleine plastic bolletjes waaraan nagetief geladen atoomgroepen zitten. Aan die negatieve atoomgroepen zitten Na+ -ionen. Als je water wat een erg harde hardheid heeft door een ionwisselaar laat gaan, komen de Ca2+ -ionen op de plaats van de natriumionen. De natriumionen komen in het water terecht op de plek van de Ca2+ -ionen. 2 natriumionen komen op de plaats van 1 Ca2+ -ion. Zo kan het water dus ook onthard worden. Als je de ionwisselaar opnieuw wil gebruiken, moet je er een oplossing van natriumchloride doorheen laten gaan. De natriumionen hechten zich dan weer aan de plastic bolletjes en de Ca2+ -ionen verdwijnen daar. Het hergebruiken van een ionwisselaar noem je regeneren. In bijvoorbeeld vaatwasmachines worden ionwisselaars gebruikt. In een modern wasmiddel bevindt zich meestal de stof zeoliet. Zeoliet is een vaste stof en hij kan Na+ -ionen wisselen tegen Ca2+ -ionen. Zeoliet treedt hier dus op als een ionwisselaar. Door het gebruik van zeoliet is er minder trifosfaat nodig in een wasmiddel, omdat zeoliet de meeste Ca2+ -ionen al verwijderd. De hardheid van water wordt uitgedrukt in °D (duitse hardheidsgraden). 1 °D komt overeen met 7,1 mg Ca2+ per liter. Door middel van °D bepaalt men of het water hard, zacht of zeer zacht is. In de tabel hieronder is te zien wanneer water erg hard en erg zacht is. 0 – 4 °D Zeer zacht water
4 – 8 °D Zacht water

8 – 12 °D Gemiddelde hardheid
12 – 18 °D Vrij hard water
18 – 30 °D Hard water
Een voorbeeld. Bij het toevoegen van natronloog wordt het Ca2+ -gehalte verleegd van 12- tot 6- g Ca2+ per m3 . De ionvergelijking van deze onthardingsreactie ziet er zo uit: Ca2+ (aq) + HCO3-(aq) +OH-(aq) à CaCO3(aq) + H2 O (aq). De hardheid van het water wordt dan dus verlaagd met 60/7,1 =8,5 °D per liter. Het krijgt dus ineens een gemiddelde hardheid! Het ontharden van water is dus erg effectief.