De invloed van hard water op wasprocessen en toestellen

Water dat rijk is aan oplosbare calcium (Ca)- en magnesium (Mg)-zouten en dus veel calcium- en magnesium-ionen bevat, noemt men hard water. Ca- en Mg-ionen zijn niet schadelijk voor de gezondheid maar ze zijn wel hinderlijk voor wasprocessen. Zeep vormt met deze ionen immers een neerslag zodat er in hard water meer zeep nodig is om een goed wasresultaat te verkrijgen. Bovendien is hard water schadelijk voor de verwarmingselementen in allerhande toestellen zoals in bijvoorbeeld wasmachines, waterkokers en strijkijzers. Ca- en Mg-ionen zorgen immers voor kalkaanslag op deze verwarmingselementen.

• De hardheid van water
• Totale hardheid
• Tijdelijke hardheid
• Blijvende hardheid
• Problemen met hard water
• Invloed op zeepwerking
• Aantasting van verwarmingselementen
• Verzachten van hard water

De hardheid van water

Totale hardheid

De totale hardheid van water wordt bepaald door alle calcium- en magnesiumzouten die in het water aanwezig zijn.

Voorbeelden van deze zouten:

• Chloriden (CaCl₂ en MgCl₂)
• Nitraten (Na(NO₃)₂ en Mg(NO₃)₂)
• Sulfaten (CaSO₄ en MgSO₄)
• Waterstofcarbonaten (Ca(HCO₃)₂ en Mg(HCO₃)₂)

De totale hardheid wordt uitgedrukt in hardheidsgraden. Men kan hiervoor Duitse (°d), Franse (°f) of Engelse (°e) hardheidsgraden gebruiken. Water met een Duitse hardheidsgraad van 1 °d is even hard als water met 17,80 mg/l CaCO₃. Dit betekent dat 1 liter water met een hardheid van 1°d in totaal evenveel Ca- en Mg-ionen bevat als er Ca-ionen aanwezig zijn in water met 17,80 mg/l CaCO₃.

Omrekening in de andere hardheidsgraden:

• 1 °d = 1,8 °f = 1,25 °e
• 1 °f = 9.89 mg/l CaCO₃.
• 1 °e= 14.24 mg/l CaCO₃.

Categorieën water

Tijdelijke hardheid

De tijdelijke hardheid is het deel van de hardheid dat uit het water kan verwijderd worden door het water te koken. De aanwezige Ca- en Mg-ionen zullen hierbij reageren met aanwezige waterstofcarbonaationen ter vorming van het slecht oplosbare calcium- en magnesiumcarbonaat.

Ca²⁺ + 2 HCO₃^- → CaCO₃ + H₂O + CO₂
Mg²⁺ + 2 HCO₃^- → MgCO₃ + H₂O + CO₂

Deze carbonaten zetten zich vast op de kookpot en zijn bijgevolg uit het water verdwenen.

Blijvende hardheid

De blijvende hardheid omvat alle opgeloste Ca- en Mg-zouten zonder de carbonaten. De blijvende hardheid is dus niet te verwijderen door het water te koken.

Problemen met hard water

Invloed op zeepwerking

Zeep kan worden bereid door een olie te laten reageren met kaliumhydroxide (KOH) of met natriumhydroxide (NaOH). Een zeep bestaat dus uit geïoniseerde vetzuurmoleculen (RCOO^-K⁺ of ROO^-Na⁺). Het negatief geladen uiteinde van dit molecule wordt aangetrokken door waterige oplossingen en de niet geladen keten R lost goed op in vetten. De samenstelling van de R-keten is afhankelijk van de gebruikte olie maar is steeds hydrofoob (waterafstotend). Zeepdeeltjes zijn hierdoor dus in staat om vetdruppels te verwijderen en dus te ontvetten. In tegenstelling tot kalium- en natriumzepen zijn calcium- en magnesiumzepen heel slecht oplosbaar. Indien zeepmoleculen dus in contact komen met Ca- en/of Mg-ionen, zullen deze zeepmoleculen neerslaan en dus niet meer in staat zijn om hun zeepwerking uit te voeren. Om een wasproces te garanderen, moet er in hard water dus meer zeep worden toegevoegd dan in zacht water. De gevormde neerslag slaat bovendien neer. Dit resulteert in onaangenaam uitziend badwater en in gewassen kleding die ruw aanvoelt.

Aantasting van verwarmingselementen

Zoals reeds vermeld bij het gedeelte tijdelijke hardheid zal er bij hoge temperaturen CaCO₃ en MgCO₃ gevormd worden met aanwezige HCO₃^2--ionen. Dit proces treedt uiteraard ook op bij elektrische verwarmingselementen welke door deze afzetting worden aangetast.

Verzachten van hard water

Voor een optimale zeepwerking en om de levensduur van elektrische verwarmingselementen te verlengen, is het gebruik van zacht water dus aangeraden. Er bestaan verschillende middelen om hard water te verzachten.

• Commerciële waterverzachters bevatten stoffen welke met de aanwezige Ca- en Mg-ionen binden ter vorming van oplosbare complexen zodat de ionen niet meer kunnen neerslaan met zeep of reageren met aanwezige waterstofcarbonaten. Deze verzachters worden gebruikt in vaat- en wasmachines.
• Water kan ook onthard worden door het in contact te brengen met een kationenwisselaar. De kationenwisselaar vangt de calcium- en magnesiumionen op en vervangt deze door natriumionen. In gebieden met hard leidingwater wordt er meestal een ionenwisselaar geschakeld in de waterleiding.
• Door het toevoegen van soda (Na₂CO₃) zullen de storende calciumionen neerslaan en dus verwijderd worden uit het water na filtreren. Na₂CO₃ is een goed oplosbaar zout. Indien de carbonaat-ionen in contact komen met Ca- en Mg-ionen, zal het slecht oplosbare CaCO₃ en MgCO₃ worden gevormd. (2 Na⁺ + CO₃^2- + Ca²⁺ + 2 Cl^- → CaCO₃ + 2 Na⁺ + 2 Cl^-) Dit is een eenvoudige methode om strijkwater te bereiden.