Aigua dura: diferència entre les revisions

Contingut suprimit Contingut afegit

En línia

Revisió del 09:44, 2 jul 2022

Acumulació de successives crostes calcàries concèntriques en una canonada deguda a l'aigua dura.

En química, l' aigua calcària o aigua dura -per contraposició a l' aigua tova- és aquella que conté un alt nivell de minerals, en particular sals de magnesi i calci . ^[1] De vegades es dóna com a límit per denominar una aigua com a dura una duresa superior a 120 mg / L CaCO₃. ^[2]

Coeficients

La duresa de l'aigua s'expressa normalment com a quantitat equivalent de carbonat de calci (encara que pròpiament aquesta sal no es trobi a l'aigua) i es calcula, genèricament, a partir de la suma de les concentracions de calci i magnesi existents ( mil·ligrams ) per cada litre daigua; que es pot expressar en concentració de CaCO ₃ . És a dir:

Duresa (mg/l de CaCO ₃ ) = 2,50 [Ca ⁺⁺ ] + 4,116 [Mg ⁺⁺ ]. On:

[Ca ⁺⁺ ]: Concentració d' ió Ca ⁺⁺ expressat en mg/l.
[Mg ⁺⁺ ]: Concentració d'ió Mg ⁺⁺ expressat en mg/l.

Els coeficients s'obtenen de les proporcions entre la massa molecular del CaCO ₃ i les masses atòmiques respectives: 100/40 (per al Ca ⁺⁺ ); i 100/24,3 (per al Mg ⁺⁺ ).

Tipus de duresa

En la duresa total de l'aigua es pot fer una distinció entre duresa temporal (o de carbonats ) i duresa permanent (o de no-carbonats ) generalment de sulfats i clorurs.

Duresa temporal

La duresa temporal es produeix a partir de la dissolució de carbonats en forma d'hidrogen-carbonats i pot ser eliminada fent bullir l'aigua o per l'addició d'hidròxid de calci (Ca(OH)₂).

${CaCO_{3}}{_{(s)}}+{H_{2}}{O}{_{(l)}}+{CO_{2}}{_{(g)}}{\rightleftharpoons }{Ca(HCO_{3})_{2}}{_{(aq)}}$

El carbonat de calci és menys soluble en aigua calenta que en aigua freda ^[3] així que bullir (que contribueix a la formació de carbonat) es precipitarà el bicarbonat de calci fora de la solució, deixant l'aigua menys dura.

Els carbonats poden precipitar quan la concentració d' àcid carbònic s'altera, de manera que la duresa temporal disminueix, i si l' àcid carbònic augmenta pot augmentar la solubilitat de fonts de carbonats, com pedres calcàries, de manera que la duresa temporal augmenta. Tot això està relacionat amb el pH d'equilibri de la calcita i amb l'alcalinitat dels carbonats. Aquest procés de dissolució i precipitació és el que provoca les formacions d' estalagmites i estalactites .

Duresa permanent

Aquesta duresa no pot ser eliminada en bullir l'aigua, la causa més corrent és la presència de sulfats i/o clorurs de calci i de magnesi a l'aigua, sals que són més solubles segons puja la temperatura, fins a certa temperatura, després la solubilitat disminueix a mesura que augmenta la temperatura.

Mesures de duresa de l'aigua

Les mides de duresa o grau hidrotimètric de l'aigua són:

mg/l CaCO ₃ o ppm de CaCO ₃: Mil·ligrams de carbonat càlcic ( CaCO ₃ ) en un litre d'aigua; això és equivalent a ppm de CaCO ₃ .
Grau alemany ( Deutsche Härte, °dH): Equival a 17,8 mg/l CaCO ₃ .
Grau americà: Equival a 17,2 mg/l CaCO ₃ .
Grau francès (°fH): Equival a 10,0 mg/l CaCO ₃ .
Grau anglès (°eH) o grau Clark: Equival a 14,3 mg/l CaCO ₃ .

La forma més comuna de mesura de la duresa de les aigües és per titulació amb EDTA . Aquest agent quelant permet valorar conjuntament el Ca i el Mg (a pH=10) o només el Ca (a pH=12), pels complexos que forma amb aquests cations.

Classificació de la duresa de l'aigua

Tipus d'aigua	mg/l	°fH	ºdH	ºeH
Aigua tova	≤17	≤1,7	≤0,95	≤1,19
Aigua lleument dura	≤60	≤6,0	≤3,35	≤4,20
Aigua moderadament dura	≤120	≤12,0	≤6,70	≤8,39
Aigua dura	≤180	≤18,0	≤10,05	≤12,59
Aigua molt dura	>180	>18,0	>10,05	>12,59

La classificació de l'aigua segons la duresa, segons l'escala de Merk, ^[4] és la següent:

De 0 a 79 mg CaCO ₃ /l, es considera aigua molt tova
De 80 a 149 mg CaCO ₃ /l, es considera aigua tova
De 150 a 329 mgCaCO ₃ /l, es considera aigua semi dura
De 330 a 549 mgCaCO ₃ /l, es considera aigua dura
Més de 550 mg CaCO ₃ /l, es considera aigua molt dura

Índex de saturació de Langelier

L'índex de saturació de Langelier ^[5] (de vegades índex d'estabilitat de Langelier) és un nombre calculat que s'utilitza per predir l'estabilitat del carbonat de calci de l'aigua. ^[6] Indica si l'aigua precipitarà, es dissoldrà o estarà en equilibri amb el carbonat de calci. El 1936, Wilfred Langelier va desenvolupar un mètode per predir el pH al qual l'aigua està saturada en carbonat de calci (anomenat pH _s ). ^[7] El LSI s'expressa com la diferència entre el pH real del sistema i el pH de saturació: ^[8]

Per a LSI > 0, l'aigua està súper saturada i tendeix a precipitar una capa d'escala de CaCO ₃ .
Per a LSI = 0, l'aigua està saturada (en equilibri) amb CaCO ₃ . Una capa d'escala de CaCO ₃ no es precipita ni es dissol.
Per a LSI < 0, l'aigua està poc saturada i tendeix a dissoldre CaCO ₃ sòlid.

Si el pH real de l'aigua està per sota del pH de saturació calculat, el LSI és negatiu i l'aigua té un potencial d'escala molt limitat. Si el pH real supera els pH, el LSI és positiu, i en estar sobresaturada amb CaCO ₃, l'aigua té tendència a formar incrustacions. En augmentar els valors positius de l'índex, el potencial d'escala augmenta.

A la pràctica, l'aigua amb un LSI entre -0,5 i +0,5 no mostrarà propietats de dissolució minerals ni de formació d'escala millorades. L'aigua amb un LSI inferior a -0,5 tendeix a mostrar una capacitat de dissolució notablement augmentada, mentre que l'aigua amb un LSI superior a +0,5 tendeix a mostrar propietats de formació de "tosca", notablement augmentades.

Eliminació de la duresa

Les operacions d'eliminació de duresa s'anomenen estovament o suavitzat d'aigües i es duen a terme amb un descalcificador .

La duresa pot ser eliminada utilitzant el carbonat de sodi (o de potassi) i calç. Aquestes substàncies causen la precipitació del Ca com a carbonat i del Mg com a hidròxid.

Un altre procés per a l'eliminació de la duresa de l'aigua és la descalcificació d'aquesta mitjançant resines d'intercanvi iònic . El més habitual és utilitzar resines d'intercanvi catiònic que intercanvien els ions calci i magnesi presents a l'aigua per ions sodi o altres que els intercanvien per ions hidrogen.

La duresa es pot determinar fàcilment mitjançant reactius. La duresa també es pot percebre pel gust de l'aigua. És convenient saber si l'aigua és aigua dura, ja que la duresa pot provocar dipòsits o incrustacions de carbonats en conduccions de rentadores, escalfadors, i calderes o a les planxes .

Si ja s'han format, es poden eliminar amb alguns productes anti-calç existents al mercat, encara que un mètode molt vàlid per aconseguir dissoldre els carbonats és aplicar un àcid feble (acètic, cítric, etc.) als dipòsits. Com a dada addicional per eliminar aquests residus d'alguna clau de bany, és bo fer servir una mica de vinagre blanc, si poden, submergir la peça al vinagre i deixar-la reposar de 20 a 30 minuts; serà suficient fregar amb una esponja, així s'evitarà ratllar el cromat d'aquests articles.

Problemes de salut

Alguns estudis han demostrat que hi ha una feble relació inversa entre la duresa de l'aigua i les malalties cardiovasculars als barons, per sobre del nivell de 170 mg de carbonat de calci per litre a l'aigua. L' Organització Mundial de la Salut ha revisat les evidències i va concloure que les dades eren inadequades per permetre una recomanació sobre un nivell de duresa. ^[9]

Una revisió posterior per František Kožíšek, MD, Ph.D. Institut nacional de la salut pública, República Txeca dóna una bona descripció de l'assumpte, i inversament a l'OMS, dóna algunes recomanacions per als nivells màxims i mínims de calci (40-80 mg/l) i magnesi (20-30 mg/l) en aigua potable, i d'una duresa total expressada com la suma de les concentracions del calci i del magnesi de 60-110 mg/L.

Referències

↑ Morcillo, Jesús. Temas básicos de química. 2ª. Alhambra Universidad, 1989, p. 368. ISBN 9788420507828.
↑ Agua. Escrito por Darner Mora Alvarado a Google Books
↑ Henry, J. G. y Heinke, G. W. (1996) Environmental science and engineering. Prentice Hall. [Versión en español: Ingeniería ambiental (2.ª ed.). México: Prentice Hall Hispanoamericana. 800 págs. 1999 ISBN 970-17-0266-2 (Ver pág. 151)]
↑ Dureza del agua. Aguas de Mataró
↑ McTigue. The Water Dictionary: A Comprehensive Reference of Water Terminology. American Water Works Association, 2011, p. 333–. ISBN 978-1-61300-101-1.
↑ Reid, Robert N. Water Quality Systems: Guide For Facility Managers. CRC Press, 2003, p. 66–. ISBN 978-0-8247-4010-8.
↑ Langelier, W. F. Journal of the American Water Works Association, 28, 10, October 1936, pàg. 1500–1521. DOI: 10.1002/j.1551-8833.1936.tb13785.x. JSTOR: 41226418.
↑ Aquaprox. Treatment of cooling water. Springer, 2009, p. 104–. ISBN 978-3-642-01985-2.
↑ https://www.theguardian.com/society/2004/jan/15/medicineandhealth.publichealth

[1] Morcillo, Jesús. Temas básicos de química. 2ª. Alhambra Universidad, 1989, p. 368. ISBN 9788420507828.

[2] Agua. Escrito por Darner Mora Alvarado a Google Books

[3] Henry, J. G. y Heinke, G. W. (1996) Environmental science and engineering. Prentice Hall. [Versión en español: Ingeniería ambiental (2.ª ed.). México: Prentice Hall Hispanoamericana. 800 págs. 1999 ISBN 970-17-0266-2 (Ver pág. 151)]

[4] Dureza del agua. Aguas de Mataró

[McTigueSymons2011-5] McTigue. The Water Dictionary: A Comprehensive Reference of Water Terminology. American Water Works Association, 2011, p. 333–. ISBN 978-1-61300-101-1.

[Reid2003-6] Reid, Robert N. Water Quality Systems: Guide For Facility Managers. CRC Press, 2003, p. 66–. ISBN 978-0-8247-4010-8.

[Langelier1936-7] Langelier, W. F. Journal of the American Water Works Association, 28, 10, October 1936, pàg. 1500–1521. DOI: 10.1002/j.1551-8833.1936.tb13785.x. JSTOR: 41226418.

[Aquaprox2009-8] Aquaprox. Treatment of cooling water. Springer, 2009, p. 104–. ISBN 978-3-642-01985-2.

[9] ttps://www.theguardian.com/society/2004/jan/15/medicineandhealth.publichealth

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

@@ Línia 90: / Línia 90: @@
 * De 330 a 549 mgCaCO <sub>3</sub> /l, es considera aigua dura
 * Més de 550 mg CaCO <sub>3</sub> /l, es considera aigua molt dura
+== Índex de saturació de Langelier ==
+L'índex de saturació de Langelier <ref name="McTigueSymons2011">{{Ref-llibre|editor-first=Nancy E.|editor=McTigue|editor3-last=Symons|títol=The Water Dictionary: A Comprehensive Reference of Water Terminology|url=https://books.google.com/books?id=4zZuvPDvUAwC&pg=PA333|any=2011|editorial=American Water Works Association|isbn=978-1-61300-101-1|pàgines=333–}}</ref> (de vegades índex d'estabilitat de Langelier) és un nombre calculat que s'utilitza per predir l'estabilitat del carbonat de calci de l'aigua. <ref name="Reid2003">{{Ref-llibre|cognom=Reid|nom=Robert N.|títol=Water Quality Systems: Guide For Facility Managers|url=https://books.google.com/books?id=dR9iNIqcaa4C&pg=PA66|any=2003|editorial=CRC Press|isbn=978-0-8247-4010-8|pàgines=66–}}</ref> Indica si l'aigua precipitarà, es dissoldrà o estarà en equilibri amb el carbonat de calci. El 1936, Wilfred Langelier va desenvolupar un mètode per predir el pH al qual l'aigua està saturada en carbonat de calci (anomenat pH <sub>s</sub> ). <ref name="Langelier1936">{{Ref-publicació|cognom=Langelier|nom=W. F.|publicació=Journal of the American Water Works Association|data=October 1936|volum=28|exemplar=10|pàgines=1500–1521|jstor=41226418|doi=10.1002/j.1551-8833.1936.tb13785.x}}</ref> El LSI s'expressa com la diferència entre el pH real del sistema i el pH de saturació: <ref name="Aquaprox2009">{{Ref-llibre|editor=Aquaprox|títol=Treatment of cooling water|url=https://books.google.com/books?id=RSH71rjpub8C&pg=PA104|any=2009|editorial=Springer|isbn=978-3-642-01985-2|pàgines=104–}}</ref>
+* Per a LSI > 0, l'aigua està súper saturada i tendeix a precipitar una capa d'escala de CaCO <sub>3</sub> .
+* Per a LSI = 0, l'aigua està saturada (en equilibri) amb CaCO <sub>3</sub> . Una capa d'escala de CaCO <sub>3</sub> no es precipita ni es dissol.
+* Per a LSI < 0, l'aigua està poc saturada i tendeix a dissoldre CaCO <sub>3</sub> sòlid.
+Si el pH real de l'aigua està per sota del pH de saturació calculat, el LSI és negatiu i l'aigua té un potencial d'escala molt limitat. Si el pH real supera els pH, el LSI és positiu, i en estar sobresaturada amb CaCO <sub>3</sub>, l'aigua té tendència a formar incrustacions. En augmentar els valors positius de l'índex, el potencial d'escala augmenta.
+A la pràctica, l'aigua amb un LSI entre -0,5 i +0,5 no mostrarà propietats de dissolució minerals ni de formació d'escala millorades. L'aigua amb un LSI inferior a -0,5 tendeix a mostrar una capacitat de dissolució notablement augmentada, mentre que l'aigua amb un LSI superior a +0,5 tendeix a mostrar propietats de formació de "[[Tosca (calci)|tosca]]", notablement augmentades.
 == Eliminació de la duresa ==