la durezza dell'acqua
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LA DUREZZA
DELL’ ACQUA
di Manuel T., classe 2^ ist.tecn.turistico
La durezza dell'acqua indica il contenuto di sali
(soprattutto alcalini), quali calcio e magnesio,
responsabili della formazione del cosiddetto calcare,
sotto forma di:
cloruro di calcio (CaCl2),
solfato di calcio (CaSO4),
cloruro di magnesio (MgCl2),
solfato magnesio (MgSO4),
oltre che di eventuali metalli pesanti presenti
nell'acqua.
I sali della durezza sono solitamente presenti
nell'acqua come solfati, cloruri, nitrati, carbonati
o idrogenocarbonati, che generalmente sono
solubili, ma per riscaldamento o per evaporazione
precipitano, formando incrostazioni di calcare o
di altro genere.
Un'acqua dura influisce negativamente sui
processi di lavaggio: infatti le molecole che
costituiscono il detergente si combinano con gli
ioni calcio, formando composti insolubili che,
oltre a far aumentare il quantitativo di detergente
necessario, si depositano nelle fibre dei tessuti
facendole infeltrire.
La presenza di sostanze incrostanti è dannosa per
gli impianti industriali, sia per la loro azione
corrosiva, sia per le incrostazioni che formano.
Per questo sono spesso utilizzate tecniche di
addolcimento, ovvero di rimozione dei sali di
calcio e magnesio.
La durezza di un'acqua può venire abbassata
facendola passare attraverso l'addolcitore (manuale o
automatico) su una resina a scambio ionico, che
consiste di un polimero recante ioni sodio (Na+) che
vengono scambiati al passaggio con gli ioni calcio e
magnesio dell'acqua.
Gli ioni calcio e magnesio risultano quindi trattenuti
dalla resina, che viene poi successivamente rigenerata
per trattamento con acqua salata (NaCl) concentrata
(salamoia).
Come funziona un addolcitore
La durezza di un'acqua può venire abbassata
facendola passare attraverso l'addolcitore (manuale o
automatico) su una resina a scambio ionico, che
consiste di un polimero recante ioni sodio (Na+) che
vengono scambiati al passaggio con gli ioni calcio e
magnesio dell'acqua.
Gli ioni calcio e magnesio risultano quindi trattenuti
dalla resina, che viene poi successivamente rigenerata
per trattamento con acqua salata (NaCl) concentrata
(salamoia).
Come funziona un addolcitore
Generalmente con il termine di durezza dell’acqua ci si
riferisce alla durezza totale, che è la somma della
durezza permanente (quantità di cationi rimasti in
soluzione dopo ebollizione prolungata) e della durezza
temporanea (quantitativo di idrogenocarbonati o
bicarbonati presenti nell'acqua prima dell'ebollizione).
durezza permanente
durezzatemporanea
durezzadell’acqua
Durezza temporanea
Il termine durezza temporanea, legato alla presenza di
idrogenocarbonati, è spiegato dall'instaurarsi dei
seguenti equilibri chimici:
Ca(HCO3)2 (aq) ⇌ CaCO3 + CO2 (g) + H2O (aq)
Mg(HCO3)2 (aq) ⇌MgCO3 (s) + CO2 (g) + H2O (aq)
A temperature maggiori di 80 °C tale equilibrio è
spostato verso destra, per cui si considera come
"temporaneo" il contributo degli idrogenocarbonati alla
durezza totale, visto che a seguito dell'ebollizione tale
contributo svanisce per la formazione di un
precipitato solido di carbonati di calcio e magnesio.
È la durezza che persiste dopo l'ebollizione dell'acqua.
È dovuta, soprattutto, alla presenza di cloruri, solfati e
nitrati di calcio e magnesio.
Generalmente, gli ioni bicarbonato, in seguito a
riscaldamento, perdono un idrogeno trasformandosi in
ione carbonato che si vanno a sommare a quelli già
presenti nell'acqua.
Durezza permanente
La formula per ricavarla è:
Dperm = ([Ca]/PM) × 100 (g/mol) + ([Mg]/PM) × 100 (g/mol)
dove:
[Ca] è la concentrazione del calcio (espressa in
grammi/100 litri)
[Mg] è la concentrazione del magnesio (espressa in
grammi/100 litri)
PM è il peso molecolare.
Durezza permanente
Misure della durezza
dell’acqua
La durezza viene generalmente espressa in gradi
francesi (°f) , dove un grado rappresenta 10 mg di
carbonato di calcio (CaCO3) per litro di acqua:
1 °f = 10 mg/l = 10 ppm.
Misure della durezza
dell’acqua
Alternativamente, è possibile esprimere il risultato
come millimoli di carbonato di calcio per litro di acqua, ad esempio: a 1,2 mmol/l corrispondono 12 °F.
Il grains è un'unità di misura corrispondente a 64,8 mg
di carbonato di calcio.
Attualmente si usa anche il grado MEC, che
corrisponde a 1 g di CaCO3 in 100 litri, ed è perciò
uguale al grado francese.
In genere, le acque vengono classificate in base alla
loro durezza come segue:
Tipi di acque Durezze in gradi francesi (°f)
Acque molto dolci 0-4
Acque dolci 4-8
Acque a durezza media 8-12
Acque a durezza discreta 12-18
Acque dure 18-30
Acque molto dure >30
Classificazione delle acque
Altre unità di misura della durezza:
gradi tedeschi (°T o °d), molto usati dagli
acquariofili, con 1° T = quantità di sali equivalenti a
10 mg/l di ossido di calcio CaO (1 °T = 1,79 °F),
gradi inglesi (o di Clark) °I, dove 1 °I = 1 g di
carbonato di calcio in 70 litri di acqua (1 °I = 1,43 °F),
gradi °USA dove 1 °USA = 17,1 mg/l di carbonato
di calcio (1 °USA = 1,71 °F),
i meq/l,
le ppm di carbonato o ossido di calcio.
Misure della durezza
dell’acqua
Indice di Langelier
Dal punto di vista tecnico-pratico, soprattutto
in ambito impiantistico, si ricorre spesso
all'uso di appositi indici, utilizzati per
valutare le proprietà dell'acqua nelle
condizioni operative d'uso.
Indice di Langelier
L'indice di Langelier (IL) è un valore che definisce la
tendenza del carbonato di calcio a precipitare.
Il calcolo di questo indice si basa sulla determinazione
del pH a cui l'acqua è saturata in carbonato di calcio
(pHs); applicando la formula Il = pH - pHs è possibile
ricavare l'indice di Langelier.
Indice di Langelier
● se IL è positivo, l'acqua è satura di carbonato di
calcio, e si ha un'elevata tendenza alla
formazione di incrostazioni;
● se IL risulta negativo, l'acqua sarà aggressiva;
● se IL = 0, l'acqua è in equilibrio.
Metodo complessometrico
La misura della durezza viene fatta in modo
preciso titolando il campione di acqua con una
soluzione di acido etilendiamminotetra acetico
(EDTA), a concentrazione esattamente nota, in
presenza di nero eriocromo T(NET), un indicatore
che forma un complesso di colore rosa con gli ioni
di calcio e magnesio.
Metodo complessometrico
Lo schema delle reazioni è il seguente:
Ca2+ + NET → [Ca-NET]2+ (rosa) [Ca-NET]2+ + EDTA →
[Ca-EDTA]2+ + NET (blu scuro)
(lo ione magnesio (Mg2+) si comporta allo stesso modo)
Dopo ebollizione si verifica la trasformazione degli
idrogenocarbonati:
Ca(HCO3)2 → CaCO3 (S) + CO2 + H2O
e titolando si ricaverà la durezza permanente.
Metodo complessometrico
È possibile discriminare la durezza calcica dalla
durezza magnesiaca precipitando il magnesio a
pH > 12, e procedendo alla normale titolazione,
usando come indicatore la muresside.
Sottraendo dalla durezza totale la durezza calcica,
si ottiene la durezza magnesiaca.
Questa metodica rappresenta una prova rapida e
precisa, rispetto al metodo complessometrico.
È una prova che si basa sulla capacità degli ioni
Ca2+ e Mg2+ di formare composti poco solubili
con saponi alcalini (sali di sodio o di potassio di
acidi grassi) tramite, ad esempio, la reazione:
2 C17H33COONa (aq) + Ca2+ →
→ (C17H33COO)2Ca (s) + 2 Na+ Se
Metodo idrometricoo di Boutron-Boudet
Metodo idrometricoo di Boutron-Boudet
A un dato volume d'acqua si aggiunge, goccia a
goccia, una soluzione di sapone alcalino a titolo
noto, e sotto agitazione, si otterrà (quando tutti gli
ioni Ca+2 e Mg+2 saranno precipitati come saponi
insolubili) la formazione di una schiuma.
Per tale determinazione si usa una bottiglia
idrotimetrica opportunamente tarata e una buretta
graduata direttamente in gradi francesi.
La durezza temporanea si ottiene per differenza.
Durezza dell’acqua e salute
Non è vero che l’acqua «dura» fa venire i calcoli
renali!
La durezza dell'acqua, contrariamente da quanto
affermato da una leggenda metropolitana, non ha
alcun ruolo nell'eziopatogenesi della calcolosi
urinaria.
Anzi, bere "acqua dura", grazie all'elevato
contenuto di calcio e magnesio, diminuirebbe la
probabilità d'infarto dell'1% per ogni grado in più di
durezza.
Durezza dell’acqua e salute
In relazione alla particolare composizione salina
dell'acqua si può avere un maggiore effetto
diuretico, oppure altre proprietà più specifiche
(proprietà digestive delle acque bicarbonatiche,
lassative in quelle magnesiache, ecc.).
In base al diverso grado di durezza corrisponde un
diverso sapore dell'acqua.
Il DL 31/2001 raccomanda per gli acquedotti valori
di durezza compresi tra i 15 e i 50 °f.