Wymień rodzaje twardości wody i podaj jaki jest jej wpływ na włosy

Twardość wody jest to cecha wody, będąca funkcją stężenia soli wapnia, magnezu i innych metali, które są zdolne do tworzenia soli na wyższym niż pierwszy stopniu utlenienia.

Twardość wody ma bardzo silny wpływ na jej napięcie powierzchniowe. Czym większe napięcie powierzchniowe wody, tym trudniej zwilża ona wszelkie powierzchnie, na skutek czego trudno jest przy jej pomocy prać i zmywać naczynia. Dodatek detergentów powoduje zmniejszenie twardości wody - im woda jest twardsza, tym więcej trzeba ich dodawać, aby uzyskać skuteczny efekt mycia.

Twardość wody spowodowana jest obecnością w wodzie rozpuszczalnych soli wapniowych i magnezowych. Sole wapnia i magnezu dostają się do wody w wyniku kontaktu zawartego w niej dwutlenku węgla z glebą i skałami zawierającymi wapienie i magnezyty. Wówczas trudno rozpuszczalne w wodzie wapienie i magnezyty przekształcają się w dobrze rozpuszczalne w wodzie wodorowęglany wapnia i magnezu. Reakcja ta zwana chemicznym wietrzeniem wapieni ma następujący przebieg:

CaCO₃ + CO₂ + H2O = Ca(HCO₃)₂

MgCO₃ + CO₂ + H2O = Mg(HCO₃)₂

Wodorowęglany wapnia i magnezu powodują tzw. twardość węglanową wody, zwaną również twardością przemijającą. Siarczany oraz chlorki wapnia i magnezu (CaSO₄,MgSO₄, CaCl₂, MgCl₂) powodują twardość trwałą (stałą) wody. Suma twardości przemijającej i trwałej stanowi ogólną twardość wody.

Twardość wody dzieli się na:

• nietrwałą (przemijająca), zwaną też węglanową - która jest generowana przez sole kwasu węglowego,

• trwałą (nieprzemijająca), zwana też niewęglanową - która jest generowana przez sole innych kwasów, głównie chlorki, ale też siarczany, azotany i inne.

Wyróżniamy także następujące rodzaje twardości wody:

• twardość wapniową (przemijającą) - wywołaną rozpuszczalnymi solami wapnia,

• twardość magnezową (trwałą) - wywołaną solami magnezu,

• twardość ogólną - stanowiącą sumę twardości przemijającej i trwałej.

Twardość wody wyraża się ilościowo w następujących jednostkach:

1. Za pomocą tzw. stopni twardości (niemieckich, francuskich, angielskich) w Polsce i krajach Europy środkowej i wschodniej powszechnie przyjmuje się za jednostkę twardości, stopień ogólnoeuropejski - dawniej tzw. stopień niemiecki

1 st. (niemiecki) odpowiada 10 mg CaO w 1 dm³ wody,

1 st. (francuski) odpowiada 10 mg CaCO₃ w 1 dm³ wody,

1 st. (angielski) odpowiada 10 mg CaCO₃ w 0,7 dm³ wody.

2. Za pomocą milivali (miligramorównoważników) jonów wapnie i magnezu zawartych w 1 dm³ wody (mval/dm³, wal/m³).

3. W USA wyraża się twardość wody w ppm co odpowiada liczbie miligramów CaCO₃ w 1 dm³ wody.

Rodzaj wody	mval/l	mmol/l	CaCO3 mg/l (ppm)	stopnie niemieckie °dH	stopnie angielskie °e	Stopnie francuskie °f
Bardzo miękka	0 - 1,78	0 - 0,89	0 - 89	0 - 5	0 - 6,23	0 - 8,9
Miękka	1,78 - 3,57	0,89 - 1,79	89 - 179	5 - 10	6,23 - 12,50	8,9 - 17,9
O średniej twardości	3,57 - 5,35	1,79 - 2,68	179 - 268	10 - 15	12,50 - 18,73	17,9 - 26,8
O znacznej twardości	5,35 - 7,13	2,68 - 3,57	268 - 357	15 - 20	18,73 - 24,96	26,8 - 35,7
Twarda	7,13 - 10,70	3,57 - 5,35	357 - 535	20 - 30	24,96 - 37,45	35,7 - 53,5
Bardzo twarda	ponad 10,70	ponad 5,35	ponad 535	ponad 30	ponad 37,45	ponad 53,5

Tab. 1. Twardość wody

	mval/l (jednostka fizyczna)	mmol/l (międzyna-rodowa)	CaCO3 (USA) mg/l (ppm)	stopnie niemieckie °dH	stopnie angielskie °e	Stopnie Francuskie °f
mval/l	1	0,5	50	2,8	3,5	5
mmol/l	2	1	100	5,6	7	10
CaCO3 mg/l (ppm)	0,02	0,01	1	0,056	0,07	0,1
stopnie niemieckie	0,357	0,1786	17,86	1	1,250	1,786
stopnie angielskie	0,285	0,1429	14,29	0,7999	1	1,429
stopnie francuskie	0,2	0,1	10	0,5599	0,700	1

Tab. 2. Przeliczanie jednostek twardości

Wody naturalne posiadają twardość w granicach 5-30^on, co stanowi ich jakościowe określenie. Wody bardzo miękkie posiadają twardość 0-5^on.

Woda twarda wymaga używania większych ilości mydła oraz szamponów, co zwiększa ilość zużywanych preparatów fryzjerskich, a na włosach pozostawia osad. Ponadto z twardej wody wytrąca się kamień kotłowy, który niszczy instalacje i urządzenia elektryczne. Dlatego wodę taką powinno się uzdatniać, czyli zmiękczać - usnąć twardość wody. Zmiękczanie to polega na usuwaniu z niej jonów powodujących twardość tj. jonów Ca²⁺, Mg²⁺ oraz jonów innych metali jak: Fe²⁺, Mn²⁺, Al³⁺. Zmiękczanie wody można przeprowadzić stosując:

1) destylację - daje wodę idealnie zmiękczoną, ponieważ pozbawiona jest wszystkich soli. Koszty zmiękczania tą metodą są jednak wysokie i w przemyśle nie ma ona większego zastosowania,

2) metody termiczne - usuwania twardości wody polegają na ogrzewaniu wody do ok. 100^oC, wówczas bowiem następuje rozkład wodorowęglanów wapnia i magnezu, z wydzieleniem trudno rozpuszczalnego węglanu wapnia, węglanu magnezu i wodorotlenku magnezu,

3) metody chemiczne - usuwania twardości wody (zmiękczania) polegają na strąceniu nierozpuszczalnych osadów, w skład których wchodzą nierozpuszczalne związki wapnia i magnezu.

4) metody fizyczno-chemiczne - to między innymi stosowanie jonitów, tj. wymieniaczy jonowych - substancji mających zdolność do wymiany kationów (kationity) lub anionów (anionity). Jonity nie rozpuszczają się w wodzie, lecz reagują na swojej powierzchni ze związkami zawartymi w wodzie. Oczyszczana woda przepuszczana jest najpierw przez kationit, który wymienia zawarte w wodzie kationy na jony wodorowe a następnie przez anionit, który wymienia aniony na jony wodorotlenkowe łączące się z jonami wodorowymi na obojętne cząsteczki wody.

Twardość ogólną wody oznacza się metodą wagową lub metodami miareczkowymi. Metoda wagowa polega na oddzielnym wagowym oznaczeniu zawartości wapnia i magnezu. Po zsumowaniu zawartości tych składników otrzymuje się twardość ogólną wody. Metody miareczkowe:

a) metoda palmitynianowa (Blachera) - jest obecnie rzadko stosowana. Czynnikiem miareczkującym w tej metodzie jest alkoholowy roztwór palmitynianu potasu. Oznaczenie polega na strąceniu trudno rozpuszczalnego osadu palmitynianu wapnia i magnezu. Po ilościowym związaniu jonów wapnia i magnezu nadmiar palmitynianu potasu ulega hydrolizie, zmieniając odczyn wody na zasadowy, co w obecności fenoloftaleiny powoduje zabarwienie na różowo.

b) metoda mydlana (Clarka) - polega na określeniu ilości mianowanego alkoholowego roztworu mydła potasowego, potrzebnego do ilościowego związania jonów Ca²⁺ i Mg²⁺ w postaci trudno rozpuszczalnych osadów mydła. Po strąceniu jonów Ca²⁺ i Mg²⁺ nadmiar wprowadzonego do wody mydła powoduje po wstrząśnięciu powstanie trwałej piany.

c) metoda Wartha - Pfeifera. Oznaczenie tą metodą składa się z dwóch etapów. Najpierw oznacza się twardość węglanową przez odmiareczkowanie mianowanym roztworem HCl w obecności oranżu metylowego wodorowęglanów wapnia i magnezu. Następnie strąca się jony Ca²⁺ i Mg²⁺ ściśle określoną ilością mieszaniny Pfeifera zawierającej wodorotlenek i węglan sodu. Nadmiar mieszaniny Pfeifera odmiareczkowuje się mianowanym roztworem kwasu solnego.

d) metoda wersenianowa - oznacza się łącznie zawartość jonów Ca²⁺ i Mg²⁺ przez miareczkowanie próbki wody wersenianem disodowym (EDTA), przy pH około 9 - 10. EDTA jest solą dwusodową kwasu etylenodiaminotetraoctowego. Jon dwuwodorowersenianowy (H₂Y^2-) tworzy kompleksy prawie z wszystkimi kationami metali (poza litowcami), a ich trwałość zależy od rodzaju metalu i pH środowiska. Podczas oznaczania twardości wody powstają kompleksy wszystkich obecnych w wodzie kationów metali. Przeszkadzające kationy metali maskuje się przez dodanie odpowiednich odczynników, takich jak: Na₂S, który wiąże jony Cd²⁺, Ni²⁺, Zn²⁺, Co²⁺, Mn²⁺, Pb²⁺, Cu²⁺, Al³⁺, Fe³⁺ oraz chlorowodorku hydroksyloaminy, maskującego jony Cu²⁺, Fe³⁺ i Al³⁺. Powstające w metodzie wersenianowej kompleksy Ca²⁺ i Mg²⁺ są bezbarwne. Do wyznaczenia punktu końcowego miareczkowania używa się czerni eriochromowej (T), która dysocjuje trójstopniowo i w zależności od pH środowiska przyjmuje różną barwę. Przy pH około 10, anion HT^2- ma barwę niebieską, natomiast z kationem magnezu tworzy kompleks o barwie intensywnie czerwonej. Powstały kompleks jest słabszy niż kompleks jonów magnezu z wersenianem. Zarówno wersenian, jak i kompleks wersenianu z jonami magnezu, reagują z jonami Ca²⁺. Uwolnione jony Mg²⁺ reagują ze wskaźnikiem. Po związaniu wszystkich jonów Ca²⁺ wersenian wiąże najpierw wolne jony Mg²⁺, a następnie związane ze wskaźnikiem. Podczas przebiegu ostatniej reakcji zachodzi zmiana barwy z czerwonej na niebieską.

W mieście Opole twardość wody zależy od lokalizacji, jednakże tak jak wskazuje poniższa tabela twardość wody w Opolu waha się w czerwcu 2011r. od 9,3 do 21,4 ^on, czyli od miękkiej do wody twardej.

Tab. 4. Twardość wody w mieście Opole w II kwartale 2011 r.

1

---