Tvrdá voda

    Vodu, ktorá obsahuje väčšie množstvo rozpustených solí vápnika a horčíka, nazývame tvrdá voda. Podľa obsahu aniónov kyselín rozlišujeme prechodnú (uhličitanovú) a trvalú tvrdosť vody, ktorú spôsobujú najmä sírany.
    Prechodnú tvrdosť vody zapríčiňuje rozpustený hydrogénuhličitan vápenatý a horečnatý. Počas zohrievania vody sa  hydrogénuhličitan vápenatý rozkladá na oxid uhličitý a málo rozpustný uhličitan vápenatý:
Ca(HCO3) ---------> CaCO + H2O + CO2
Rozpustnosť oxidu uhličitého vo vode sa s teplotou znižuje a uhličitan vápenatý sa usadzuje ako tzv. vodný kameň, napr. na ohrievacích špirálach, vykurovacom potrubí alebo v hrncoch. Povarením teda možno prechodnú tvrdosť vody odstrániť.
    Usadenina uhličitanu vápenarého. Vľavo: vo vodovodnom potrubí. Vpravo: na špirále a stenách čajníka
 
 

    Prechodná a trvalá tvrdosť vody tvoria spolu celkovú tvrdosť vody.  Tvrdosť vody sa v praxi hodnotí stupnicami tvrdosti vody - mäkká, stredne tvrdá (optimálna), tvrdá, príp. veľmi tvrdá - v ktorých je zahrnutá celková tvrdosť vody. Poznanie stupňa tvrdosti je pre nás dôležité, napr. pri dávkovaní pracích prostriedkov. Na obaloch pracích prostriedkov sa vyjadruje tvrdosť vody obsahom iónov v litri vody alebo slovne. Tvrdosť vody možno bežne znížiť pridaním napr. dekahydrátu uhličitanu sodného (sóda) alebo polyfosforečnanu sodného (napr. Calgon).
    Na území Slovenskej republiky je tvrdosť  vody veľmi rozdielna a závisí od typu pôdy a od ročného obdobia. Voda z prameňov bohatých na zrážky, ktorá pochádza z málo rozpustných vrstiev hornín, je mäkká. Voda v oblastiach chudobných na zrážky je tvrdšia. V oblastiach bohatých na vápenec a sadrovec môže byť voda veľmi tvrdá.
 

   Tabuľka ukazuje, čo sa stane, keď sa 10 ml každého roztoku v tabuľke zmieša s 1 ml mydlového roztoku:
 

Použitý roztok
Prítomné ióny
Reakcia s tvrdou vodou
chlorid  sodný 
Na+, Cl-
žiadna zrazenina, veľa  mydlovej peny
chlorid vápenatý 
Ca2+, Cl-
Veľa vločkovitej zrazeniny, málo mydlovej peny
dusičnan draselný
K+, NO3-
žiadna zrazenina, veľa mydlovej peny
dusičnan horečnatý
Mg2+, NO3-
Veľa vločkovitej zrazeniny, málo mydlovej peny
síran sodný
Na+, SO42-
žiadna zrazenina, veľa mydlovej peny
síran železnatý
Fe2+, SO42-
Veľa vločkovitej zrazeniny, málo mydlovej peny

Prečo sa tvorí "pena"?

   Hlavnou príčinou tvrdosti vody sú Ca 2+   ióny. Mydlo obsahuje soli ako palmitan a stearan sodný. Keď sa tvrdá voda zmieša s mydlom, vápenaté ióny v tvrdej vode reagujú  s palmitanovými a stearanovými iónmi v mydle vytvárajúc nerozpustnú vločkovitú usadeninu stearanu a palmitanu vápenatého. Táto usadenina je pena.

                                         Ca2+  (aq)  +  2 X-  (aq)   ---------->  CaX2 (s)
                                     v tvrdej vode         v mydle                            pena
 
 
    Mydlo aj detergenty sa používajú na čistenie, ale líšia sa jedným dôležitým spôsobom. 
    Detergenty, ako roztoky na umývanie riadu, nedávajú penu s tvrdou vodou. Na rozdiel od mydiel totiž neobsahujú ióny, ktoré reagujú s iónmi vápnika z tvrdej vody za vzniku usadeniny. (Podrobnejšie o mydlách pozri Bojovníci so špinou.)

Ako vzniká tvrdá voda?

    Keď prší, dážď reaguje s oxidom uhličitým vo vzduchu za vzniku kyseliny uhličitej
          H2O (l) + CO2 (g)  ------------>  H2CO3 (aq)
    Keď tento zriedený roztok kyseliny uhličitej preteká cez vápenec alebo kriedu, reaguje s uhličitanom vápenatým v skalách za vzniku hydrogenuhličitanu vápenatého
     CaCO3 (s) + H2CO3 (aq) -------->  Ca(HCO3)2 (aq)
    vo vápenci     v dažďovej vo                v tvrdej vode
   Na rozdiel od CaCO3, hydrogenuhličitan je rozpustný vo vode a  Ca2+ ióny robia vodu tvrdou. Uhličitan vápenatý v kriede a vápenci je hlavnou príčinou tvrdosti vody.
   V niektorých oblastiach síran vápenatý, ktorý sa vyskytuje ako sadrovec (CaSO4 . 2 H2O) a anhydrid (CaSO4) taktiež zapríčiňuje tvrdosť. Síran vápenatý je len nepatrne rozpustný vo vode, ale dostatočne sa rozpúšťa na vznik tvrdej vody.

 
 
 
 
 
 
 

Vo vápencových oblastiach vznikli jaskyne, keď dažďová voda reagovala s vápencovými skalami

Zmäkčovanie tvrdej vody

   Tvrdá voda zvyčajne chutí lepšie ako mäkká voda. Rozpustené látky v tvrdej vode pomáhajú taktiež produkovať tvrdé zuby a kosti, ktoré obsahujú uhličitan a fosforečnan vápenatý. Ale tvrdá voda má niekoľko nevýhod v porovnaní s mäkkou vodou:

   Keď sa tvrdá voda vyvarí alebo povrie, hydrogenuhličitan vápenatý v nej sa rozkladá na uhličitan vápenatý, vodu a oxid uhličitý:
                                   Ca(HCO3)2 (aq)  ----------> CaCO3 (s)  +  H2O (l)  +  CO2 (g)
Uhličitan vápenatý je nerozpustný a tvorí nánosy vnútri kanvice, či trubíc. Táto reakcia je reverzibilná k tej, ktorou vzniká tvrdá voda. Reakcia taktiež objasňuje tvorbu stalagmitov a stalaktitov vo vápencových jaskyniach. Teplota vnútri jaskýň je práve vhodná na rozklad niektorej tvrdej vody a necháva nepatrné vrstvy CaCO3. Viac vody kvapká dolu a nánosy sa zväčšujú. Nánosy takto vznikajú, kde kvapky zasahujú podlahu. Po stovkách rokov  nánosy rastú do obrovských stalagmitov a stalaktitov.

Ako sa zmäkčuje tvrdá voda?

   V niektorých oblastiach látky, ktoré zapríčiňujú tvrdosť vody musia byť odstránené. To sa nazýva zmäkčovanie vody. Za účelom zmäkčovania vody musíme odstrániť vápenaté ióny. Možno to urobiť viacerými spôsobmi:                                   Ca2+ (aq)  +  CO32- (aq)  --------------->  CaCO3 (s)
                            v tvrdej vode       v umývacej sóde                                   Ca2+ (aq)  +  2 Na+ (s)  ---------------->  Ca2+ (s)  +  2 Na+ (aq)
                            v tvrdej vode       v iónomeniči                     v iónomeniči      v tvrdej vode
 
 

Vyberte si z ďalšej ponuky:
Zázrak vody (Úvod)
Používanie vody
Chemické a fyzikálne vlastnosti vody
Odkiaľ voda prichádza
Pitná voda
Zásoby vody
Oceány a moria
Minerálne vody
Bojovníci so špinou
Rieky a jazerá
Zdravý pitný režim
Znečisťovanie vody