La durezza dell’acqua misura principalmente la presenza di ioni calcio e magnesio disciolti:
Questi ioni provengono dalla dissoluzione di carbonati, dolomie, gessi e altri minerali. Dal punto di vista impiantistico, la durezza è importante perché favorisce incrostazioni carbonatiche, riduce l’efficienza degli scambiatori di calore e modifica il comportamento di saponi, detergenti e processi industriali.
Espressione come carbonato di calcio
La durezza è spesso espressa in milligrammi per litro di carbonato di calcio equivalente, cioè come \mathrm{mg/L} di \mathrm{CaCO_3}. Una stima pratica, usando le concentrazioni di calcio e magnesio in \mathrm{mg/L}, è:
I fattori derivano dagli equivalenti chimici: calcio e magnesio sono divalenti, ma hanno masse molari diverse.
Durezza temporanea e permanente
| Tipo | Origine prevalente | Comportamento |
|---|---|---|
| temporanea | bicarbonati di calcio e magnesio | può diminuire con ebollizione o degasaggio della \displaystyle \mathrm{CO_2} |
| permanente | solfati, cloruri e nitrati di calcio e magnesio | non viene rimossa semplicemente bollendo l’acqua |
| totale | somma delle componenti | misura operativa usata nei controlli e nei dimensionamenti |
La durezza temporanea è legata all’equilibrio carbonatico. Scaldando l’acqua o riducendo la \mathrm{CO_2} disciolta, può precipitare carbonato di calcio:
Questo è uno dei meccanismi principali di formazione del calcare in bollitori, tubazioni calde e scambiatori.
Effetti tecnici
| Effetto | Conseguenza pratica |
|---|---|
| precipitazione di \displaystyle \mathrm{CaCO_3} | incrostazioni e perdita di scambio termico |
| consumo di saponi | minore formazione di schiuma e residui insolubili |
| depositi in caldaia | aumento dei consumi e rischio di surriscaldamenti locali |
| acqua troppo dolce | possibile maggiore aggressività verso alcuni materiali |
L’acqua dura non è automaticamente inadatta all’uso potabile; il problema è spesso tecnologico più che sanitario. In impianti termici, lavanderie, circuiti industriali e reti con acque riscaldate, però, la durezza deve essere controllata.
Riduzione della durezza
Le tecniche comuni includono precipitazione chimica, scambio ionico, osmosi inversa e dosaggio di sequestranti. Negli addolcitori domestici a scambio ionico, gli ioni \mathrm{Ca^{2+}} e \mathrm{Mg^{2+}} vengono sostituiti da \mathrm{Na^+} su resine specifiche.
L’errore più comune è confondere durezza, salinità e pH. Sono grandezze correlate in molti casi naturali, ma non coincidono: un’acqua può essere salina senza essere molto dura, oppure dura senza avere pH elevato.
Vedi anche: Metalli alcalino-terrosi, Carbonatazione, Prodotto di solubilità, Effetto dello ione comune.