Kalkvorming · 2

Temperatuur en kalkvorming

Koud leidingwater kan jarenlang door een leiding stromen zonder merkbare kalk achter te laten, terwijl hetzelfde water in een boiler binnen enkele maanden een korst vormt. Dat verschil is geen toeval: twee natuurkundige eigenschappen van het carbonaatsysteem werken bij opwarming in dezelfde richting.

Een zout dat in warm water slechter oplost

De meeste vaste stoffen lossen beter op naarmate het water warmer wordt. Suiker lost sneller op in thee dan in ijswater, en hetzelfde geldt voor keukenzout of voor de meeste meststoffen. Calciumcarbonaat is een uitzondering. De oplosbaarheid daalt wanneer de temperatuur stijgt, een eigenschap die retrograde of omgekeerde oplosbaarheid heet. Het oplosbaarheidsproduct van calciet ligt bij 80 °C ruwweg een factor vier lager dan bij 10 °C. Water dat koud precies in evenwicht is, wordt bij opwarming dus vanzelf oververzadigd, zelfs als er verder niets verandert.

Gassen ontsnappen uit warm water

De tweede eigenschap geldt voor alle gassen: hoe warmer het water, hoe minder gas het kan vasthouden. Een glas koud kraanwater dat op tafel opwarmt, vormt kleine belletjes tegen de wand; dat is lucht die uit het water treedt. Voor koolstofdioxide is dat effect groot. Bij 60 °C kan water bij dezelfde druk nog maar ongeveer een derde van de hoeveelheid CO₂ opnemen die het bij 10 °C opneemt.

Koolstofdioxide is voor kalkvorming geen bijzaak, maar een centrale speler. Opgelost CO₂ houdt het water licht zuur en het carbonaatevenwicht aan de kant van bicarbonaat. Wanneer CO₂ ontsnapt, stijgt de pH en zet een deel van het bicarbonaat zich om in carbonaat. Dat carbonaat is precies wat calcium nodig heeft om vaste kalk te vormen. In een open waterkoker kan het CO₂ vrij weg, in een gesloten boiler hoopt het zich gedeeltelijk op in het vat, maar ook daar schuift het evenwicht door de temperatuur naar de carbonaatkant.

Waarom beide effecten elkaar versterken

Bij opwarming gebeurt dus tegelijk dit: het water kan minder calciumcarbonaat in oplossing houden, en het verliest CO₂, waardoor meer van het aanwezige bicarbonaat als carbonaat beschikbaar komt. Het ene effect verlaagt de grens, het andere verhoogt de hoeveelheid die tegen die grens aandrukt. Daarnaast verlopen chemische reacties en kristalgroei sneller bij hogere temperatuur. Samen verklaren deze drie factoren waarom kalkvorming bij 60 °C niet een beetje, maar veel sneller gaat dan bij 15 °C.

De warmste plek wint

In een boiler of warmtewisselaar is het water niet overal even warm. Het warmst is het in een dun laagje direct tegen het verwarmingselement of de hete wand. Daar is de oververzadiging het grootst, en daar ontstaan de meeste kristalkiemen. Omdat die kiemen zich op het oppervlak vormen, hechten ze zich er meteen aan vast. Dat is de reden waarom kalk zich zo opvallend concentreert op verwarmingselementen, in de dunne kanalen van een platenwarmtewisselaar of in de buis van een espressomachine, en veel minder op koudere delen van hetzelfde toestel.

Een kalklaag werkt bovendien als isolatie. Ze geleidt warmte veel slechter dan metaal, zodat het element warmer moet worden om dezelfde hoeveelheid warmte aan het water af te geven. Het oppervlak van de kalklaag zelf blijft daardoor heet, en de kalkvorming gaat door. Hoeveel energie een kalklaag in de praktijk kost, hangt sterk af van het toestel; in de literatuur en in commerciële brochures circuleren uiteenlopende percentages, die u best met enige voorzichtigheid leest.

Waarom apparaten met warm water gevoeliger zijn

De gevoeligheid van een toestel voor kalk hangt af van een combinatie van factoren. Belangrijk zijn de temperatuur van het hete oppervlak, de tijd dat het water opgewarmd blijft, de hoeveelheid water die erdoor stroomt en de vorm van het toestel. Een doorstroomtoestel dat water kort opwarmt, gedraagt zich anders dan een boiler waarin water uren op temperatuur blijft. Nauwe kanalen raken sneller verstopt dan een groot vat. Ook de instelling telt: drinkwaterbedrijven zoals Vivaqua raden aan om warm sanitair water niet onnodig hoog te verwarmen, en tegelijk moet het om hygiënische redenen warm genoeg blijven om legionella te voorkomen, wat in de praktijk neerkomt op ongeveer 55 tot 60 °C.

Koud water en kalk

Bij koud leidingwater is de kans op kalkafzetting beperkt, maar niet nul. Water dat al oververzadigd uit het net komt, kan ook koud langzaam kalk afzetten, vooral waar het stilstaat, verdampt of in contact komt met lucht. De witte rand rond een kraan is daar een voorbeeld van: het water is niet warm, maar het verdampt. Ook in leidingen kan een dun mineraal laagje ontstaan, dat in veel gevallen eerder beschermend werkt dan schadelijk, omdat het het metaal afschermt van rechtstreeks contact met water.