Basis · 3

Tijdelijke en permanente hardheid

Niet alle hardheid gedraagt zich hetzelfde. Een deel van het calcium en magnesium kan bij verwarming als kalk uit het water verdwijnen; een ander deel blijft opgelost, hoe lang u het water ook kookt. Dat onderscheid verklaart waarom twee waters met dezelfde totale hardheid niet noodzakelijk evenveel kalkaanslag geven.

Totale hardheid in twee delen

De totale hardheid is de som van alle opgeloste calcium- en magnesiumionen. Chemisch kan men die opsplitsen naar de negatieve ionen die er tegenover staan. Het deel van het calcium en magnesium dat in evenwicht staat met bicarbonaat (en de kleine hoeveelheid carbonaat), heet de tijdelijke hardheid, ook wel carbonaathardheid. Het overige deel, dat in evenwicht staat met andere negatieve ionen zoals sulfaat, chloride en nitraat, heet de permanente hardheid of niet-carbonaathardheid.

De namen komen uit de negentiende eeuw en verwijzen naar wat er gebeurt bij koken. Tijdelijke hardheid kan door koken grotendeels uit het water worden verwijderd, omdat ze dan als kalk neerslaat. Permanente hardheid blijft na koken in het water achter. "Permanent" betekent hier dus niet dat die hardheid nooit te verwijderen is, alleen dat koken er niets aan verandert.

De rol van bicarbonaat

De sleutel tot tijdelijke hardheid is bicarbonaat. Zoals op de pagina over de herkomst van de mineralen beschreven, ontstaat het grootste deel van het calcium in grondwater samen met bicarbonaat, wanneer CO₂-houdend water kalksteen oplost. Die reactie is omkeerbaar. Zolang er voldoende opgelost CO₂ in het water aanwezig is, blijft het evenwicht aan de kant van de opgeloste ionen. Verliest het water koolstofdioxide, dan schuift het evenwicht terug en vormt zich opnieuw vaste kalk.

Het is nuttig om die reactie in twee stappen te bekijken. Eerst splitst een bicarbonaation zich in een carbonaation en een waterstofion, of, wat op hetzelfde neerkomt, twee bicarbonaationen vormen samen een carbonaation, CO₂ en water. Daarna verbindt het carbonaation zich met een calciumion tot calciumcarbonaat. Omdat het CO₂ uit warm water snel ontsnapt, wordt de eerste stap telkens opnieuw gevoed. Het water "produceert" dus zelf het carbonaat dat nodig is om kalk te vormen.

Waarom dit belangrijk is voor kalkaanslag

In het leidingnet en bij koud water blijft het evenwicht grotendeels intact. Het water is gesloten van de lucht, staat onder druk en heeft een lage temperatuur, zodat het zijn CO₂ behoudt. Pas in de woning, en dan vooral bij het opwarmen, verandert dat. In een boiler, waterkoker, koffiezetapparaat of in de warmtewisselaar van een cv-ketel of warmtepomp wordt het water warm, ontsnapt CO₂ en daalt de oplosbaarheid van calciumcarbonaat. Precies daar ontstaat de meeste kalkaanslag.

Voor de praktijk is daarom niet alleen de totale hardheid van belang, maar ook welk deel daarvan tijdelijke hardheid is. In de meeste Belgische grondwaters is het grootste deel van de hardheid carbonaathardheid, omdat het calcium oorspronkelijk uit het oplossen van kalksteen komt. Water met veel sulfaat, bijvoorbeeld uit gipshoudende lagen, kan daarentegen een hoge totale hardheid hebben met een relatief kleiner aandeel tijdelijke hardheid.

Hoe men tijdelijke hardheid meet

Op een wateranalyse vindt u tijdelijke hardheid zelden onder die naam. Labo's en drinkwaterbedrijven rapporteren vaak de alkaliniteit of het bicarbonaatgehalte, in mg/L HCO₃⁻ of als volledige alkalimetrische titer in Franse graden. Dat getal geeft aan hoeveel bicarbonaat en carbonaat aanwezig zijn. De carbonaathardheid is dan gelijk aan de kleinste van twee waarden: de totale hardheid of de alkaliniteit, beide in dezelfde eenheid uitgedrukt. Is de alkaliniteit lager dan de totale hardheid, dan is het verschil de permanente hardheid.

Een eenvoudig rekenvoorbeeld: water met een totale hardheid van 30 °fH en een alkaliniteit van 25 °fH heeft een carbonaathardheid van 25 °fH en een permanente hardheid van 5 °fH. Bij verwarming kan in principe een groot deel van die 25 °fH als kalk neerslaan, al is dat in werkelijkheid nooit volledig; hoeveel er effectief neerslaat, hangt af van temperatuur, verblijftijd en hoeveel CO₂ kan ontsnappen.

Een opmerking over magnesium

Hoewel magnesium net als calcium bij de tijdelijke hardheid kan horen, slaat het bij gewone huishoudelijke temperaturen weinig neer als carbonaat. Magnesiumcarbonaat lost veel beter op dan calciumcarbonaat. Bij langdurig koken en bij hoge temperaturen, zoals in industriële ketels, kan magnesium wel als magnesiumhydroxide neerslaan. Voor kalkaanslag in een gewone woning is calciumcarbonaat veruit de belangrijkste component.