Basis · 1

Wat is kalk in water?

Wanneer mensen zeggen dat er "veel kalk in het water zit", bedoelen ze bijna altijd dat het water hard is: het bevat relatief veel opgeloste calcium- en magnesiumionen. Die ionen zijn onzichtbaar. De kalk die u wel ziet, op een kraan of in een waterkoker, is een vaste stof die pas ontstaat wanneer een deel van die opgeloste mineralen uit het water neerslaat.

Opgeloste mineralen en vaste kalk

Water is een uitstekend oplosmiddel. Wanneer het door de bodem stroomt, neemt het kleine hoeveelheden van allerlei mineralen mee. Die mineralen vallen in het water uiteen in elektrisch geladen deeltjes, ionen. Een opgelost mineraal is dus niet als stofje in het water aanwezig, maar als losse ionen die tussen de watermoleculen bewegen. Daarom is ook zeer hard water volkomen helder.

Vaste kalk is iets anders. Het is een kristallijne stof die ontstaat wanneer positief geladen calciumionen en negatief geladen carbonaationen elkaar vinden en samen een rooster vormen. Dat gebeurt alleen wanneer het water meer van die ionen bevat dan het onder de heersende omstandigheden kan vasthouden. Hetzelfde water kan dus in de leiding helder blijven en in de boiler een witte korst achterlaten. De samenstelling is dezelfde, de omstandigheden niet. Hoe dat precies werkt, leggen we uit op de pagina Waarom ontstaat kalkaanslag?

Calcium (Ca²⁺)

Calcium is een metaal dat in de natuur nooit als zuiver metaal voorkomt, maar altijd in verbindingen, zoals in kalksteen, krijt, marmer, gips en schelpen. In water komt calcium voor als het ion Ca²⁺: een calciumatoom dat twee elektronen heeft afgestaan en daardoor een dubbele positieve lading draagt. In de meeste Belgische drinkwaters is calcium het belangrijkste hardheidsion, en ook wereldwijd levert het meestal het grootste deel van de hardheid. Calcium is tegelijk een gewoon voedingsmineraal, dat ons lichaam onder meer nodig heeft voor botten en tanden.

Magnesium (Mg²⁺)

Magnesium gedraagt zich chemisch verwant aan calcium. Ook het is in water aanwezig als tweewaardig positief ion, Mg²⁺, en het telt daarom mee in de waterhardheid. Magnesium komt vooral uit dolomiet, een gesteente dat zowel calcium als magnesium bevat, en uit sommige kleimineralen. In vergelijking met calcium speelt magnesium een kleinere rol bij de typische kalkaanslag in huis: magnesiumcarbonaat is veel beter oplosbaar dan calciumcarbonaat, zodat het bij normale huishoudelijke temperaturen weinig vaste afzetting vormt. Bij hogere temperaturen kan magnesium wel bijdragen aan afzettingen, bijvoorbeeld als magnesiumhydroxide of magnesiumsilicaat.

Bicarbonaat en carbonaat

Positieve ionen kunnen in water niet alleen bestaan; er staan altijd evenveel negatieve ladingen tegenover. Bij hard water zijn dat vooral bicarbonaationen (HCO₃⁻), in de Nederlandse vakliteratuur ook waterstofcarbonaat genoemd. Bicarbonaat ontstaat wanneer koolstofdioxide in water oplost en reageert met kalksteen, zoals op de pagina over de herkomst van de mineralen wordt beschreven.

Carbonaat (CO₃²⁻) is een nauw verwant ion met een dubbele negatieve lading. Bicarbonaat en carbonaat kunnen in elkaar overgaan door een waterstofion (H⁺) op te nemen of af te staan. Welke vorm overheerst, hangt af van de zuurgraad van het water. Bij de pH van gewoon drinkwater, ruwweg tussen 7 en 8,5, is bijna alles aanwezig als bicarbonaat en slechts een klein deel als carbonaat. Dat kleine deel is echter precies het deel dat met calcium vaste kalk kan vormen. Daarom heeft alles wat het evenwicht tussen bicarbonaat en carbonaat verschuift, een directe invloed op kalkvorming.

Calciumcarbonaat (CaCO₃)

Calciumcarbonaat is de verbinding van één calciumion met één carbonaation. Het is een van de meest voorkomende mineralen op aarde: kalksteen, krijt en marmer bestaan er grotendeels uit, net als eierschalen, schelpen en koraal. Calciumcarbonaat is slecht oplosbaar in zuiver water, en het is ook de stof die als kalkaanslag neerslaat. Het witte, harde laagje in een waterkoker, de korst op een verwarmingselement en de doffe vlekken op een douchewand bestaan dus voornamelijk uit calciumcarbonaat, soms vermengd met kleinere hoeveelheden magnesiumverbindingen, silicaten en ijzer.

Calciumcarbonaat kan in verschillende kristalvormen voorkomen. De stabielste vorm is calciet, die meestal harde, goed hechtende afzettingen geeft. Daarnaast bestaan aragoniet, met naaldvormige kristallen, en vateriet, een minder stabiele vorm. Welke vorm ontstaat, hangt af van onder meer temperatuur, de snelheid van neerslaan en de andere stoffen in het water. Die kristalvorm komt terug bij de bespreking van magnetische en elektromagnetische behandeling.

Calciumbicarbonaat

Calciumbicarbonaat, met formule Ca(HCO₃)₂, is een naam die vaak opduikt in uitleg over hard water. Het is goed om te weten wat ermee bedoeld wordt. Calciumbicarbonaat bestaat niet als vaste stof die u in een pot kunt bewaren. Het is een manier om te beschrijven dat er in het water calciumionen en bicarbonaationen samen opgelost zijn, in de verhouding één calcium op twee bicarbonaat. Zodra men het water probeert in te dampen tot een vaste stof, valt die combinatie uiteen: er ontsnapt koolstofdioxide en wat overblijft is calciumcarbonaat.

Het verschil tussen de twee is daarmee de kern van het kalkprobleem. Calciumbicarbonaat staat voor de opgeloste, onzichtbare toestand; calciumcarbonaat voor de vaste, zichtbare afzetting. De overgang tussen beide wordt beschreven door één reactie, die we op de pagina over tijdelijke en permanente hardheid in detail bespreken.

Is kalk hetzelfde als calcium?

Niet helemaal. Calcium is een chemisch element; kalk is in de volksmond de vaste afzetting die calcium bevat. Wie zegt dat er "veel kalk" in het water zit, bedoelt dat er veel calcium (en magnesium) opgelost is. Dat opgeloste calcium kan onder bepaalde omstandigheden kalk vormen, maar het is niet hetzelfde. Ook het woord kalk zelf is meerduidig: in de bouw verwijst "kalk" vaak naar gebluste of ongebluste kalk (calciumhydroxide of calciumoxide), terwijl "kalkaanslag" in huis bijna altijd calciumcarbonaat is.