מים קשים

מים קשים הם מים המכילים כמות גבוהה של מינרלים מומסים (להבדיל מ"מים רכים"). קשיוּת נפוצה במים שאובים ממקורות טבעיים. מבין המינרלים המומסים העיקריים במים קשים ניתן למנות יוני סידן, מגנזיום, ברזל תלת-ערכיים, מנגן, גופרית ומימן פחמתי. ניתן להפוך מים קשים ל"מים רכים" על ידי פעולות לריכוך מים. דרגות קשיות של מים: מים רכים: עד 60 מ"ג סידן לליטר מים. מים קשים במקצת (Slightly hard): בין 61 ל-120 מ"ג סידן לליטר מים. מים קשים: בין 121 ל-180 מ"ג סידן לליטר מים. מים קשים מאוד: מעל 181 מ"ג סידן לליטר מים. בתגובה עם סבון, יוצרים יוני המינרלים חומרים קשי-תמס היוצרים משקעים מוצקים. כך למשל, נוצרת טבעת משקעים סביב לאמבטיה בקו גובה המים לאחר הרחצה. ככל שהמים רכים יותר פעולת הסבון משתפרת, לאור מיעוט המשקעים הנוצרים. פיתוח הדטרגנטים שיפר את איכות פעולת הניקוי, כיוון שהדטרגנטים אינם מגיבים עם יוני סידן ומגנזיום. יוני הסידן אחראים גם להיווצרות האבנית הנוצרת בעת חימום מים קשים, תוצאה של תגובת שיקוע של חומר קשה-תמס נוסף - סידן פחמתי (אבן גיר). האבנית השוקעת יכולה להוות בעיה חמורה במערכות שבהן זורמים מים חמים כגון צנרת מפעלים, או צנרת ביתית. האבנית הנוצרת עשויה לסתום צינורות או להצר את קוטרם הפנימי, ובכך לפגוע ביעילות המערכת. ריכוך מים היא פעולה המפחיתה את ריכוז יוני הסידן או המגנזיום במים קשים. "יוני הקשיות" הללו גורמים לשלוש בעיות עיקריות. יוני המתכת מגיבים עם סבון או דטרגנטים רגישים לסידן, מפחיתים את יכולת ההקצפה שלהם, ויוצרים משקע לא אסתטי. נוכחות יונים אלה גם מפחיתה את כושר הניקוי של דטרגנטים שונים. בעיה משמעותית יותר היא נטייתם של סידן פחמתי ומגנזיום פחמתי להידבק למשטחים של צינורות וגופי חימום. התוצאה היא הפחתת זרימת המים בצינורות, ויצירת שכבת בידוד תרמי על גוף החימום. שכבה זו מפחיתה יעילות גופי החימום, וגם עלולה לגרום לנזק למערכת עקב התחממות יתר של גוף החימום. נוכחות יונים באלקטרוליט יכולה גם לגרום לשיתוך גלווני, בו אחת המתכות תעבור שיתוך (קורוזיה) מהיר יותר כאשר היא במגע עם מתכת מסוג אחר. נוכחות מרככי מים עלולה להחריף את הבעיה, ולגרום לאנודת ההקרבה במחממי מים לעבור שיתוך בקצב מהיר יותר. שימוש במחליף יונים - מתקני ריכוך מים המיועדים לשימוש ביתי בדרך כלל משתמשים בשרף מחליף יונים, למרות שגם לקבוצת מינרלים בשם "זאוליטים" יש תכונות החלפת יונים, והם משמשים בחלק מהמערכות. בשרף מחליף יונים, יונים "קשים" מהמים מוחלפים ביוני נתרן הקשורים אלקטרוסטטית לקבוצות פונקציונליות אניוניות (שליליות) על השרף הפולימרי. יוני מתכת הם חיוביים, ולכן נמשכים לקבוצת השליליות שעל השרף. יוני נתרן, בניגוד לסידן ומגנזיום, אינם יוצרים תרכובות קשות תמס, אלא חומרים מסיסים בלבד, כמו מלח בישול (הנוצר כאשר יוני נתרן מתרכבים עם יוני כלור - כלורידים). פעולת ריכוך מים זו גורמת להגברת כמות יוני הנתרן במים, אך הכמות נותרת קטנה יחסית. למרות זאת, יש הטוענים כי עקב כמות הנתרן המוגדלת עדיף שלא להשתמש במתקנים כאלה לצריכה סדירה. עם הזמן, השרף מתמלא יותר ויותר ביוני הסידן, והיעילות שלו יורדת. בשלב זה ניתן לבצע להם רגנרציה (רענון). ניתן לעשות זאת על ידי הזרמה של תמיסת מי מלח מרוכזת (brine), שגורמת להיפוך התהליך המוזכר לעיל, וזאת עקב הריכוז הגבוה של המלח (יוני נתרן) בתמיסה (ראו עקרון לה שטליה). החסרון בפעולה זו הוא שרוב המלח בתמיסה עובר דרך המערכת ויוצא לביוב או לאדמה. ריכוזי מלח גבוהים עלולים לגרום לזיהום מקורות המים ופגיעה בסביבה (המלחת קרקע, לדוגמה). ריכוך באמצעות חימום וסינון - חימום ממושך של מים קשים קרוב לטמפרטורת הרתיחה גורם לשקיעה של יוני הסידן והמגנזיום עם יוני אוקסלט לא מסיסים. סינון על ידי רשת או שפיה של המים גורם להפחתה משמעותית בריכוז היונים הלא מסיסים בהם. שיטה זו מוכרת כבעיה בקומקומים, אשר צוברים בתחתיתם אבנית. האבנית נוצרת כתוצאה משיקוע היונים בחימום. הסתיידות חילוף יונים טיהור מים התפלת מי ים אבנית רחל אידלמן, מים קשים-מים רכים: מעבדה מקורית בנושא כימיה של הסביבה, באתר המרכז הארצי למורים לכימיה, 24 באפריל 2014 מים קשים, המחלקה לכימיה באוניברסיטת וושינגטון (אנגלית) science/hard-water מים קשים, באתר אנציקלופדיה בריטניקה (באנגלית)