ماء عسر

الماء العسر أو مياه عسرة هو الماء الذي يحتوي على محتوى معدني عالي (على النقيض من «الماء اليسر»). يتم تشكيل الماء العسر عندما يتم ترشيح المياه من خلال رواسب الحجر الجيري والطباشير التي تتكون أساسا من الكالسيوم وكربونات المغنيسيوم. 

شرب هذا الماء قد يكون له فوائد صحية معتدلة، ولكن يمكن أن تطرح مشاكل خطيرة في إعدادات الصناعية، حيث يتم رصد صلابة المياه لتجنب حدوث أعطال مكلفة في المراجل، أبراج التبريد والمعدات الأخرى التي تتعامل مع المياه. في الاستخدام المنزلي، نري المياء العسر عندما  نري عدم تشكيل رغوة الصابون عندما يتم تحريك الصابون في الماء، وتكوين رواسب بيضاء في غلايات وسخانات المياه. تليين المياه يستخدم عادة لتقليل الآثار الضارة عن صلابة المياه.World Health Organization Hardness in Drinking-Water, 2003  

 مصدر الصلابة 
300px|تصغير|صنبور مع تكلس نتيجة الماء العسر.
صلابة الماء تتحدد ب  تركيز  الكاتيونات في الماء. الكاتيونات هي المعادن الموجبة المعادن المجمعات مع شحنة أكبر من 1+. عادة، الكاتيونات تكون لها شحنة 2+. الكاتيونات الموجودة في الماء العسر تشمل Ca2+ و Mg2+. هذه الأيونات تدخل إمدادات المياه عن طريق الترشيح من المعادن في المياه الجوفية. المشتركة أشهر المعادن المحتوية علي  الكالسيوم هي  الكالسيت والجبس. أما  المغنيسيوم فيوجد في معدن الدولوميت (الذي يحتوي أيضا على الكالسيوم). مياه الأمطار والماء  المقطر  هي مياه لينة لأنها تحتوي على قليل من الأيونات.

معادلة  التوازن التالية تصف  حل وتشكيل كربونات الكالسيوم:
 CaCO3 (s) + CO2 (aq) + H2O (l) ⇋ Ca2+ (aq) + 2HCO3− (aq)
التفاعل يمكن أن يذهب في كلا الاتجاهين. المطر الذي يحتوي على ثاني أكسيد الكربون المذاب يمكن أن يتفاعل مع كربونات الكالسيوم وتاخذ أيونات الكالسيوم معها بعيداً.  كربونات الكالسيوم يمكن أن تترسب مرة أخرى ك كالسيت حيث أن ثاني أكسيد الكربون يضيع في الغلاف الجوي. 

أيونات الكالسيوم والمغنيسيوم في بعض الأحيان يمكن إزالتها عن طريق تحلية المياه.

 صلابة مؤقتة 
الصلابة المؤقتة هو نوع من صلابة المياه بسبب وجود البيكربونات المذابة (بيكربونات الكالسيوم وبيكربونات المغنيسيوم). عند ذوبانها، تعطي هذه المعادن كاتيونات الكالسيوم والمغنيسيوم (+Ca2+, Mg2) وكربونات وبيكربونات الأنيونات (-CO32−، HCO3). وجود الكاتيونات المعدنية، يجعل  المياه صلبة. لكن خلافا للصلادة الدائمة الناجمة عن مركبات الكبريتات والكلوريد، يمكن تخفيض هذا صلابة '' مؤقتة '' بالماء المغلي أو بإضافة الجير (هيدروكسيد الكالسيوم) من خلال عملية تليين الجير.  الغليان يشجع على تكوين الكربونات من البيكربونات مع ترسيب كربونات الكالسيوم، وترك الماء.

 صلابة دائمة 
الصلابة الدائمة هي الصلابة التي لا يمكن إزالتها عن طريق الغليان. في هذه الحالة، فإنه عادة ما يكون سببها وجود كبريتات الكالسيوم/كلوريد الكالسيوم و/أو كبريتات المغنيسيوم/كلوريد المغنيسيوم في الماء والتي لا تترسب برفع  درجة الحرارة. الأيونات التي تسبب الصلابة الدائمة  يمكن إزالتها باستخدام الماء المنقي  أو التبادل الأيوني.

الصلابة الدائمة الكلية = صلابة الكالسيوم +صلابة  المغنيسيوم

صلابة الكالسيوم والمغنيسيوم هو تركيز أيونات الكالسيوم والمغنيسيوم المعبر عنها بما يعادلها كربونات الكالسيوم.

 الآثار 
مع الماء العسر، يشكل الصابون ترسبات بيضاء  بدلاً من إنتاج الرغوة، نظراً لأن أيونات 2 + تدمير خصائص السطح للصابون بتشكيل ترسبات صلبة. العنصر الرئيسي لتلك الرواسب هو ستيرات الكالسيوم، التي تنشأ من ستيرات الصوديوم، المكون الرئيسي للصابون: 
 2 C17H35COO− (aq) + Ca2+ (aq) → (C17H35COO)2Ca (s)
وهكذا يمكن تعريف الصلابة كقدرة عينة الماء لاستهلاك لصابون، أو القدرة علي ترسيب الصابون كخاصية مميزة للماء الذي يمنع تكوين رغوة الصابون. المنظفات الاصطناعية لا تصنع مثل هذه الرواسب. 
يسار|تصغير|210x210بك| قناة  إيفل في ألمانيا. في الخدمة لمدة 180 عاما 
الماء العسر أيضا يشكل الرواسب التي تسد السباكة. هذه الودائع، تتكون أساسا من كربونات الكالسيوم (Caco3), هيدروكسيد المغنيسيوم (Mg(OH)2) كبريتات الكالسيوم (CaSO4). كربونات الكالسيوم والمغنيسيوم تميل إلى أن تكوين رواسب صلبة بيضاء في السطح الداخلي للأنابيب. هذه الرواسب (مواد صلبة غير قابلة للذوبان) هي أساسا بسبب التحلل الحراري لأيونات البيكربونات ولكن يحدث أيضا في الحالات التي يكون فيها ايونات الكربونات  في تركيز التشبع.Wisconisin DNR - Carbonate chemistry  هذا التراكم  يحد من تدفق المياه في الأنابيب. الأضرار الناجمة عن كربونات الكالسيوم المترسبة يختلف باختلاف  الشكل البلوري، على سبيل المثال، الكالسيت أو أراجونيت[8][8] [9]].

 الاعتبارات الصحية 
منظمة الصحة العالمية تقول أنه «لا يبدو أن هناك أي أدلة مقنعة على أن صلابة المياه تسبب آثار ضارة على صحة البشر». في الواقع، فان المجلس الوطني للبحوث في الولايات المتحدة قد وجد أنه هذا الماء يمكن أن يكون بمثابة المكمل الغذائية للكالسيوم والمغنيسيوم.

وقد أظهرت بعض الدراسات  علاقة عكسية ضعيفة بين صلابة المياه وأمراض القلب والشرايين لدى الرجال تصل إلى مستوى 170 ملغ كربونات الكالسيوم لكل لتر من الماء.

الحد الأقصى والحد الأدنى من مستويات الكالسيوم (40-80 جزء في المليون) والمغنيسيوم (20-30 جزء في المليون) في مياه الشرب، والصلابة الكلية هي مجموع تركيزات الكالسيوم والمغنيسيوم 2-4 مليمول/ل.František Kožíšek Health significance of drinking water calcium and magnesium, February 2003 

وقد أظهرت دراسات أخرى علاقة ضعيفة بين صحة القلب والأوعية الدموية وصلابة المياه. صيانة CS1: أسماء متعددة: قائمة المؤلفون (link)

بعض الدراسات ربطت استخدام هذه المياه مع زيادة الاكزيما في الأطفالA multicentre randomized controlled trial of ion-exchange water softeners for the treatment of eczema in children: protocol for the Softened Water Eczema Trial (SWET) (ISRCTN: 71423189) http://www.swet-trial.co.uk/ [15][15] [18]].

 القياس 
الصلابة يمكن أن تقاس كميا عن طريق التحليل الآلي. مجموع صلابة المياه هو المجموع المولي لتركيزات Ca2+ و Mg2+  بوحدات مول/لتر أو مليمول/لتر. على الرغم من ان صلابة المياه تقاس فقط بمجموع تركيزات الكالسيوم والمغنيسيوم (الايونات  ثنائية التكافؤ الأكثر انتشارا), الا ان  الحديد، الألمونيوم، المنغنيز يمكن أيضا أن تكون موجودة في مستويات مرتفعة في بعض المواقع. وجود الحديد بالتحديد يضفي اللون البني (الصدأ)  للرواسب، بدلا من الأبيض (لون معظم المركبات الأخرى).

صلابة المياه في كثير من الأحيان لا يعبر عنها بالتركيز المولي، وإنما يمكن استحدام مختلف الوحدات، مثل درجة الصلابة العامة (dGH), الدرجة الألمانية  (°dH) أجزاء في المليون (جزء في المليون، mg/L, أو الدرجة الأمريكية),(gpg), الدرجة الإنجليزية (°e, e, أو درجة كلارك) أو الدرجة الفرنسية  (°fH, درجة فهرنهايت أو °F). ويبين الجدول أدناه عوامل التحويل بين الوحدات المختلفة.
+وحدات التحويل  mmol/L  ppm, mg/L dGH, °dHgpg °e, °Clark °fH mmol/L  1  0.009991  0.1783  0.171  0.1424  0.09991  ppm, mg/L  100.1  1  17.85  17.12  14.25  10  dGH, °dH 5.608  0.05603  1  0.9591  0.7986  0.5603  gpg  5.847  0.05842  1.043  1  0.8327  0.5842  °e, °Clark 7.022  0.07016  1.252  1.201  1  0.7016  °fH  10.01  0.1  1.785  1.712  1.425  1  Example 1: 1 mmol/L = 100.1 ppm; Example 2: 1 ppm = 0.056 dGH.
هيئة  المسح الجيولوجي في الولايات المتحدة تستخدم التصنيف التالي إلى الماء الصلب واللين،
التصنيف الصلابة mg/Lالصلابة mmol/Lالصلابةin dGH/°dHالصلابةin gpgالصلابة ppmلين0–60  0–0.60  0-3.37  0-3.50  less than 60صلابة معتدلة61–120  0.61–1.20  3.38-6.74  3.56-7.01  60-120صلابة121–180  1.21–1.80  6.75–10.11  7.06-10.51  120-180أكثر صلابة≥ 181  ≥ 1.81  ≥ 10.12  ≥ 10.57  > 181

 مؤشرات 
تستخدم عدة مؤشرات لوصف سلوك كربونات الكالسيوم في الماء أو النفط أو خليط الغازات.
Corrosion by water 

 مؤشر تشبع لانجيلر (LSI) 

 LSI = pH (measured) − pHs
 LSI > 0  >>> الماء يكون فائق التشبع ويميل لترسيب طبقة من CaCO3.
 LSI = 0  >>>الماء يكون مشبع وف اتزان مع CaCO3.  حيث لا يترسب CaCO3 ولا يذوب
 LSI < 0  >>> الماء يكون غير مشبع ويمل الي اذابة CaCO3.

 تحليل الماء:
 pH = 7.5
 TDS = 320 mg/L
 Calcium = 150 mg/L (or ppm) as CaCO3
 Alkalinity = 34 mg/L (or ppm) as CaCO3

 معادلة LSI:
 LSI = pH - pHs
 (pHs = (9.3 + A + B) - (C + D 
 حيث:
 A = (Log10[TDS] - 1)/10 = 0.15
 B = -13.12 x Log10(oC + 273) + 34.55 = 2.09 at 25 °C and 1.09 at 82 °C
 C = Log10[Ca2+ as CaCO3] - 0.4 = 1.78
 (Ca2+ as CaCO3 والذي يسمي أيضا صلابة الكالسيوم ويحسب هكذا =2.5(Ca2+))
 D = Log10[القلوية مثل  CaCO3] = 1.53

 مؤشر استقرار ريزنار (RSI) 
 RSI = 2 pHs – pH
 6,5 < RSI < 7    فان الماء يعتبر في حالة تشبع مع كربونات الكالسيوم
 RSI > 8            الماء غير مشبع ويميل الي اذابة أي CaCO3
 RSI < 6,5         الماء يميل الي تكوين رواسب

 مؤشرات أُخرى 
المؤشرات الأخرى تشمل مؤشر لارسون-سكولد، T.E., Larson and R. V. Skold, Laboratory Studies Relating Mineral Quality of Water to Corrosion of Steel and Cast Iron, 1958 Illinois State Water Survey, Champaign, IL pp. [43] — 46: ill. مؤشر ديفيس، Stiff, Jr., H.A., Davis, L.E., A Method For Predicting The Tendency of Oil Field Water to Deposit Calcium Carbonate, Pet. و  مؤشراودو تومسون.Oddo,J.E., Tomson, M.B.,Scale Control, Prediction and Treatment Or How Companies Evaluate A Scaling Problem and What They Do Wrong, CORROSION/92, Paper No. 34, (Houston, TX:NACE INTERNATIONAL 1992).

 المعلومات الإقليمية 
صلابة  إمدادات المياه المحلية تعتمد على مصدر المياه. المياه التي تتدفق على الصخور البركانية (النارية) الصخور سوف تكون لينة، في حين أن المياه من الآبار المحفورة في الصخور المسامية هي عادة تكون عسرة جدا.

 في أستراليا 
تحليل صلابة المياه في كبرى المدن الأسترالية الأسترالي  يظهر الاختلاف من لينة جدا (ملبورن) إلى عسرة جدا (أديليد).
 مستويات صلابة كربونات الكالسيوم في جزء في المليون هي:
كانبيرا: 40; ملبورن: 10–26;
سيدني: 39.4–60.1;Sydney Typical Drinking Water Analysis 
بيرث: 29–226;
بريسبان: 100;Brisbane Drinking Water  
أديلايد: 134–148;Adelaide Water Quality 
هوبارت: 5.8–34.4;
داروين: 31.Darwin Water Quality  

 في كندا 
بعض القيم النموذجية هي: مونتريال 116 جزء في المليون، كالجاري 165 جزء في المليون، ريجينا 496 جزء في المليون، ساسكاتون 160-180 جزء في المليون، وينيبيغ 77 جزء في المليون2006 Winnipeg drinking water quality test results ، تورونتو 121 جزء في المليون، فانكوفر <3 جزء في المليونGVRD Wash Smart – Water Facts ، شارلوت تاون 140-150 جزء في المليون، واترلو  400 جزء في المليون، جيلف 460 جزء في المليون. 

 في إنجلترا وويلزdwi.gov.uk anglianwater.co.uk  
المنطقةالمصدر الرئيسيالمستويمانشسترليك ديستريكت 1.750 °clark / 25 ppmبيرمنجهامالين فالي3 °clark /
42.8 ppmبريستولمرتفعات منديب16 °clark / 228.5 ppmساوثهامبتونمياه بول18.76 °clark / 268 ppmلندنلي فالي19.3 °clark / 275 ppm

 انظر أيضًا 

 كربونات صلابة
 الماء المنقي
 نوعية المياه
 معالجة المياه
 تنقية المياه

 مراجع 

تصنيف:أشكال الماء
تصنيف:حجر جيري
تصنيف:ماء سائل
تصنيف:ماء
تصنيف:مؤشرات جودة المياه