A2
Die Härte im Wasser
Definition der Härte im Wasser
Unter
Wasserhärte
versteht
man
den
Gehalt
des
Wassers
an
Calcium- (Ca
2+
) und Magnesium-Ionen (Mg
2+
).
Definition : Härte = c(Ca
2+
) + c(Mg
2+
)
[mol/m³] bzw. [mmol/L]
[ c() = Stoffmengenkonzentration ]
Die
Angabe
in
Grad
deutscher
Härte
(°dH)
ist
veraltet
aber
dennoch
immer
noch
in
Gebrauch.
1 mol/m³ = 5,6 °dH
Das
Verhältnis
von
Ca
zu
Mg
im
Wasser
beträgt
allgemein
etwa
5:1,
also
ca.
83%
Ca
und
17%
Mg.
Der
Anteil
an
Magnesium
kann
aber
je
nach
Geologie
auch
höher
oder
niedriger liegen.
Die
Eigenschaft,
dass
Wasser
mit
hoher
Härte
beim
Wäschewaschen
zu
harter
und
spröder
Wäsche
führt,
ist
heute
größtenteils
nicht
mehr
von
Bedeutung.
Früher
wurden
Seifen
zur
Wäsche
verwendet,
die
dann
mit
den
Härtebildnern
zu
sogenannten
Kalkseifen
reagierten
und
sich
in
der
Wäsche
ablagerten,
was
die
Kleidung
hart
und
spröde machte.
Diese Eigenschaft der Härtebildung haben alle Erdalkali-Ionen:
Elemente der 2. Hauptgruppe des Periodensystems (Erdalkalimetalle):
Beryllium
(Be),
Magnesium
(Mg),
Calcium
(Ca),
Strontium
(Sr),
Barium
(Ba),
Radium (Ra)
Da
die
anderen
Erdalkali-Ionen
aber
nur
in
geringen
Konzentrationen
oder
überhaupt
nicht
im
Wasser
enthalten
sind,
hat
man
die
Definition
der
Wasserhärte
auf
Calcium
und Magnesium begrenzt.
Heute
verwendet
man
überwiegend
synthetische
Waschmittel,
meist
Sulfonate,
die
diese Eigenschaft nicht haben.
Weiterhin
bleibt
aber
von
Bedeutung,
dass
Kalk
beim
Erhitzen
des
Wassers
ausfällt
und
zu
technischen
Problemen
führen
kann.
Deswegen
werden
Waschmitteln
sogenannte Härtestabilisatoren beigemischt.
Da
jedoch
der
Erdboden
und
das
Gestein
unterschiedliche
Kalkgehalte
aufweisen,
ist
die
Härte
im
Wasser
regional
sehr
unterschiedlich
und
abhängig
von
der
Geologie
im
jeweiligen Gebiet.
Die
Löslichkeit
von
Gips
ist
relativ
hoch
(CaSO
4
:
L
=
6,1
•
10
-5
(mol/L)
2
25
°C),
so
dass
Wasser
in
Kontakt
mit
Gipslagerstätten
viel
gelöstes
Calcium,
aber
auch
Sulfat
in
höheren
Konzentrationen
enthalten
kann.
Dies
trifft
für
Calcium-reiche
Mineralwässer
zu. (L = Löslichkeitsprodukt)
In
Carbonat-haltigem
Gestein
kann
sich
durch
das
geringere
Löslichkeitsprodukt
für
Calcit (CaCO
3
:
L = 3,9 • 10
-9
(mol/L)
2
10
°C)
nur
weniger
Calcium
lösen.
Die
Löslichkeit
wird
aber
durch
Vorhandensein
von
CO
2
durch
den
dadurch
erniedrigten
pH-Wert erhöht.
In
chemischen
Gleichungen
wird
die
durch
CO
2
verstärkte
Löslichkeit
für
Calcit
häufig
vereinfacht in einer einzigen Reaktionsgleichung dargestellt:
Summarisch (
vereinfacht !!
):
CaCO
3
+ CO
2
+ H
2
O
→
Ca
2+
+ 2 HCO
3
-
Die
größere
Löslichkeit
des
Calcits
wird
aber
allein
durch
die
Senkung
des
pH-Wertes
durch
das
CO
2
verursacht
(ausführliche
Reaktionsmechanismen
werden
im
Fachbuch
dargestellt). Durch die Lösung des Carbonats steigt der pH-Wert wieder an.
Weitere
chemische
Umsetzungen
des
CO
2
im
Boden
mit
silikatischen
Mineralien
(Ton)
führen unter anderem auch zur Freisetzung von Calcium- und Magnesium-Ionen:
- silikatische Mineralien (Tone)
Ton + CO
2
→
K, Na, Mg, Ca, Al, Silikate
Beispielhafte Härtegrade natürlicher Wässer:
21 °dH
Grundwasser Gaienhofen (Bodensee)
16 °dH
Grundw. Münsterländer Kiessandzug
9 °dH
Bodensee
3 °dH Talsperrenwasser Harz
Abbildung: Härtegrade im Wasser
Abbildung: Kalksandstein mit Klüften (Leerbachquelle)
Abbildung: Dolomit (Rhumequelle)
Entstehung der Härte im Wasser
Calcium
und
Magnesium
liegen
als
Mineralien
im
Boden
und
im
Gestein
vor,
Calcium
primär
als
Calcit
(CaCO
3
)
und
Gips
(CaSO
4
),
Magnesium
als
Dolomit
CaMg(CO
3
)
2
,
Magnesit
oder
als
Silikat.
Beim
Kontakt
von
Wasser
mit
dem
Boden/Gestein
lösen
sich
die Mineralien im Wasser.
Die Lösung von Carbonaten führt zu einer Erhöhung der Härte (Ca/Mg) !
Kalk und Kohlensäure im Haushalt
Im
Haushalt
führt
besonders
Kalk
wegen
seiner
geringen
Löslichkeit
zu
Problemen.
Der
Magnesiumanteil
der
Härte
ist
dagegen
im
Haushalt
nicht
von
Bedeutung,
da
Magnesium unter diesen Bedingungen nur leicht lösliche Verbindungen bildet.
Wenn
Wassertropfen
auf
Oberflächen
trocknen,
dann
bleiben
weiße
Ränder
zurück.
Will
man
diese
mit
einem
feuchten
Lappen
wegwischen,
so
entfernt
man
zwar
alle
leicht
löslichen
Verbindungen
wieder,
aber
der
ausgefallene
Kalk
bleibt
hartnäckig
zurück,
so
dass immer noch weiße Ränder zu sehen sind.
Bei
der
Verkalkung
von
Geräten
ist
besonders
die
Erwärmung
des
Wassers
von
Bedeutung.
Bei
steigender
Temperatur
sinkt
die
Löslichkeit
von
Calcit
und
Kalk
kann
dann stärker ausfallen.
Besonders
deutlich
wird
dies
häufig
in
Wasserkochern
auf
Heizspiralen
zur
Wassererwärmung.
Über
Duschköpfe
und
Perlatoren
an
den
Wasserhähnen
kommt
das
erwärmte
Wasser
aus
den
Leitungen.
Durch
die
Erwärmung
hat
die
Kalklöslichkeit
abgenommen
und
das
Wasser
ist
kalkabscheidend
geworden.
Zusätzlich
geht
CO
2
(Kohlensäure)
an
die
Luft
verloren, was die Kalkabscheidung erhöht.
Abbildung: Verkalkte Heizspirale
Abbildung: Duschkopf und Perlator
mit Kalkablagerungen