Jak twarda woda wpływa na mydło: skład chemiczny, reakcje i skutki
- Szczegóły
Dbanie o czystość nie byłoby trudne, gdyby wszystkie zabrudzenia i plamy rozpuszczały się w wodzie. Niestety, większość z nich jest odporna na działanie wody. Ludzie od najdawniejszych czasów poszukiwali skutecznych sposobów pozbywania się brudu podczas mycia i prania. Okazało się, że do tego celu doskonale nadają się mydła.
Właściwości mydeł i ich otrzymywanie
Mydła są substancjami, które mają zdolność pienienia się w wodzie i usuwania brudu. Mydła twarde stosowane w gospodarstwie domowym są mydłami sodowymi z dodatkiem substancji zapachowych i barwników. Natomiast składnikami innych produktów, na przykład kremów do golenia czy preparatów myjących w płynie, są zwykle mydła potasowe. Mydła są solami metali grupy 1. i 2.
Jak otrzymać mydło?
Mydła produkuje się w procesie zmydlania tłuszczów roślinnych i zwierzęcych w obecności silnej zasady i podczas długiego gotowania. Reakcje tłuszczów (estrów glicerolu i wyższych kwasów karboksylowych) z zasadami (najczęściej sodową i potasową, ale też magnezową) nazywane są zmydlaniem, ponieważ prowadzą do otrzymania mydeł podczas ogrzewania mieszaniny. Zmydlanie nazywane jest także saponifikacją.
Obecnie do produkcji mydeł jako źródło kwasów tłuszczowych używa się głównie oleju palmowego, z nasion bawełny i kokosowego. Tłuszcze, które stanowią źródło wyższych kwasów karboksylowych do produkcji mydeł, nie mają jednorodnego składu, a triglicerydy, tworzące je, budowane są przez różnorodne wyższe kwasy karboksylowe.
Proces otrzymywania mydła z tłuszczu, zwany zmydlaniem tłuszczów, można przedstawić w postaci schematu:
Przeczytaj także: Wszystko o twardej wodzie
tłuszcz + wodorotlenek sodu → mydło sodowe + glicerol
Reakcję zmydlania tłuszczów wykorzystuje się na skalę przemysłową do produkcji mydła, głównie z tłuszczów nasyconych. Proces ten polega na długotrwałym gotowaniu tłuszczów ze stężonym roztworem wodorotlenku sodu. Powstającą obok mydeł glicerynę usuwa się z końcowego produktu lub czasem pozostawia, gdyż ma ona działanie natłuszczające.
Często do produkcji mydeł zamiast czystych kwasów tłuszczowych stosuje się naturalne oleje i tłuszcze bądź ich mieszaniny, z których w procesie zmydlania powstają bezpośrednio sole odpowiednich kwasów tłuszczowych. Produkowane współcześnie mydła toaletowe w celu podniesienia ich walorów służących pielęgnacji skóry oraz ich atrakcyjności dla użytkowników wzbogaca się w różnymi dodatkami - środkami nawilżającymi, substancjami zakwaszającymi, środkami bakteriobójczymi, olejkami zapachowymi, substancjami barwiącymi.
Aby uzyskać pożądaną żelową konsystencję mydła do mieszaniny reakcyjnej dodaje się NaCl. Mydła ulegają hydrolizie anionowej jako sole słabych kwasów i mocnych zasad. Ich roztwory wodne mają odczyn zasadowy.
Cząsteczki mydła zbudowane są z długiego łańcucha węglowego (R), który jest hydrofobowy („nie lubi wody, odpycha wodę”) oraz głowy -COO-, która jest hydrofilowa („lubi wodę”). Mydła mają bardzo charakterystyczną budowę, która odpowiada za ich zdolności usuwania brudu. Podczas procesu prania, czyli usuwania brudu hydrofobowy ogon wnika w cząsteczki brudu, a hydrofilowa głowa pozostaje na jego powierzchni, co pozwala na zwilżanie przez wodę i usuwanie brudu z powierzchni tkanin i innych materiałów. Mydła zmniejszają napięcie powierzchniowe wody, przez co łatwo wnika ona w pory tkanin i skóry.
Przeczytaj także: Jak pozbyć się osadu z twardej wody?
Twardość wody i jej wpływ na mydło
Twardość wody to właściwość wynikająca z obecności substancji mineralnych w cieczy. Jest to cecha określająca stopień stężenia w wodzie różnego typu substancji mineralnych, czyli przede wszystkim soli wapnia i magnezu. Ich ilość wpływa na napięcie powierzchniowe. Im jest ono wyższe, tym trudniej zwilżyć wszelkiego rodzaju powierzchnie - więc trudniej jest je czyścić. Jeśli masz w kranie twardą wodę, musisz używać więcej mydła i detergentów.
Twardość wody w Polsce: Twardość wody w Polsce wynika z zawartości jonów wapnia (Ca²⁺) i magnezu (Mg²⁺). Te kationy stanowią główne przyczyny tego zjawiska. Najczęściej twardość wody w Polsce jest oceniana jako twarda lub średnio twarda. Występuje tendencja do mocno twardej wody w kranach. W Poznaniu twardość wody wynosi nawet do 24 °dH, co klasyfikuje ją jako bardzo twardą. W Łodzi dochodzi do 19 °dH. W Gliwicach twardość mieści się od 163 do 441 mg CaCO₃/l. W Lublinie twardość wody oscyluje wokół 300-460 jednostek twardości.
Dopuszczalne normy: Normy polskie dopuszczają zakres od 60 do 500 mg CaCO₃/l. Zalecenia Światowej Organizacji Zdrowia (WHO) to 50-500 mg CaCO₃/l. Idealna twardość wody do picia wynosi od 3 do 6 °dH. Dla urządzeń AGD optymalne jest 50-100 mg CaCO₃/l. Dla rurek miedzianych zaleca się 6-7 °dH.
Rodzaje twardości wody
Wyróżnia się dwa rodzaje twardości. Pierwsza z nich jest przemijająca, nazywaną też węglanową, pochodzącą w szczególności od węglanów i wodorowęglanów wapnia i magnezu. Można ją częściowo usunąć przez gotowanie. Druga z nich to twardość nieprzemijająca, trwała, nazywana też niewęglanową, za którą odpowiedzialna jest obecność w wodzie siarczanów, azotanów, chlorków i innych rozpuszczalnych soli - głównie wapnia i magnezu.
Twardość całkowita wody składa się z twardości przejściowej (węglanowej) i trwałej (niewęglanowej).
Przeczytaj także: Jak rozpoznać twardą wodę?
Skutki twardej wody
Wysoka twardość wody wpływa negatywnie na stan urządzeń grzewczych. Szczególnie narażone na jej oddziaływanie są kotły dwufunkcyjne z wymiennikiem płytowym, który pracując z twardą wodą, szybko pokrywa się kamieniem. Z kolei zasobniki ciepłej wody, które są narażone na osady kamienne, po kilku latach mogą zmniejszać swoją pojemność. Mają również ograniczoną przewodność cieplną znajdujących się w nich wężownic, co również wpływa na podwyższenie kosztów ogrzewania wody.
Objawiają się one między innymi sztywnością ubrań pranych w pralce i ich szybszym niszczeniem. Twarda woda wpływa negatywnie także na skórę. Po kąpieli staje się ona wysuszona i napięta, mogą się też na niej pojawiać wypryski.
Twarda woda a mydło:
- Obecność utwardzaczy, czyli jonów wapnia (Ca²⁺) i magnezu (Mg²⁺) odpowiedzialnych za twardość wody, utrudnia pienienie się mydła i innych środków piorących.
- Mydło pod wpływem tych jonów wytrąca się w postaci nierozpuszczalnego osadu mydła wapiennego bądź mydła magnezowego.
- Tworzenie się osadów mydła wapiennego lub magnezowego w wodzie twardej skutkuje zwiększonym zużyciem mydła, które pieni się i wykazuje swe działanie piorące dopiero po strąceniu się wszystkich utwardzaczy.
Jak sprawdzić twardość wody?
Wiele osób, zastanawiając się, jak sprawdzić twardość wody w miejscu ich zamieszkania, korzysta z ogólnodostępnych map określających tę właściwość dla różnych regionów Polski. Warto jednak wziąć pod uwagę, że mapy te pokazują parametry substancji, jaka wypływa z sieci wodociągowych. Po dotarciu do kranu jej właściwości mogą ulec zmianie, zwykle pogorszeniu. Aby mieć pewność, jaka woda jest dostarczana do Twojego budynku, warto przeprowadzić test jej twardości. Można go wykonać samodzielnie lub skorzystać z pomocy specjalistów.
Można je przeprowadzać na kilka sposobów. Najbardziej miarodajnym testem jest ten przeprowadzany w laboratorium, gdzie mierzy się dokładny skład chemiczny substancji. Można to zrobić także w warunkach domowych za pomocą testerów kropelkowych. Taki sposób daje mniej dokładne wyniki, lecz wciąż wystarczające do określenia właściwości cieczy. Najmniej wiarygodną metodą jest użycie testera paskowego.
WHO, jako akceptowalny zakres podaje 50-500 mg CACl/l. To oznacza, że dopuszczalne wartości kształtują się na poziomie od 3 do 20 stopni w skali niemieckiej, natomiast optymalne nie powinny przekraczać 6. O ile w Gdańsku woda jest bardzo twarda (ponad 22 stopnie w skali niemieckiej), o tyle Kraków i Zakopane to wartości na poziomie 7. Najniższą twardość odnotowano w Katowicach - jedynie 4,5 stopnia.
Jak zmiękczać twardą wodę?
Jeśli wyniki pomiaru klasyfikują ją jako zbyt twardą, warto wdrożyć działania, które poprawią jej parametry. Na własną rękę można „walczyć” z twardą wodą, zaopatrując się w tabletki zmiękczające do pralek i zmywarek, stosując kosmetyki dopasowane do jej właściwości (na przykład szampony, żele pod prysznic) lub stosować ocet i kwasek cytrynowy.
Jeśli zależy Ci na skutecznym rozwiązaniu problemu, warto zaopatrzyć się w specjalne urządzenia, które zmieniają właściwości wody w domu. Są to między innymi filtry wody kąpielowe, do pralki czy zmywarki, których skład zapobiega powstawaniu osadów z kamienia. Możesz także postawić na filtr zmiękczający, który obejmie swoim działaniem całe gospodarstwo domowe. Najtańszą i najprostszą opcją są filtry do sprzętów AGD i słuchawek prysznicowych. Koszt takich akcesoriów waha się między 40 a 400 zł.
Metody zmiękczania wody
- Metoda termiczna: Polega na podgrzaniu wody twardej do temperatury powyżej 37°C i wykorzystywana jest do usuwania twardości przemijającej, czyli węglanowej.
- Metoda chemiczna: Polega na dodawaniu do wody twardej chemicznych środków strącających (zmiękczaczy), głównie węglanu wapnia, czyli sody (Na₂CO₃) i wodorotlenku wapnia (Ca(OH)₂), a także fosforanu sodu (Na₃PO₄), polifosforanu sodu (Na₅P₃O₁₀) oraz boraksu, czyli tetraboranu sodu (Na₂B₄O₇).
- Metoda fizykochemiczna: Polega na wykorzystaniu wymieniaczy jonowych, czyli jonitów - wielkocząsteczkowych substancji posiadających zdolność wymiany własnych jonów na jony wapnia (Ca²⁺) bądź jonu magnezu (Mg²⁺) odpowiedzialne za twardość wody.
Systemy zmiękczania wody oparte są na wymianie jonowej. Stacje zmiękczania wody wykorzystują żywicę jonowymienną. W procesie wymiany jonowej usuwa ona jony wapnia i magnezu. Zastępuje je jonami sodu. Zmiękczacz wody musi być regularnie regenerowany. Zazwyczaj co kilka dni. Utrzymuje to jego skuteczność. Zapewnia to ciągłą dostawę miękkiej wody. Regeneracja złoża odbywa się solą tabletkowaną. Rolę odgrywa także zawór obejścia (by-pass). Pozwala on na odcięcie zmiękczacza w razie potrzeby. Producentami takich systemów są między innymi Viessmann i Aquahome.
Alternatywą są generatory impulsowe. Zmieniają one strukturę minerałów. Minerały te nie osadzają się. Koszty zmiękczania wody obejmują zakup urządzenia, sól tabletkowaną, serwis oraz zużycie wody do regeneracji. Zakup podstawowego zmiękczacza to koszt od 2000 do 5000 zł. Roczny koszt soli tabletkowanej dla rodziny wynosi około 100-300 zł. Serwis co 1-2 lata to wydatek rzędu 200-400 zł. Zużycie wody na regenerację to około 50-150 zł rocznie.
Tabela: Twardość wody w wybranych miastach Polski
| Miasto | Twardość wody |
|---|---|
| Poznań | do 24 °dH |
| Łódź | do 19 °dH |
| Gliwice | 163-441 mg CaCO₃/l |
| Lublin | 300-460 jednostek twardości |
tags: #jak #twarda #woda #wpływa #na #mydło
