En resumen

La solubilidad de la cal se basa en un equilibrio químico entre el dióxido de carbono y los iones de calcio. El dispositivo antical catalítico de frenaCal modifica este equilibrio de modo que la cal cristaliza espontáneamente en el agua en una forma que no se adhiere, sino que flota en el agua en forma de nanocristales.

¿Qué es el agua dura?

Se habla de agua dura cuando la cal está disuelta en el agua. La cal es insoluble en agua pura. si se añade dióxido de carbono al agua, se forma ácido carbónico (bicarbonato de hidrógeno, HCO₃⁻) y el agua disuelve la cal. Cuanto más ácido carbónico contiene el agua, más cal puede disolver, hasta un máximo de 16,6 g por litro de agua. La cal está disuelta en el agua en forma de bicarbonato de calcio Ca(HCO₃)₂.

La dureza total del agua está compuesta por iones de calcio e iones de magnesio, siendo los iones de calcio responsables del 80 % de la dureza. El magnesio se comporta químicamente de manera similar al calcio, por lo que el calcio se considera representativo de la dureza total.

¿Cómo llega la cal al agua potable?

El dióxido de carbono (CO₂) procedente de la descomposición anaeróbica de materia orgánica en el suelo por microorganismos se disuelve en el agua de lluvia en forma de bicarbonato de hidrógeno (HCO₃⁻) y forma ácido carbónico (H₂CO₃), que se filtra a través de la roca calcárea porosa.

CO₂ + H₂O ⇄ H₂CO₃

El calcio disuelto (bicarbonato de calcio Ca(HCO₃)₂) se forma por la meteorización de la piedra caliza (CaCO₃) debido a la acción del agua de infiltración rica en ácido carbónico.

¿Cómo está disuelta la cal en el agua potable y cómo se forman los depósitos de cal?

El bicarbonato de calcio Ca(HCO₃)₂ disuelto está en equilibrio con el dióxido de carbono disuelto (bicarbonato de hidrógeno HCO₃⁻). Si la cal permanece disuelta o se forman cristales depende de la cantidad de bicarbonato de hidrógeno en el agua. Si se reduce la cantidad de bicarbonato de hidrógeno, se forman cristales de cal. Si se añade bicarbonato de hidrógeno, los cristales de cal se disuelven.

El bicarbonato de hidrógeno HCO₃⁻ reacciona como una base débil con el agua para formar hidróxido y ácido carbónico inestable. se establece un equilibrio químico:

HCO₃⁻ + H₂O ⇄ H₂CO₃ + OH⁻

Para mantener el bicarbonato de calcio Ca(HCO₃)₂ en solución, se necesita una determinada concentración de lo que se conoce como "ácido carbónico asociado". Químicamente, este no se diferencia de cualquier otro ácido carbónico; lo importante es su proporción. Este ácido carbónico asociado mantiene, en equilibrio de disociación con los iones de bicarbonato de hidrógeno presentes, el pH del agua justo lo suficientemente bajo para que la proporción de iones carbonato, dependiente de este pH, junto con la concentración de calcio presente, no supere el producto de solubilidad del carbonato de calcio.

Si hay más cantidad de ácido carbónico libre que la cantidad "asociada" en la solución, esta cantidad adicional se denomina "ácido carbónico excedente". Puede reaccionar con más piedra caliza y disolverla. La proporción de este ácido carbónico que disuelve más cal y se convierte en bicarbonato de calcio adicional se llama "ácido carbónico agresivo a la cal". El resto del ácido carbónico excedente aumenta la cantidad de ácido carbónico asociado hasta un nuevo nivel más alto.

CaCO₃ + CO₂ + H₂O ⇄ Ca²⁺ (aq) + 2 HCO₃⁻

Por lo tanto, el bicarbonato de calcio solo existe en solución acuosa en presencia de cantidades equivalentes de iones de calcio y bicarbonato de hidrógeno.

¿Cuándo se forman los depósitos de cal?

Los depósitos de cal se forman cuando el dióxido de carbono se escapa del agua. esto ocurre cuando:

·      el agua se evapora,

·      el agua se calienta,

·      la presión del agua disminuye.

Como resultado, el equilibrio de disociación del ácido carbónico se desplaza nuevamente hacia los iones carbonato, es decir, hacia la izquierda en la ecuación de reacción:

CaCO₃ + CO₂ + H₂O ⇄ Ca²⁺ (aq) + 2 HCO₃⁻

Esto hace que se supere el producto de solubilidad del carbonato de calcio, formándose cal insoluble, por ejemplo, en paredes de ducha, tuberías de agua, calderas y alcachofas de ducha. Este efecto se puede observar en el hogar:

·      el agua se evapora en las paredes de la ducha, formando manchas de cal,

·      el agua se calienta en el calentador, lo que provoca incrustaciones de cal,

·      el agua sale por la alcachofa de la ducha, donde la presión disminuye, lo que causa su calcificación.

¿Por qué son tan difíciles de eliminar algunas manchas de cal en la ducha o el lavabo?

Los depósitos de cal que se forman en contacto con el jabón no son químicamente carbonato de calcio (CaCO₃), sino jabones cálcicos. Estos jabones cálcicos se forman cuando el agua dura reacciona con el jabón y son sales cálcicas de los ácidos grasos presentes en el jabón, como el oleato de calcio (C₃₆H₆₆CaO₄), la sal cálcica del ácido oleico, o el estearato de calcio (C₃₆H₇₀CaO₄), la sal cálcica del ácido esteárico. Son insolubles en agua y solo se disuelven con ácidos fuertes, por lo que su limpieza es difícil y los desincrustantes normales apenas son efectivos.

¿Deberíamos eliminar completamente la cal del agua potable?

No es una buena idea eliminar completamente la cal del agua potable. El calcio y el magnesio son minerales esenciales para el organismo humano; además, el agua libre de cal es agresiva para las tuberías y puede causar corrosión. Las plantas de tratamiento de agua suministran "agua normalizada", ajustando el contenido de ácido carbónico al nivel de cal en el agua potable para que el equilibrio de disociación del ácido carbónico se desplace ligeramente hacia los iones carbonato, es decir, hacia la izquierda en la ecuación de reacción:

CaCO₃ + CO₂ + H₂O ⇄ Ca²⁺ (aq) + 2 HCO₃⁻

Esto permite que se forme una fina capa de cal en las tuberías, lo que previene la corrosión. Para evitar una reducción excesiva del diámetro interno de las tuberías, el contenido de ácido carbónico debe ajustarse constantemente.

¿Cómo previene la protección contra la cal de frenaCal la formación de depósitos?

La protección contra la cal se basa en el principio de que, cuando la presión disminuye, el dióxido de carbono se libera y se forman pequeños cristales de aragonito que flotan en el agua.

En el sistema de protección contra la cal, el agua fluye a través de un catalizador en espiral y se arremolina. en el remolino de agua se crean zonas de baja presión. En estas zonas, el dióxido de carbono se libera y se forman nano-cristales de cal en el agua.

La cal puede cristalizar en diferentes formas con propiedades distintas: calcita y aragonito. Cuando la cristalización es lenta (en el calentador de agua, en la alcachofa de la ducha o en las paredes de la ducha), se forma calcita, que se adhiere firmemente. Sin embargo, cuando la cristalización es rápida dentro del sistema de protección contra la cal, se forma aragonito.

El aragonito genera pequeñas agujas cristalinas que no se adhieren, sino que flotan en el agua y se eliminan con el drenaje.

¿Cómo elimina la protección contra la cal de frenaCal los depósitos existentes?

El dióxido de carbono que anteriormente era "asociado" y que se libera en el dispositivo catalítico se convierte en dióxido de carbono "excedente", cambiando el equilibrio químico. así disuelve los depósitos existentes:

CaCO₃ + CO₂ + H₂O ⇄ Ca²⁺ (aq) + 2 HCO₃⁻