samengevat

De oplosbaarheid van kalk is gebaseerd op een chemisch evenwicht tussen koolstofdioxide en calciumionen. Het katalytische antikalkapparaat frenaCal verandert deze balans, waardoor de kalk spontaan kristalliseert in het water. Het kalk blijft niet plakken, maar blijft in de vorm van nanokristallen in het water drijven.

Wat is hard water?

Hard water wordt gedefinieerd als kalkaanslag die in het water is opgelost. Kalk is niet oplosbaar in zuiver water. Als koolstofdioxide aan water wordt toegevoegd, wordt koolzuur (waterstofbicarbonaat, HCO₃⁻) gevormd en lost het water de kalk op. Hoe meer koolzuur het water bevat, hoe meer kalk erin kan oplossen, tot een maximum van 16,6 gram per liter water. Kalk lost op in water in de vorm van calciumbicarbonaat Ca(HCO₃)₂.

De totale hardheid van water bestaat uit calciumionen en magnesiumionen, waarbij calciumionen 80% van de hardheid uitmaken. Magnesium gedraagt zich chemisch gezien vergelijkbaar met calcium; calcium wordt dan ook gezien als een afspiegeling van de totale hardheid.

Hoe komt kalk in drinkwater terecht?

Koolstofdioxide (CO₂) dat ontstaat door de anaërobe afbraak van organisch materiaal in de bodem door micro-organismen, lost op in regenwater in de vorm van waterstofbicarbonaat (HCO₃⁻) en vormt koolzuur (H₂CO₃), dat door het poreuze kalksteengesteente filtert.

CO₂ H₂O ⇄ H₂CO₃

Opgelost calcium (calciumbicarbonaat Ca(HCO₃)₂) ontstaat door verwering van kalksteen (CaCO₃) onder invloed van infiltratiewater dat rijk is aan koolzuur.

Hoe lost kalk op in drinkwater en hoe ontstaan kalkafzettingen?

Opgelost calciumbicarbonaat Ca(HCO₃)₂ is in evenwicht met opgelost koolstofdioxide (waterstofbicarbonaat HCO₃⁻). Of de kalk opgelost blijft of dat er kristallen ontstaan, hangt af van de hoeveelheid waterstofbicarbonaat in het water. Als de hoeveelheid waterstofbicarbonaat wordt verminderd, vormen zich kalkkristallen. Als er waterstofbicarbonaat wordt toegevoegd, lossen de kalkkristallen op.

Waterstofbicarbonaat HCO₃⁻ reageert als een zwakke base met water om hydroxide en instabiel koolzuur te vormen. er ontstaat een chemisch evenwicht:

HCO₃⁻ H₂O ⇄ H₂CO₃ OH⁻

Om calciumbicarbonaat Ca(HCO₃)₂ in oplossing te houden, is een bepaalde concentratie van het zogenaamde "geassocieerde koolzuur" nodig. Chemisch gezien is dit niet anders dan elk ander koolzuur; het belangrijkste is hun verhouding. Dit gebonden koolzuur zorgt ervoor dat de pH van het water in dissociatie-evenwicht met de aanwezige waterstofbicarbonaationen net laag genoeg blijft zodat het aandeel carbonaationen, afhankelijk van deze pH, samen met de concentratie aanwezig calcium het oplosbaarheidsproduct van calciumcarbonaat niet overschrijdt.

Als er meer vrij koolzuur in de oplossing aanwezig is dan de bijbehorende hoeveelheid, wordt deze extra hoeveelheid 'overtollig koolzuur' genoemd. kan met meer kalksteen reageren en het oplossen. Het deel van dit koolzuur dat meer kalk oplost en wordt omgezet in extra calciumbicarbonaat, wordt "kalkagressief koolzuur" genoemd. Het restant van het overtollige koolzuur verhoogt de hoeveelheid geassocieerd koolzuur naar een nieuw, hoger niveau.

CaCO₃ CO₂ H₂O ⇄ Ca²⁺ (aq) 2 HCO₃⁻

Calciumbicarbonaat bestaat dus alleen in waterige oplossing in de aanwezigheid van equivalente hoeveelheden calcium- en waterstofbicarbonaationen.

Wanneer ontstaat kalkaanslag?

Kalkaanslag ontstaat wanneer koolstofdioxide uit het water ontsnapt. Dit gebeurt wanneer:

· het water verdampt.

· het water wordt verwarmd.

· De waterdruk neemt af.

Als gevolg hiervan verschuift het dissociatie-evenwicht van koolzuur terug naar de carbonaat-ionen, d.w.z. naar links in de reactievergelijking:

CaCO₃ CO₂ H₂O ⇄ Ca²⁺ (aq) 2 HCO₃⁻

Hierdoor wordt het oplosbaarheidsproduct van calciumcarbonaat overschreden en ontstaat er onoplosbare kalkaanslag, bijvoorbeeld op douchewanden, waterleidingen, boilers en douchekoppen. Dit effect is thuis waarneembaar:

· Water verdampt op de douchewanden, waardoor kalkvlekken ontstaan.

· Het water wordt in de boiler verwarmd, waardoor kalkaanslag ontstaat.

· Er komt water uit de douchekop, waardoor de druk afneemt en er verkalking ontstaat.

Waarom zijn sommige kalkvlekken in de douche of wastafel zo moeilijk te verwijderen?

De kalkaanslag die ontstaat bij contact met zeep is chemisch gezien geen calciumcarbonaat (CaCO₃), maar calciumzeep. Deze calciumzepen ontstaan wanneer hard water reageert met zeep en zijn calciumzouten van de vetzuren die in de zeep aanwezig zijn, zoals calciumoleaat (C₃₆H₆₆CaO₄), het calciumzout van oliezuur, of calciumstearaat (C₃₆H₇₀CaO₄), het calciumzout van stearinezuur. Ze zijn niet oplosbaar in water en lossen alleen op met sterke zuren. Het schoonmaken ervan is daardoor lastig en normale ontkalkingsmiddelen zijn nauwelijks effectief.

Moeten we kalkaanslag volledig uit drinkwater verwijderen?

Het is geen goed idee om kalkaanslag volledig uit drinkwater te verwijderen. Calcium en magnesium zijn essentiële mineralen voor het menselijk lichaam; Bovendien is kalkvrij water agressief voor de leidingen en kan het corrosie veroorzaken.

Waterzuiveringsinstallaties leveren ‘gestandaardiseerd water’ door het koolzuurgehalte aan te passen aan het kalkgehalte van het drinkwater, zodat het koolzuurdissociatie-evenwicht lichtjes verschuift richting carbonaationen, d.w.z. naar links in de reactievergelijking:

CaCO₃ CO₂ H₂O ⇄ Ca²⁺ (aq) 2 HCO₃⁻

Hierdoor vormt zich een dun laagje kalk op de leidingen, waardoor corrosie wordt voorkomen. Om te grote verkleining van de binnendiameter van de leidingen te voorkomen, moet het koolzuurgehalte voortdurend worden aangepast.

Hoe voorkomt frenaCal kalkaanslagbescherming de vorming van afzettingen?

Bescherming tegen kalkaanslag berust op het principe dat bij drukverlaging koolstofdioxide vrijkomt en er kleine aragonietkristallen ontstaan die in het water drijven.

Bij het kalkbeschermingssysteem stroomt het water door een spiraalvormige katalysator en wervelt het. In het ronddraaiende water ontstaan lagedrukgebieden. Op deze plekken komt koolstofdioxide vrij en ontstaan er nano-kalkkristallen in het water.

Kalk kan in verschillende vormen kristalliseren met elk hun eigen eigenschappen: calciet en aragoniet. Wanneer de kristallisatie langzaam verloopt (in de boiler, douchekop of douchewanden) wordt calciet gevormd, wat zich stevig hecht. Wanneer er echter sprake is van snelle kristallisatie in het kalkbeschermingssysteem, ontstaat er aragoniet.

Aragoniet produceert kleine kristallijne naaldjes die niet aan elkaar vastzitten, maar in het water drijven en via drainage worden verwijderd.

Hoe verwijdert FrenaCal kalkbescherming bestaande afzettingen?

De koolstofdioxide die eerder werd 'gebonden' en vrijgegeven in de katalysator, wordt omgezet in 'overtollig' koolstofdioxide, waardoor het chemisch evenwicht wordt verstoord. waardoor bestaande afzettingen oplossen:

CaCO₃ CO₂ H₂O ⇄ Ca²⁺ (aq) 2 HCO₃⁻