آب سخت چیست و نوشیدن آن چه عوارضی برای سلامتی دارد؟

آب سخت به آبی گفته می شود که حاوی مقادیر زیادی املاح معدنی باشد. آب سخت سرشار از مواد معدنی محلول و عمدتا کلسیم و منیزیم است. شما ممکن است تأثیر آب سخت را  به معنای واقعی کلمه ، آخرین باری که دستان خود را شسته اید، احساس کرده باشید. بسته به سختی آب ، ممکن است بعد از استفاده از صابون برای شستشو احساس کنید که یک فیلم نازک روی پوست شما باقی مانده است.

در آب سخت ، صابون با کلسیم (که در آب سخت نسبتاً زیاد است) واکنش می دهد و “پساب صابون” ایجاد می کند. هنگام استفاده از آب سخت ، به صابون یا مواد شوینده بیشتری برای تمیز کردن وسایل ، دست ها ، موها یا لباس ها نیاز است و یکی از مهمترین دلایل کدر شدن ظروف و خصوصا  ظروف شیشه ای سختی آب است. در ادامه مقاله در نشریه جهان شیمی فیزیک توضیحات بیشتری در این رابطه ارائه می شود.

مضرات آب سخت چیست؟

بسیاری از مصرف کنندگان آب صنعتی و خانگی نگران سختی آب هستند. وقتی آب سخت گرم می شود مثلا در آبگرمکن خانگی ، رسوبات جامد کربنات کلسیم ایجاد می شود. این مسئله می تواند باعث کاهش عمر تجهیزات ، افزایش هزینه های گرمایش آب ، کاهش بازده آبگرمکن های برقی و گرفتگی لوله ها شود.

 

تجمع مواد معدنی در قهوه ساز خانگی شما نیز به دلیل سختی آب اتفاق می افتد ، به همین دلیل بعضی از افراد گاهاً سرکه (یک اسید) را درون قهوه ساز می ریزند. اسیدیته سرکه به حل شدن ذرات معدنی رسوبی در قهوه ساز کمک می کند. این ذرات تازه باردار شده  جذب بارهای مثبت و منفی در آب می شوند و به راحتی قابل شستشو هستند.

اما آب سخت می تواند فوایدی نیز داشته باشد. انسان برای سالم ماندن به مواد معدنی احتیاج دارد و سازمان بهداشت جهانی (WHO) اعلام کرده است که آب آشامیدنی سخت می تواند باعث اضافه شدن کلسیم و منیزیم به رژیم غذایی شود و کمبود این عناصر را برطرف می کند.

 

 

چند نوع آب سخت وجود دارد؟

سختی موقت آب

سختی موقت آب نوعی سختی است که در اثر وجود بی کربنات محلول (بی کربنات کلسیم و بی کربنات منیزیم) ایجاد می شود. این نوع ترکیبات معدنی هنگام حل شدن  کاتیون های کلسیم ((Ca2 +  و منیزیم  Mg2 +)) و آنیونهای کربنات و بی کربنات (CO2−) تولید می کنند.

وجود کاتیون های فلزی آب را سخت می کند. با این حال ، برخلاف سختی دائمی ناشی از ترکیبات سولفات و کلرید ، این سختی “موقتی” را می توان با جوشاندن آب یا افزودن آهک (هیدروکسید کلسیم) کاهش داد. جوشیدن آب باعث شکل گیری کربنات از بی کربنات می شود و کربنات کلسیم را از محلول جدا کرده رسوب می دهد ، در نتیجه آب نرم تر می شود.

سختی دائمی آب

حذف سختی دائمی آب (محتوای مواد معدنی) با جوشاندن بسیار دشوار است زیرا سختی دائمی آب معمولاً به دلیل وجود سولفات کلسیم ، کلرید کلسیم و یا سولفات / کلرید منیزیم در آب است که با افزایش دما رسوب نمی کنند. سختی این آب را می توان با روش هایی مانند ستون تبادل یونی  و اسمز معکوس و غیره برطرف کرد.

عناصر موجود در آب سخت کدامند؟

کاتیون‌ فلزی کلسیم ، کاتیون فلزی منیزیم ، آهن و آلومینیوم برخی از اجزاء موجود در آب سخت هستند. ترکیبات آب سخت بیشتر از کربنات های کلسیم و منیزیم ، بی کربنات ها و سولفات ها تشکیل شده اند. اکسیدهای آهن یا کربنات های آهن نیز می توانند در آب وجود داشته باشند.

معیار اندازه گیری سختی آب چیست؟

سختی آب ناشی از ترکیبات کلسیم و منیزیم و انواع دیگر فلزات است. دستورالعمل کلی برای طبقه بندی آب ها به این شکل است که مقدار  ۰ تا ۶۰ میلی گرم در لیتر کربنات کلسیم به عنوان آب نرم طبقه بندی می شود، ۶۱ تا ۱۲۰ میلی گرم در لیتر تقریبا ​​سخت ، ۱۲۱ تا ۱۸۰ میلی گرم در لیتر سخت  و بیش از ۱۸۰ میلی گرم در لیتر بسیار سخت در نظر گرفته می شود.

سیستم های آبی که از آب های زیرزمینی به عنوان منبع استفاده می کنند معمولا آب سخت هستند چون وقتی آب از بین خاک و سنگ حرکت می کند مقدار کمی مواد معدنی طبیعی را حل کرده و آنها را به منبع آب زیرزمینی منتقل می کند. آب یک حلال عالی برای کلسیم و منیزیم است ، بنابراین اگر مواد معدنی در خاک اطراف یک چاه آب رسان وجود داشته باشد ، ممکن است آب سخت به خانه ها منتقل شود.

سختی آب در کشور ما در هر مکانی متفاوت است. در مناطقی از کشور که آب نسبتاً سخت است صنایع ممکن است مجبور شوند برای نرم کردن آب هزینه کنند ، زیرا آب سخت می تواند به تجهیزات آسیب برساند. آب سخت حتی می تواند عمر پارچه ها و لباس ها را کوتاه کند.

همانطور که در بدن انسان  تجمع کلسترول می تواند قطر داخلی رگ های خونی را کاهش دهد لوله های آب نیز می توانند به تدریج بسته شوند ، در نتیجه سختی آب باعث کاهش حرکت آب در لوله و کاهش فشار آب می شود.

راههای کاهش سختی آب

تبادل یونی(Ion Exchange)

یکی از روش های حذف سختی آب تبادل یونی است در این روش های یون ‌های ناخواسته مانند کلسیم با  یون‌ هایی مانند سدیم جایگزین می‌ شوند و سختی آب کاهش می یابد. این کار با ستون های تبادل یون و رزین های تعویض یون انجام می شود و برای رفع سختی آب بسیار موثر است.

فرآیند کلارک (Clark’s Process)

در فرآیند کلارک  هیدروکسید کلسیم به آب سخت اضافه می ‌شود در نتیجه pH آب افزایش پیدا می ‌کند و منیزیم و کلسیم به شکل رسوب نامحلول از آب جدا می شوند.

کلات سازی ‌ (Chelation)

کلات ‌سازی روش‌ دیگری برای حذف سختی آب است که با استفاده لیگاندهای چند‌ دندانه ‌ای مانند  EDTA برای جذب یون های ناخواسته که معمولا کاتیون ‌های منیزیم و کلسیم هستند، صورت می گیرد.

اسمز معکوس (Reverse Osmosis)

در این روش آب با اعمال فشار بالا از میان یک غشای نیمه ‌تراوا عبور می ‌کند. این غشا یون‌ های بزرگ تر که مسئول سختی آب هستند را از خود عبور نمی دهد در نتیجه سختی آب کاهش پیدا می ‌کند. این روش را می توان برای رفع شوری آب نیز استفاده کرد.

راههای تشخیص و اندازه گیری آب سخت

سختی آب را می توان با ابزارهای تحلیلی اندازه گیری کرد. سختی کل آب مجموع غلظت های مولی Ca2 + و Mg2 + ، در واحد های mol / L یا mmol / L است. اگرچه در سختی آب معمولاً فقط غلظت کل کلسیم و منیزیم (دو شایعترین یون فلزی دو ظرفیتی) اندازه گیری می شود ولی آهن ، آلومینیوم و منگنز نیز می توانند در بعضی از نقاط در سطوح بالا وجود داشته باشند. وجود آهن به جای رنگ سفید (رنگ اکثر ترکیبات دیگر) به طور مشخص یک رنگ قهوه ای (مانند زنگ) به کلسیفیکاسیون می بخشد.

تیتراسیون

امروزه از کیت های تشخیصی برای اندازه‌ گیری و تشخیص آب سخت استفاده می شود. اما می توان با روش تیتراسیون نیز  مقدار کلسیم موجود در آب را اندازه گیری کرد.

در این روش محلول EDTA به عنوان تیترانت استفاده می ‌شود که با یون های کلسیم کلات تشکیل می دهد. این واکنش تنها در مقادیر بالای pH رخ می دهد و محلول بافر باید PH برابر ۱۰ داشته باشد.

معرف یون فلزی

معرف یون فلزی ترکیبی است که هنگام تشکیل پیوند با یون فلزی تغییر رنگ می دهد. این معرف در حالت آزاد به رنگ آبی است ولی به محض تشکیل پیوند با یون کلسیم، کمپلکس قرمز‌رنگ تشکیل می دهد.

تاثیر مصرف آب سخت بر سلامتی انسان

همانطور که گفتیم آب سخت علیرغم طعم نامناسب اثرات مثبتی بر روی سلامت دارد و می تواند کلسیم و منیزیم که دو ماده مغذی ضروری برای بدن هستند را به رژیم غذایی شما اضافه کند.

کلسیم برای داشتن استخوان های سالم و پیشگیری از پوکی استخوان مورد نیاز است. منیزیم علاوه بر کمک به سلامت استخوان ها برای سلامت ساختار عضلانی بدن حائز اهمیت است و کمبود آن می تواند باعث افزایش خطر فشار خون، مشکلات قلبی و دیابت شود.

برخی مطالعات نشان داده‌ اند نوشیدن آب سخت باعث کاهش مشکلات قلبی ، کاهش فشار خون،  کلسترول و تپش قلب می شود. اما این نوع آب به دلیل خاصیت خورندگی که  دارد می تواند با ایجاد موادی سمی در لوله‌ ها ، آب را آلوده کند و از این طریق اثر منفی بر سلامتی بگذارد.