Härte
des Wassers
Das in der Natur vorkommende Wasser, sei es
Oberflächenwasser (See-, Teich-, Talsperren-,
Flußwasser) oder Grundwasser (Quell-,
Brunnenwasser) sowie das gewöhnliche
Leitungswasser sind nicht „chemisch
rein“. Die Wässer enthalten neben gelösten
Gasen (O2, N2, CO2) eine Reihe von Salzen und
andren Verbindungen, die aus den Böden und
Gesteinen herausgelöst wurden oder die im Fall
von Oberflächenwässern teilweise auch aus
Abwasserzuläufen stammen. Die wichtigsten
Bestandteile sind die Salze des Calciums und
Magnesiums, insbesondere die Chloride, Sulfate
und Hydrogencarbonate, die man als die sogenannte
Härtebildner bezeichnet. Da die
Hydrogencarbonate in der Hitze in Carbonate
umgewandelt werden, fällt beim Kochen ein Teil
der Calcium-Salze als schwerlösliches CaCO3 aus
(Wasserstein, geht über in Kesselstein). Bei
sehr hohen Magnesium-Konzentrationen können auch
basische Magnesiumcarbonate ausfallen. Diesen
Teil der Härte, den man durch Kochen entfernen
kann, bezeichnet man heute als Carbonathärte
(KH) früher als temporäre Härte im Gegensatz
zur bleibenden oder permanenten Härte, die
bedingt ist durch die Sulfat- und Chlorid-Ionen,
deren Calcium- und Magnesium-Salze nicht durch
Kochen ausgefällt werden. Unter der Gesamthärte
(GH) versteht man die Erdalkalimetall-, d.h. die
Calcium- u. Magnesium-Ionen; im allgemeinen
besteht die Gesamthärte zu 70–85% aus Ca-
und zu 30–15% aus Mg-Härte.
Zur Bestimmung der Härte bedienten sich ältere
Verfahren der Tatsache, dass Seife mit
Härtebildnern schwerlösliche Niederschläge
bildet. Heute führt man die Bestimmung mit
Ethylendiamintetraacetat (EDTA) durch unter
Verwendung geeigneter Indikatoren. Es gibt
fertige Rezepturen mit genau eingestellten
Tabletten oder Maßlösungen. Daneben lassen sich
Ca u. Mg auch durch Atomabsorptionsspektroskopie
bestimmen. Einzelne Härte-Bestimmungs-Methoden
sind Bestandteil von DIN-Normen und der Dtsch.
Einheitsverf. Für diese Analysen und für andere
Zwecke, z.B. die Prüfung des Schäumvermögens
von Tensiden, benötigt man hartes Wasser
definierter Carbonat-Härte, das man nach einem
genormten Verfahren herstellen kann.
Zur Kennzeichnung eines Wassers bzw. seiner
Härte hatte man früher den Begriff des
Härtegrads eingeführt und als praktische
Maßeinheit für die Härte den sogenannten
Dtsch. Grad (°d, früher auch °dH) definiert:
1° d entspricht (jeweils im Liter)
10,00 mg CaO bzw. 7,19 mg MgO. Später
benutzte man als Maßeinheit das
Milligrammäquivalent je Liter (mval/l). Heute
ist allein das Millimol pro Liter (mmol/l)
zulässig. In den USA ist die Angabe in ppm
(parts per million) üblich.
Qualitativ teilte man früher die Wässer in sehr
weiche, weiche, mittelharte, ziemlich harte,
harte und sehr harte ein; als begrenzende
Härtegrade wählte man 4°, 8°, 12°, 18° u.
30°. Sehr weich sind Regen-, Talsperren- u.
Quellwasser in niederschlagsreichen Gegenden und
in regenreichen Zeiten, ferner das Wasser in
Gesteinen von geringer Löslichkeit; so findet
man z.B. in Gegenden mit einem Gesteinsuntergrund
aus Granit, Gneis, Porphyr oder Sandstein
(Schwarzwald) Wässer mit
0,18–0,36 mmol/l GH
(1–2° d). Umgekehrt ist das Wasser in
niederschlagsarmen Gebieten oder Leitungswasser
nach längerer Trockenheit fast regelmäßig
härter. In Kalk- und Gips-Gebieten löst das
durchsickernde Wasser viele Mineralsubstanzen
auf, so daß z.B. im Bereich des Muschelkalks und
Juras die Härte regelmäßig auf etwa
3,6 mmol/l (20° d) ansteigen kann;
einzelne Quellen im Gips-reichen mittleren
Muschelkalk Württembergs oder im Gips-Keuper
können sogar 17,5 (Hall) oder gar
28,9 mmol/l (162°) erreichen (Dietingen bei
Rottweil).
Auch jahreszeitlich schwankt die Härte (im
gleichen Gebiet) unter Umständen erheblich. In
den USA verfügen 80% der Haushalte über Wasser
mit Härtegraden unterhalb 1,8 mmol/l, in
Österreich dagegen nur 10%. Die Wasserwerke sind
nach dem Waschmittelgesetz verpflichtet, den
angeschlossenen Verbrauchern mindestens einmal
jährlich den Härtebereich bekanntzugeben, wobei
heute in die folgenden Bereiche eingeteilt wird:
1 (weich, < _7° = < 1,3 mmol/l),
2 (mittelhart, _7–14° =
1,3–2,5 mmol/l),
3 (hart, 14–21° =
2,5–3,8 mmol/l),
4 (sehr hart, > 21° = > 3,8 mmol/l).
Diese Einteilung gilt auch für die auf
Waschmittelverpackungen vorgeschriebenen
Dosierungsempfehlungen.
Früher, als vornehmlich Seife oder Waschmittel
mit hohem Seifen-Gehalt zum Waschen von Textilien
verwandt wurde, erwies sich die Härte als
schädlich, da durch Bildung schwerlösllicher
Erdalkalimetall-Salze (Calcium-Seifen,
Magnesium-Seifen) erhebliche Anteile der Seife
unwirksam gemacht wurden. Durch Zugabe von Soda
wurden deswegen die Härtebildner teilweise als
Carbonate ausgefällt. Moderne Waschmittel, die
entweder seifenfrei sind oder nur einen geringen
Seifenanteil besitzen (zur Schaumregulierung),
sind wenig härteempfindlich. Sie besitzen
härteunempfindliche Netzmittel, z.B.
Fettalkoholsulfate und andere grenzflächenaktive
Stoffe (Detergentien, Tenside) und haben
zusätzlich oft einen höheren Anteil an
komplexbildenden Substanzen (sog. Builder),
insbesondere. Polyphosphate und Zeolithe.
Für manche technische Verwendungszwecke sind
ebenfalls nur bestimmte Wasserqualitäten
geeignet, z.B. bestimmen Brauwässer den
Charakter der Biere durch ihre Härte. Bei der
Betonhersellung sind sehr harte und Salz-haltige,
insbesondere saure Wässer zu vermeiden. Bei der
Verwendung in der Textil-, Papier- und
Zellstoff-Industrie sollen die Wässer
vornehmlich frei von Eisen- und
Mangan-Verbindungen sein. Von besonderer
Bedeutung ist die Härte bei
Kesselspeisewässern. Unter den Bedingungen, die
im Dampfkessel herrschen (hohe Temp. und hoher
Druck), werden die Hydrogencarbonate zu
unlöslichen Carbonaten zersetzt unter
gleichzeitiger Bildung von CO2. Calciumcarbonat
setzt sich in Form von Aragonit als harter Stein
(Kesselstein) ab. Das Magnesiumcarbonat erleidet
noch eine Hydrolyse:
MgCO3 + H2O = Mg(OH)2
+ CO2
Durch die bei der Zersetzung der
Hydrogencarbonate bzw. der Hydrolyse des MgCO3
entstehende „Kohlensäure“ wird das
Wasser sauer. Dadurch ist für den Kessel die
Gefahr von Korrosionen gegeben, zumal wenn das
Speisewasser noch Sauerstoff enthält.
Quelle: CD Römpp Chemie Lexikon
– Version 1.0, Stuttgart/New York: Georg
Thieme Verlag 1995
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