Komplexchemie: Wasserenthärtung

Name: Denis Abdrachmanow, 2018-01
Zara Necovski, 2022-04

Definition Wasserenthärtung 

Als Wasserenthärtung bezeichnet man die Beseitigung der im Wasser gelösten Erdalkali-Kationen Ca²⁺ und Mg²⁺. Der Grund sind Ca²⁺ - und Mg²⁺ -Kationen, welche zu Kesselstein führen und die Waschwirkung von Waschmitteln durch Bildung von Kalkseife stören.

Wasserenthärtung bezeichnet die Verringerung der Wasserhärte, indem man die im Wasser gelösten Erdalkali-Kationen Ca^{2+ und Mg2+ entfernt oder maskiert. Diese bilden nämlich schwer lösliche Carbonate und Kalkseifen, wodurch die Wirkung von Waschmitteln eingeschränkt wird. Sie können auch zu störenden Kesselsteinablagerungen in Rohrleitungen führen. Allgemein wird durch die Wasserenthärtung „hartes Wasser“ zu „weichem Wasser“. Dieses enthält aber trozdem gelöste Alkali-Kationen und Chloridanionen und ist dementsprechend nicht mit destilliertem Wasser zu verwechseln. Heutzutage werden in Waschmitteln als Wasserenthärter meistens Zeolithe (v.a. Zeolith A) oder alternativ Schichtsilikate eingesetzt. Allgemein gehen wasserenthärtende Chemikalien Wechselwirkungen mit den Erdalkali-Kationen ein, sodass diese keine störenden Reaktionen mehr eingehen können (d.h. sie werden maskiert, nicht entfernt). Wasser kann auch nur teilenthärtet, da es häufig ausreichend ist, wenn nur die sogenannte Carbonhärte vermindert oder entfernt wird (durch Entcarbonisierung).}

 
Verfahren zur Wasserenthärtung:

Das meist verwendete Verfahren für die Wasserenthärtung ist der Kationenaustausch. Dabei strömt das harte Wasser durch einen Behälter, der ein Kationenaustauschharz beinhaltet (z.B. ein sulfoniertes Harz: (R-SO₃)).

Dabei werden die Erdalkali-Kationen gegen eine im Verhältnis gleiche Menge Na⁺-Ionen ausgetauscht. Das Wasser hat somit eine hohe Konzentration an Na⁺-Ionen und eine sehr geringe Konzentration an Ca²⁺- und Mg²⁺-Ionen:

2R-SO₃Na⁺Ca²⁺ (aq) ---> (R-SO₃)2Ca+2Na⁺ (aq)

[Ein Verfahren, das häufig zur Wasserenthärtung eingesetzt wird, ist die Enthärtung mit Ionenaustauscher. Dabei strämt das harte Wasser durch einen Behälter, der einen Ionenaustauscher enthält. Dort werden v.a. Ca²⁺- und Mg²⁺-Ionen gegen eine äquivalente Menge Na⁺-Ionen ausgetauscht. Dadurch enthält das nun enthärtete Wasser kaum noch Ca²⁺- und Mg²⁺-Ionen, die das Wasser zuvor „hart“ machten, und entsprechend mehr Na⁺-Ionen.

2R-SO₃Na⁺Ca²⁺ (aq) ---> (R-SO₃)2Ca+2Na⁺ (aq)]

Regenerierung des Kationenaustauscherharzes:

(R-SO₃)2Ca+2Na⁺ (aq) ---> 2(R-SO₃)Na+Ca²⁺ (aq)

Die Regenerierung des Harzes erfolgt mit einer 8-12%igen NaCl-Lösung (Kochsalz). Dabei werden die im Harz verbliebenen Ca²⁺- und Mg²⁺-Ionen durch Natrium-Ionen getauscht.

Weitere Möglichkeit der Wasserenthärtung innerhalb von Geschirrspülern, da viele Geschirrspüler diese Kationenaustauschharze beinhalten.