ما هو العسر؟
عسر الماء (أو قساوة الماء) هو مقياس لإمكانية ترسيب الصابون (تكسير رغوة الصابون).
وما يحدث كيميائياً أن أملاح الكالسيوم والمغنيسيوم تتفاعل مع الصوديوم الموجود فى الصابون مكونة صابوناً معدنياً لا يذوب فى الماء وهذا هو سبب عدم تكون رغوة الصابون مع المياه العسرة.
ما أسباب العسر؟
يرجع العسر لتواجد أيونات الكالسيوم والماغنسيوم فى الغالب وقد يرجع لوجود عناصر أخرى بتركيزات أكبر من المعتاد بسبب التلوث مثلاً ومن الممكن ادخالها فى حساب العسر الكلى للماء بعد تعيين نسبة كل عنصر (مثلAl , Fe ,Ba , Sr ,Mn ) وهى عناصر polyvalent Cations.
ويبقى الكالسيوم والمغنسيوم اللاعبان الأكبران فى إحداث العسر للتأثير الضعيف الذى تلعبه بقية العناصر السابقة ، لذا تم الإتفاق على أن العسر الكلى هو مجموع تركيزى الكالسيوم والمغنيسوم.
والمياه السطحية والجوفية يتراوح الكالسيوم من العشرات إلى مئات الجزء فى المليون بينما الماغنسيوم من 1 إلى العشرات جزء فى المليون.
والماغنيسوم أقل من الكالسيوم فى الوفرة لقلة تواجده بالقشرة الأرضية بالمقارنة بالكالسيوم:
Ca: Mg ratio ≈ 2-4 (common)
Ca: Mg ratio up to 10 (Sometimes)
ما هى أنواع العسر؟
1- العسر المؤقت temporary hardness (عسر الكربونات):
يرجع نتيجة أملاح بيكربونات الماغنسيوم والكالسيوم الذائبة فى الماء، وسمى مؤقتاً لأننا نستطيع التخلص منه بغليان الماء أو إضافة أى softener مثل هيدروكسيد الكالسيوم.
Ca (HCO3) Heat Ca CO3 + CO2 + H2O
Ca CO3 Ca+2 +2HCO3
Mg (HCO3) Heat Mg CO3 + CO2 + H2O
Mg CO3 Ca+2 +2HCO3
ونرى أنه مع التسخين يقل ذوبان ثانى أوكسيد الكربون فى الماء وتترسب الكربونات على صورة راسب أبيض.
وإذا لم يتم إزالة الكربونات المترسبة وانخفضت درجة حرارة الماء فهناك امكانية لذوبان ثانى أوكسيد الكربون مرة اخرى فى الماء ليتكون البيكربونات من جديد وبالتالى يرجع العسر.
كما قلنا أنه يمكننا التخلص من العسر بإضافة softener مثل هيدروكسيد الكالسيوم.
Ca (HCO3) + Ca (OH) 2 2Ca CO3 + 2H2O
[Thomas Clark in 1841]- [Lime-soda ash treatment]
2- العسر الدائم permanent hardness:
يرجع نتيجة أملاح كبريتات أو كلوريدات أوسيليكات الكالسيوم والماغنسيوم الذائبة فى الماء، وسُمى “دائم” لأننا لا نستطيع التخلص منه بتسخين الماء, بل أن التسخين يزيد من ذوبانية هذه الأملاح فى الماء، ويمكن التخلص من هذا النوع بالمعالجة الكيميائية بإضافة softener مثل كربونات الصوديوم (صودا الغسيل) أو استخدام تقنية الion exchange column (resin).
CaSO4 + Na2CO3 Na2SO4 (Soluble) + CaCO3
ما هى أهم أسباب تواجد أيونات الكالسيوم والمغنسيوم فى الماء؟
1- تحلل الCalcium & magnesium (alumino-silicates) .
2- ذوبان الحجر الجيرى limestone وmagnesium limestone و gypsum وmagnesite وغيره من المعادن فى الماء.
3- معالجة مياه الشرب خلال:
– De-acidification of underground water by Ca (OH) 2.
– Addition of CaO, CO2 to low mineralized water.
ما هى أضرار العسر؟
الماء العسر غير ضار بالصحة ولكن أضراره تبدأ من عدم مقدرته على تشكيل رغوة عند استخدامه مع الصابون أو معجون الأسنان مما يسبب زيادة فى استهلاك الصابون وقد تنتهى أضراره بمشاكل خطيرة فى البيئات الصناعية!
من أضرار المياه العسرة فى البيئات الصناعية:
1- فى الغلايات والمواسير:
ترسب أملاح الكالسيوم والماغنسيوم بالحرارة وزيادة تركيزها فيقل التوصيل الحرارى فى مختلف الأوعية الحرارية ويصعب وصول الحرارة إلى السائل المسخن وبالتالى فقد وزيادة فى استهلاك الوقود، كما ينتج عن ذلك انفجار الغلايات نتيجة لتكون طبقات عازلة تمنع التبريد فترتفع درجة الحرارة بشكل خطير أو بسبب انسداد مواسير الغلاية إلى جانب مشاكل الصدأ وتآكل المعادن.
2- فى صناعة الغزل والنسيج:
عند معالجة الألياف النيسجية بالصابون الصوديومى فإن الأملاح التى تسبب العسر تتفاعل مع الصابون لتكون صابون كلسي غير ذائب فى الماء ويترسب على الأقمشة والخيوط بشكل غير منتظم وبالتالى يساعد على جذب جزيئات الأتربة ، كما يؤدى إلى صباغة غير منتظمة بسبب مقاومة دخول جزيئات الصبغة فى الأماكن المترسبة عليها.
ووجود جزيئات الكالسيوم والمغنيسوم فى الماء يسبب تراجع كبير فى هجرة وانتشار الصبغة عند صباغة الألياف السليلوزية وهذا يؤثر على ثبات الصبغة.
*ملاحظات:
*مواصفة العسر فى الsoft water يجب أن لا تزيد على 2ppm فى الأعم.
*مواصفة العسر فى الdemi- water يجب أن تكون بين (0 – 0.5 ppm).
*إذا زاد تركيز الكالسيوم عن 500 جزء فى المليون يعطى طعم للمياه غير مستساغ.
*الماغنسيوم يعطى طعم مُر (Bitter) إذا زاد عن 170 جزء فى المليون خاصةً إذا كان مع الكلورايد والسلفات.
* مياه الشرب المثالية تحتوى على:
ماغنسيوم بين 20 – 30 جزء فى المليون.
كالسيوم بين 40 – 80 جزء فى المليون.
*درجات العسر (القساوة):
درجة العسر هو مجموع العسر المؤقت والدائم.
وله مقاييس تختلف من دولة لأخرى فهناك مقياس إنجليزى وألمانى وفرنسي وأمريكى… إلخ ويقاس عادةً بال mg/L أو تجاوزاً نقول واحد جزء فى المليون (ppm)، وتُنسب إلى كربونات الكالسيوم CaCO3 ومن النادر أن تنسب إلى أوكسيد الكالسيوم CaO.
كيف يتم تحليل العسر؟ وما هو الغرض من التحليل؟
فكرة التحليل:
يتم التحليل باستخدام طريقة المعايرة من نوع ال(Complexing titration) ضد الEDTA ، وفيها يتم وضع كشاف مناسب فى العينة وهو الErio chrome black-T الأزرق اللون أو اختصاراً الErio-T ليتحد أولاً بالكالسيوم والمغنيسيوم ليذهب لونه الأزرق ويتحول إلى اللون البنفسجى لو كان العسر منخفض أو اللون الأحمر لو كان العسر مرتفع، وعند إضافة الEDTA من السحاحة تبدأ فى الإتحاد مع الكالسيوم والماغنسيوم بدلاً من ذرتى الهيدروجين وتترك الكشاف حراً ليظهر لونه الأزرق السماوى ويكون ذلك عند نقطة النهاية (End point).
وهذه لون العينة فى الإختبار يبدأ من اليسار وتمشى يمين كلما اشتغلنا فى المعايرة بالEDTA
م/ وليد السيد