Wasserhärte

Die kostenträchtigsten Schadstoffe im Wasser sind weder Schwermetalle noch die Schwefelsäure des sauren Regens, sondern Calcium und Magnesium als Verursacher der Wasser­härte. Tiefenwasser enthält Kohlendioxid als Kohlensäure, welche Ca-Mg-Bicarbonate aus dem in Europa meist vorherr­schenden Sedimentgestein herauslöst. Gelangt es an die Ober­fläche, findet im Extremfall eine Alkalisierung durch Entgasung mit Niederschlag von unlöslichem Calcium- und Magnesium-carbonat als "Kalk" im weiteren Sinne statt. Normalerweise verbleiben die gelösten Bicarbonate im Rohrsystem, wo mäßige Kalkniederschläge eine Schutzfunktion bilden. Unter ungün­stigen Bedingungen entwickeln sich diese zu Verengungen, zuweilen durch Filamente von Eisenbakterien verfestigt. Hartes Wasser In Kesseln führt durch thermische Zersetzung des Bi-carbonats zu den Wärmeaustausch behindenden Isolier­schichten. Beim Luftkontakt schlägt sich Kalk von Leitungs­wasser an Armaturen und Keramik nieder. Die verbliebenen Bicarbonate verbrauchen Waschmittel in hohem Maße, im Fall von Seife etwa 3 kg pro Kubikmeter Wasser von 20° Härte. Hieraus entstehen unlösliche Kalkseifen, die schmutzende harte, fettig wirkende Niederschläge u.a. auf Fasern erzeugen, ein Effekt, der erst mit synthetischen Detergenzien und deren Erzeugung löslicher oder abschwemmbaren Calcium- und Magnesiumverbin­dungen behoben werden konnte. Letztlich ist hartes Wasser in zahlreichen industriellen Bereichen einschließlich einer Anzahl der Lebensmittel- und Getränkeherstellung unbrauchbar.

Bei der Analyse gilt es, die durch Entgasung, Erhitzung oder Alkalisierung niederschlagsfähigen Calcium- und Magnesium Bicarbonate (typisches Ca:Mg Verhältnis 4:1) von den nicht niederschlagsfähigen, hier weniger schädlichen Ca und Mg-Sulfa­ten zu trennen. Die erste Gruppe wird durch die Bestimmung von
Carbonathärte (KH)
ermittelt. Hierzu wird der Wasserprobe ein saurer Titrant mit Bromkresolgrün-Indikator zugefügt, bis dieser von blau auf gelb umschlägt. Maßgeblich ist die nur selten mittels Tropftitration erzielbare grüne Mischfarbe beim Erreichen des pH-Werts 4,3, wo definitionsgemäß angenommen wird, daß das vorliegende Ca- und Mg-Bicarbonat unter Freisetzung von Kohlendioxid eliminiert wurde. Um alle Auftrittsformen von Calcium und Magnesium zu erfassen, dient die Titration der
Gesamthärte (GH)
Dies geschieht durch einen alkalischen Titrant mit Natriumsalzen der Ethylendiamin-tetraessigsäure EDTA, (von F.Münz, IG-Farben 1935) der Calcium und Magnesium auf Mol-Basis erfaßt, letztere entsprechend ihres Effekts als Schadstoffe. Nach Zugabe des Titranten entsteht zunächst die Rosafärbung der Metallchelate des Indikators. Das EDTA bedient sich beim Zutropfen des Titranten aus dem Bestand der freien Ca- und Mg-Ionen mit denen es farblose Komplexe bildet. Wenn diese aufgebraucht sind, wird der letzte Rest der Metalle aus den Farbstoffkomplexen herangezogen, unter Freisetzung des blauen metallfreien Farb­stoffs. Die Titration ist dann abgeschlossen, wenn der Blau­Anteil der Farbe nicht wesentlich zunimmt, d.h. die Rosa-Kompo­nente fast vollständig abgebaut ist. Hier zählt also die End- und nicht, wie bei KH, die Zwischenfarbe. Auf Grund der Reak­tionskinetik werden Blautöne nach etwas Zeit wieder rötlicher, wie auch in der Praxis bei der gerade ausreichenden EDTA-Menge ein rötlicher Teil im Gleichgewicht verbleibt. Dieser Effekt ist bei allen Zugabeformen gleich, sodaß aufwendigere Büretten keine Verbesserung der Genauigkeit bringen. Als Kompromiss gilt ein "deutlicher Farbwechsel", von Rosa auf Violett, der einige Minuten Bestand hat, und gegebenenfalls durch einen weiteren Tropfen ergänzt wird. Da beide Titrationen auf unterschiedlicher Basis arbeiten, kann KH gelegentlich GH übertreffen. In diesem Fall wird KH der GH gleichgesetzt, weil dieses scheinbare Mehr an KH von Na-K- und nicht Ca-Mg-Bicarbonaten stammen muß.

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