Titolazioni complessiometriche: durezza dell'acqua

La prima definizione di durezza dell'acqua intendeva la capacità di un acqua di precipitare i saponi e di conseguenza in questo valore venivano compresi tutti i cationi capaci di fare ciò (calcio, magnesio, alluminio, manganese, etc...), ma al giorno d'oggi la definizione di durezza si riferisce alla concentrazione di ioni calcio e magnesio presenti nell'acqua. 

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Se seguiremo delle lezioni di chimica, capiremo subito che possiamo distinguere ben tre tipi di durezze dell'acqua:

• Durezza totale: è data dalla somma di tutti i sali disciolti nell'acqua e corrisponde alla somma della durezza permanente e di quella temporanea.
• Durezza permanente: corrisponde ai sali di calcio e magnesio che rimangono disciolti nell'acqua anche in seguito a prolungata ebollizione dell'acqua. 
• Durezza temporanea: data dai sali di bicarbonato di calcio e bicarbonato di magnesio che sono dei sali che possono essere eliminati per riscaldamento dell'acqua. Essi possono essere eliminati perché per azione del calore si decompongono.

La durezza dell'acqua viene determinata mediante metodi complessiometrici ed è espressa convenzionalmente in gradi francesi (°F) dove:

1 °F = 0,01 g/L di CaCO3

La tipologia di acqua in base ai gradi francesi dipende dal libro di riferimento perché alcuni riportano suddivisioni più accurate mentre altri meno accurate.

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Esercizio per capire come calcolare la durezza dell'acqua

Ora proviamo a fare un esercizio:

Un etichetta di un acqua minerale riporta questi valori di concentrazione espressi in mg/L

Bicarbonati 231,0

Calcio 97,0

Solfati 25,1

Magnesio 59,0

Cloruri 3,0

Sodio 5,0

Nitrati 3,0

Potassio 1,52

Floruri 0,1

Determinare la durezza temporanea, la durezza permanente e la durezza totale in gradi francesi.

Dalle definizioni precedenti sappiamo che a eccezione dei valori di bicarbonati, del magnesio e del calcio gli altri sono inutili.

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Per calcolare la durezza temporanea, dobbiamo prima convertire la concentrazione di bicarbonati in mg/L di CaCO3 equivalente. La concentrazione di bicarbonati è 231 mg/L. Una millimole di CaCO3 contiene una millimole di HCO3- (bicarbonato), quindi possiamo usare il peso molecolare di CaCO3 (100,09 g/mol) per convertire la concentrazione di bicarbonati in mg/L di CaCO3 equivalenti:

Dtemp = (231,0 mg/L x 100,09 g/mol) / 61,01 g/mol = 378 mg/L = 37,8 °F

Per calcolare la durezza totale invece dobbiamo sommare le concentrazioni di calcio e magnesio convertite anche in questo caso in mg/L di CaCO3 equivalente. Sappiamo che una millimole di CaCO3 contiene una millimole di Ca2+ per dissociazione e quindi possiamo usare il peso molecolare del CaCO3 per convertire la concentrazione di mg/L di CaCO3 equivalente e cioè:

(97,0 mg/L x 100,09 g/mol) / 40,08 g/mol = 242 mg/L

Possiamo poi fare lo stesso ragionamento col magnesio utilizzando però non il peso molecolare del CaCO3 ma quello del MgCO3 cioè 84,31 g/mol per convertire la concentrazione del magnesio in mg/L di MgCO3 equivalente. Abbiamo in questo modo:

(59,0 mg/L x 84,31 g/mol) / 24,31 g/mol = 204 mg/L

Sommando questi due valori otteniamo la durezza totale e cioè: 

Dtot = 242 mg/L + 204 mg/L = 446 mg/L = 44,6 °F

Sappiamo che la durezza permanente viene calcolata tramite differenza tra la durezza totale e quella temporanea. In questo caso otteniamo:

Dperm = 446 mg/L - 378 mg/L = 68 mg/L = 6,8 °F