Základní chemie vody

Tvrdost vody

Tvrdost vody vyjadřuje obsah iontů kovů alkalických zemin - především vápníku a hořčíku (ale také barya a stroncia) ve vodě, které vytvářejí nerozpustné uhličitany. Tvrdost je jedním z nejdůležitějších kontrolních parametrů vody. Přihlíží se k ní i při kontrole kvality vody okruhové a při posuzování vhodnosti použití vody jako doplňkové pro chladicí okruhy. Spolu s místními podmínkami nepřímo vyjadřuje tendenci vody vylučovat soli především vápníku a hořčíku a možnost tvorby inkrustů a vodního kamene. Je udávána většinou v mmol/l nebo mval/l. V technické praxi se v našich krajích ještě často používá vyjádření v německých stupních tvrdosti °N. Přepočet na německé stupně je následující:

°N = T(mmol/l) · 5,6 = T(mval/l) · 2,8

Tvrdost vody se rozděluje na karbamátovou a nekarbamátovou. Karbamátová tvrdost je tvořena uhličitany a hydrogenuhličitany, nekarbamátová tvrdost pak solemi jiných kyselin, zejména chloridy, sírany a křemičitany. Součet obou hodnot se nazývá celková tvrdost.

Zjevná a celková alkalita

Zjevná alkalita, tj. p-alkalita, a celková, tj. m-alkalita, vyjadřují schopnost vody vázat určité množství kyseliny do zvolené hodnoty pH. Někdy jsou proto obě alkality nazývány také "kyselinové neutralizační kapacity". U zjevné p-alkality zvolená hodnota pH je 8,3, v případě celkové m-alkality zvolená hodnota pH je 4,5. Je-li hodnota pH přírodních a užitkových vod větší než 8,3, způsobila ji spolu s hydrogenuhličitany i přítomnost uhličitanových a hydroxidových iontů. U většiny přírodních a užitkových vod je hodnota pH menší než 8,3 , v úvahu tedy přichází převážně jen přítomnost hydrogenuhličitanového iontu. Zjevná p-alkalita pak vyjadřuje koncentraci uhličitanových a hydroxidových iontů, celková m-alkalita spolu s nimi i iontů hydrogenuhličitanových. Tyto koncentrace lze také spolu s Langelierovým saturačním indexem z hodnot obou alkalit za určitých podmínek spočítat.

Obsah solí, elektrická vodivost

V každé vodě je mimo solí vápníku, hořčíku a solí na bázi hydrogenuhličitanů přítomno určité množství dalších solí, především chloridů, solí železa, nerozpustných látek. Množství solí ve vodě souvisí s přímo měřitelnou veličinou zvanou elektrická vodivost. Elektrická vodivost charakterizuje vodu z hlediska její schopnosti vést elektrický proud. Je reciprokou, tj. převrácenou hodnotou odporu vody. Abychom mohli posuzovat různě velké systémy, pracujeme s měrnou elektrickou vodivostí, tzv. konduktivitou. Její jednotkou je S/m a udávána v případě vodných roztoků je většinou v mS/cm. Obsah solí a elektrická vodivost jsou dalšími důležitými charakteristickými vlastnostmi vody, které posuzujeme i v případě chladicích systémů.

pH

pH, tzv. vodíkový exponent, je mírou kyselosti nebo zásaditosti vody. Symbol pH je zkratka latinského potencia H+, tzn. síla vodíkových iontů. Voda a všechny roztoky, jejichž pH = 7 při 25 °C, jsou považovány za neutrální. Roztoky, jejichž pH < 7, se označují jako kyselé (mají přebytek H+), roztoky, jejichž pH > 7, jako zásadité (mají přebytek OH-).

Stabilizace soli v roztoku

Stabilizace soli v roztoku je dosažení a udržování stálosti solí v roztoku. Spočívá v tom, že soli se dávkováním tzv. stabilizátorů tvrdosti převedou na stabilnější komplexy. Snižuje se tendence okruhové vody vylučovat tzv. vodní kámen a systém lze provozovat i s vyšším obsahem vápenatých a hořečnatých solí ve vodě.

Koroze železa

Koroze je narušování kovů, v tomto případě železa, chemickými nebo elektrochemickými oxidačními reakcemi. Čisté železo a ocel jsou nestálé ve většině prostředí. Povrch kovu se pokrývá působením vlhkosti a kyslíku tzv. rzí, což je směs hydratovaných oxidů železa. Vrstva rzi je porézní, povrch železa nijak nechrání a tak koroze proniká do stále hlubších vrstev. Rychlost a rozsah koroze závisí na celé řadě faktorů, z nichž nejdůležitější jsou složení a kvalita povrchu, vlastnosti korozívního prostředí a místní podmínky.

Dispergační efekt

Disperzní soustavy jsou soustavy tvořené částečkami rozptýlenými v daném prostředí. I ve vodě je vždy přítomno určité množství nerozpuštěných látek. Aby nedocházelo jejich usazování, přidávají se do vody tzv. dispergátory. Dispergační efekt je založen na nabití nerozpuštěných látek, ať již to jsou minerální usazeniny, produkty koroze nebo biologický šlem, elektrickým nábojem a tím na jejich vzájemném odpuzování. Nabité částečky jsou vzájemným odpuzováním udržovány v pohybu, ve vznosu a neusazují se.

Biologická aktivita vody

Voda není inertní prostředí. Je místem vzniku života, domovem mnoha organismů. V chladicích systémech se do okruhové vody dostávají zárodky řas, bakterií a dalších živých organismů díky přídavné vodě a vzduchu. Relativně stabilní podmínky vytvářejí ve většině případů vhodné prostředí pro jejich růst. Nánosy biologické hmoty se usazují na trubkách, zhoršují přestup tepla a mohou ucpávat průtočná místa a podporovat korozi.

Langelierův saturační index

Langelierův saturační index je údaj, určující sklon vody vylučovat nebo rozpouštět uhličitan vápenatý. To má v případě chladicích okruhů význam především při posuzování kvality přídavné vody. Při výpočtu Langelierova saturačního indexu se vychází z hodnot m- a p-alkality. V případě kladných hodnot Langelierova saturačního indexu má voda tendenci vylučovat CaCO3, tzn. její alkalita je v daných podmínkách příliš vysoká a je vhodné ji upravit. Pokud Langelierův saturační index nabývá hodnot záporných, má voda sklon CaCO3 naopak rozpouštět. Voda je korozívní.