## Waterontharding

vwo-examen scheikunde 1,2 2007 2e tijdvak
Water ontharden
Oppervlaktewater bevat onder andere Ca2+, Mg2+ en HCO3– ionen.
In drinkwater dat uit oppervlaktewater wordt bereid, zijn deze ionen ook aanwezig.
Dit water wordt hard water genoemd. Hard water heeft nadelen.
Daarom wordt dikwijls de hardheid van het drinkwater tijdens het productieproces verlaagd.
Men noemt dat ontharden. In een voorlichtingsfolder van de Gemeentewaterleidingen Amsterdam staat over het ontharden onder meer de volgende tekst:
tekstfragment
De hardheid wordt verlaagd door een kristallisatieproces.
Door toevoeging van natronloog zet de kalk zich af op zandkorrels waardoor marmerachtige korrels
worden gevormd.
De marmerachtige korrels zijn zandkorrels met daaromheen een laagje vast calciumcarbonaat dat bij de
ontharding is gevormd. Bij dit proces ontstaat geen vast magnesiumcarbonaat.
Een onthardingsinstallatie, zoals die door Gemeentewaterleidingen Amsterdam op een bepaalde locatie wordt gebruikt, is in onderstaande figuur weergegeven.
In deze figuur zijn ook gegevens over de pH en de hardheid van het water opgenomen.
Deze gegevens zijn gemiddelde waarden over een langere periode en mogen in deze opgave worden gebruikt.
De hardheid van drinkwater wordt uitgedrukt in Duitse hardheidsgraden (ºD).
Een hardheid van 1,0 ºD geeft aan dat de totale hoeveelheid Ca2+ ionen en Mg2+ ionen in het water 0,18 mmol per liter is.
Het water dat de onthardingsinstallatie ingaat, wordt in twee stromen gesplitst.
Eén stroom (de bypass) gaat onbehandeld verder.
De andere stroom (de onthardingsstroom) gaat door een onthardingszuil (zie figuur).
figuur: Onthardingsinstallatie voor drinkwater

Er stroomt 520 m3 water per uur door zo'n onthardingszuil.
Om een grote productie van onthard water te verkrijgen, werken er twaalf onthardingszuilen tegelijkertijd.
Elke onthardingszuil werkt 98% van de tijd.
De temperatuur van het water in de gehele onthardingsinstallatie is 15 ºC.
Het water dat de onthardingszuilen verlaat, heeft een pH = 8,90.
In de zuilen is de pH in de buurt van de doseerkoppen waardoor de natronloog wordt toegevoegd, hoger dan 8,90.
Het gevolg is dat bij de doseerkoppen vast magnesiumhydroxide wordt gevormd.
Men kan zich indenken dat rondom de doseerkoppen zich een heterogeen evenwicht heeft ingesteld:
Mg(OH)2(s) Mg2+(aq) + 2 OH–(aq) met Ks = [Mg2+][OH– ]2
De evenwichtsconstante Ks voor dit heterogene evenwicht wordt oplosbaarheidsproduct genoemd.
Bij de omstandigheden in de onthardingszuilen is de waarde van Ks gelijk aan 1,1⋅10–12.
De concentratie van de Mg2+ ionen in het water in de buurt van de doseerkoppen is 0,38 mmol L–1.

Nadat de onthardingsstroom en de bypass bij B zijn samengevoegd, is de pH van het water te hoog. Met geconcentreerd zoutzuur wordt de pH op een waarde van 7,70 gebracht. Daarna wordt het als drinkwater naar de verbruikers getransporteerd.
Bij B wordt per uur 520 m3 water uit de onthardingsstroom gemengd met 125 m3 water uit de bypass. Wanneer wordt aangenomen dat de pH uitsluitend wordt veroorzaakt door de aanwezigheid van OH–, kan worden berekend hoe hoog de pH is van het mengsel dat bij B ontstaat.

Regelmatig wordt de hoeveelheid Ca2+ in het drinkwater gecontroleerd. Dit kan gebeuren door een titratie met een oplossing van een stof die met de afkorting EDTA wordt aangeduid. Zowel Ca2+ ionen als Mg2+ ionen reageren tijdens zo’n titratie in een aflopende reactie met EDTA. De molverhouding waarin Ca2+ met EDTA reageert is 1 : 1; ook Mg2+ reageert met EDTA in de molverhouding 1 : 1.
Er wordt een indicator gebruikt die van kleur verandert wanneer alle Ca2+ ionen en Mg2+ ionen met EDTA hebben gereageerd.
Bij een dergelijke titratie wordt 100,0 mL van het drinkwater getitreerd met een 0,0100 M EDTA oplossing. Hiervan is 14,4 mL nodig. In een eerdere bepaling was vastgesteld dat de concentratie Mg2+ in het drinkwater 0,38 mmol L–1 is.