Água Dura

Muitas águas contêm os cátions cálcio (Ca²⁺_(aq)), magnésio (Mg²⁺_(aq)) e ferro II (Fe²⁺_(aq)), que vêm acompanhados dos ânions carbonato, bicarbonato, cloreto e ou sulfato. É a quantidade dos cátions citados, principalmente o cálcio e o magnésio, que determina a dureza da água.

Se a água estiver apresentando teores desses cátions acima de 150 mg/L, então a água é dura; se estiver abaixo de 75mg/L, a água é mole; e se for entre 75 e 150 mg/L, a água é moderada.

A presença desses cátions dificulta a ação dos sabões na remoção da sujeira e da gordura. Os sabões são sais de ácidos graxos com uma longa cadeia apolar (hidrofóbica) formada por átomos de carbono e hidrogênio e uma extremidade hidrofílica. A longa cadeia polar é solúvel nas gorduras e a extremidade polar é solúvel em água. Desse modo, a parte apolar atrai as gorduras, possibilitando que a gordura desprenda-se na forma de pequenos aglomerados e, com todo o conjunto, é arrastada por água corrente.

O sabão é chamado de tensoativo aniônico, porque ele dissolve-se na água produzindo ânions e cátions. Seus ânions são os responsáveis por diminuir a tensão superficial da água e permitir a limpeza.

No entanto, os cátions de cálcio, magnésio e ferro II não são solúveis em água e reagem com os ânions do sabão formando compostos insolúveis. Dessa forma, esses cátions anulam a ação do sabão e aderem ao tecido que está sendo lavado (ou à beira da pia, do tanque, da banheira etc.).

De forma genérica, essa reação pode ser representada por:

2 R ─ COONa_(s)  + Ca²⁺_(aq) → (R ─ COO)₂Ca(ppt) + 2 Na⁺_(aq)
         sabão           cátion               sal de cálcio         cátion
(sal de sódio)       cálcio                 precipitado          sódio

Um exemplo é o sabão estereato de sódio (C₁₇H₃₅COONa_(s)), que é solúvel na água, produzindo o ânion estereato, como mostrado a seguir:

C₁₇H₃₅COONa_(s) → Na⁺_(aq) + C₁₇H₃₅COO^1-_(aq)

Mas, na água dura, esse ânion reage com o cátion cálcio e impede a ação do sabão:

C₁₇H₃₅COO^1-_(aq)  + Ca²⁺_(aq) → (C₁₇H₃₅ ─ COO)₂Ca(ppt)

Esse tipo de problema levou ao desenvolvimento dos detergentes sintéticos.

A água dura não pode ser usada na indústria, pois pode haver o risco de acidentes como a explosão de caldeiras, também não é boa para cozinhar vegetais, pois eles endurecem em vez de ficarem mais moles.

É possível abrandar ou eliminar essa dureza da água, sendo que o método utilizado dependerá dos ânions que acompanham os cátions cálcio, magnésio e ferro II. Por exemplo, se o ânion for o bicarbonato, a dureza da água é temporária e pode ser eliminada com apenas uma destilação, mas se os ânions forem o sulfato, o nitrato ou o cloreto, a dureza é permanente e são utilizados processos químicos.

Um desses processos é a adição de cal extinta ou soda, que reagem com os cátions e formam sais insolúveis.