سختی آب جوشیده کمتر است یا آب یخ زده؟

پیش از خواندن این پست نخست چند واژه در رابطه با سختی آب را تعریف می کنیم

آب سخت چیست؟ آبی که یونهای کلسیم، منیزیم و آهن آن زیاد باشد آب سخت نامیده می شود. سختی آب دو نوع است، سخی موقت که بی کربنات های کلسیم، منیزیم و آهن می باشند که در اثر جوشیدن بی کربنات های محلول تبدیل به کربنات های نا محلول می شوند و رسوب می کنند بنابر این از آب حذف می شوند به همین دلیل سختی موقت می گویند. و نوع دیگر سختی، سختی دائم می باشد که کلریدهای کلسیم منیزیم و آهن می باشند که با جوشانده حذف نمی شوند.

معادله تبدیل بیکربنات های محلول به کربنات های نا محلول به شکل زیر است: در معادله زیر(aq) محلول ، (s) جامد، (g) گاز و (l) به معنی مایع می باشد

پی پی ام (PPM) چیست؟ غلظت پی پی ام، یعنی قسمت در میلیون یا میلی گرم بر لیتر، برای آگاهی بیشتر اینجا را بخوانید.

تی دی اس(TDS) سنج چیست؟ تی دی اس سنج کل یون های حل شده در آب را اندازه گیری می کند و بر اساس هدایت الکتریکی آب کار می کند. هدایت الکتریکی با افزایش یون های حل شده در آب افزایش می یابد. واحد تی دی اس، میلیگرم بر لیتر یا پی پی ام(PPM) است

پی اچ(pH) چیست؟ مقیاسی برای اندازه گیری اسیدی یا بازی بودن محلول از صفر تا چهارده، پی اچ ۷ خنثی، کمتر از ۷ اسیدی و بیشتر از ۷ بازی می باشد.

سختی آب جوشیده کمتر است یا آب یخ زده؟
باور همگان این است که سختی آب جوشیده کمتر می شود اما برخی از آزمایش های زیر نشان می دهد همیشه هم این طور نیست. از طرف دیگر آزمایش نشان می دهد که سختی آبی که یک بار یخ زده باشد و دوباره ذوب شود کمتر می شود. این موضوع را من در ابتدا چندین سال پیش این گونه شنیدم که مردم تبت آب خوراکی را ابتدا یخ می زنند و سپس ذوب می کنند و هنگامی که به اندازه یک تخم مرغ آب یخ زده وجود دارد آن تکه یخ را دور می اندازند و سپس آب را می نوشند.

اما چرا سختی آب جوشیده گاهی بیشتر می شود و سختی آب یخ زده کمتر؟

در ابتدا این سوال مطرح می شود که آب سخت چیست؟ آب سخت آبی است که غلظت یون های کلسیم، منیزیم و آهن آن بالا باشد. در صنعت آبی که سختی آن بیش از ۷۰ پی پی ام باشد را آب سخت می گویند.

سختی آب دو گونه است سختی موقت که بی کربنات های کلسیم، منیزیم و آهن می باشد که این سختی در اثر جوشیدن آب و تبدیل بی کربنات های محلول به کربنات های نا محلول حذف می شود.
و سختی دائم نمک های محلول کلسیم و منیزیم و آهن می باشد مانند کلرید ها که در اثر حرارت تغییر شکل نداده و رسوب نمی کنند به همین دلیل سختی دائم خوانده می شوند.

از آنجایی که در اثر جوشیدن آب، سختی موقت حذف می شود(گچ ته کتری یا سمارور) باور همگان این است که پس باید سختی آب جوشیده کمتر شود، اما از آنجایی که در اثر بخار شدن آب هنگام جوشیدن حجم آب کمتر می شود آزمایش نشان می دهد بر خلاف انتظار، گاهی سختی آب افزایش می یابد.

در صورتی که سختی موقت بسیار کم و ناچیز باشد در این صورت با جوشیدن و تبخیر آب سختی کل افزایش می یابد اما اگر سختی موقت زیاد باشد با جوشیدن و حذف شدن سختی موقت در نهایت سختی کاهش می یابد.

مثلآ در آزمایش در یک منطقه اصفهان(خیابان حمزه) سختی کل پیش از جوشیدن آب ۱۸۶ پی پی ام و پس از جوشیدن (به اندازه دم کردن یک چایی) حدود پانزده دقیقه سختی آب سرد شده ۱۲۵ پی پی ام مشاهده شد.

اما در آزمایش زیر ۳۰۰ سی سی آب به مدت ده دقیقه جوشیده است و همان طور که می بینید حجم آن از ۳۰۰ سی سی به ۲۵۰ سی سی کاهش یافته است ولی سختی آن از ۱۵۷ پی پی ام به ۲۴۰ پی پی ام افزایش یافته است. (این آب لوله کشی هنرستان رازی اصفهان میباشد)

پس نتیجه این که اگرچه با جوشاندن آب سختی موقت کاهش می یابد یا صفر می شود اما با توجه به کاهش حجم آب در اثر بخار شدن سختی افزایش می یابد.

آزمایش تغییر سختی آب در اثر جوشیدن در مناطق مختلف اصفهان:

این آزمایش ها با TDS سنج در هنرستان رازی اصفهان رشته صنایع شیمیایی انجام گرفته است.

اثر انجماد آب بر روی سختی آب

اما آزمایش دیگر نشان می دهد در اثر انجماد آب سختی کاهش می یابد در آزمایش زیر نشان می دهد یک نمونه آب لوله کشی سپاهان شهر اصفهان پیش از یخ زدن ۹۷ پی پی ام و پس از یخ زدن و ذوب دوباره سختی آب به ۶۷ پی پی ام کاهش یافته است.

آزمایش دیگری بر روی آب شهر اصفهان نزدیک بیمارستان چمران، نشان داد سختی آب پیش از یخ زدن ۲۱۰ پی پی ام و پس از یخ زدن سختی به ۱۹۰ پی پی ام کاهش یافته است.

اما چرا؟

هنگامی که آب از جداره های ظرف شروع به یخ زدن می کند یون ها را به طرف مرکز ظرف از خود می راند به همین دلیل اگر به یک ظرف یخ زده آب نگاه کنید در جداره های ظرف یخ شفاف می باشد اما در مرکز آن یخ کدر است در اثر تجمع یون ها در مرکز ظرف مقداری از یون ها رسوب می کنند. اگر به پارچ آب یخ دقت کرده باشید همیشه رسوب ته نشین شده را در پارچ آب دیده اید.

به همین دلیل سختی آبی که یخ زده است کمتر از آب معمولی می باشد.

بهتر است همانند مردم تبت پیش از آب شدن کامل یخ به اندازه یک تخم مرغ آن را دور بیندازید.

این آزمایش در هنرستان رازی اصفهان انجام شده است. با سپاس از دانش آموزان زیر برای آنجام این آزمایش:

ابوالفضل عرفانی, یونس رحیمی, محمد عسگری, آریا میرزایی, فرزین رمضانی, پویا بصیری نژاد

سرچشمه ها:

https://byjus.com/jee/hardness-of-water-types-and-removal/

https://www.kent.co.in/blog/what-are-total-dissolved-solids-tds-how-to-reduce-them/

https://chemequations.com/en/?s=Ca(HCO3)2+%253D+CaCO3+%252B+CO2+%252B+H2O

www.flipkart.com%2Fcare-dr08-digital-tds-meter-tester-ppm-water-purity-monitor-0-999-analyzer%2Fp%2Fitm0a4dc2cd6f074&psig=AOvVaw1qXmndQFlqBsGVYQ7QLSfq&ust=1708595578164000&source=images&cd=vfe&opi=89978449&ved=0CBUQjhxqFwoTCKDxxtaUvIQDFQAAAAAdAAAAABAE

What is the pH Scale?