Kalsiyum, Magnezyum ve Toplam Sertlik (CaCO3) Değeri

Kalsiyum ve bileşikleri suya sertlik özelliği veren en önemli iyonlardan olduğundan çok değişik konsantrasyonlarda sucul sistemlerde bulunabilirler. Genellikle sudaki kalsiyum iyonu kaynağını karbonatlı ve sülfatlı kalsiyum mineralleri teşkil eder.

Kalsiyum, magnezyum ve sertlik tayini

Bir suyun sertliği içindeki başlıca çözünmüş kalsiyum veya magnezyum tuzlarından ileri gelip, suyun sabunu çökeltme kapasitesidir. Sabun, suda özellikle her zaman için bulunan kalsiyum ve magnezyum iyonları tarafından çökeltilir. Fakat bu çökeltme aynı zamanda Fe, Al, Mn ve Zn gibi çok değerli metaller ve hidrojen iyonları tarafından da meydana getirilir. Sertlik, kalsiyum ve magnezyum iyonlarının, kalsiyum karbonat cinsinden toplam konsantrasyonları olarak ifade edilir. Bununla beraber gösterilebilecek miktarlarda bulunan sertlik verici diğer iyonları da kapsayabilir.

Sertlik bütünü nedir?

Kalsiyum ve magnezyum bikarbonatları geçici sertliği (veya karbonat sertliğini) yine bu elementlerin klorür, nitrat, sülfat, fosfat ve silikatları ise kalıcı sertliği (veya karbonat olmayan sertliği) verir. Her iki sertliğe birden sertlik bütünü denir.

Geçici sertlik bikarbonatlardan ileri geldiğinden, suların kaynatılması ile giderilir. Hâlbuki kalıcı sertlik kalsiyum ve magnezyum sülfat ve klorürden ileri geldiği için kaynatılmakla giderilemez.

Çeşitli sertlik birimleri vardır. Bunlardan en çok kullanılanları şunlardır;

1. Fransız Sertlik Derecesi (FS): Litrede 10 mg kalsiyum karbonat kapsayan suyun sertliği, 1 Fransız Sertlik Derecesidir.
2. İngiliz Sertlik Derecesi (IS): 1 galon (0,7 litre) suda 10 mg kalsiyum karbonat kapsayan suyun sertliği, 1 İngiliz Sertlik Derecesidir.
3. Alman Sertlik Derecesi (AS): Litrede 10 mg kalsiyum oksit (CaO) kapsayan suyun sertliğidir.
4. Amerikan Sertlik Derecesi: 1 grain (0,0648 gr) CaCO3/Amerikan galonu (3,785 lt)
5. Rus Sertlik Derecesi: 0.001 g Ca/lt

1 FS = 0,56 AS = 0,7 IS = 10 ppm

Yukarıdaki rakamsal bilgileri tablo olarak verecek olursak;

Çizelge 1. Sertlik Derecelerinin Birbiri Cinsinden Değerleri

Suyun sertliği onun eritme özelliğinden ileri gelir. Bazı sular içinde bulunan erimiş maddelere bağlı olarak daha fazla eritme özelliğine sahiptirler. Örneğin sudaki karbondioksit, kalker ve magnezyumu daha kolaylıkla eriterek bu maddelerin bikarbonatlar haline geçmesine sebep olurlar. Bitkilerle temas ederek gelen sular böyle olmayanlara kıyasla daha fazla karbondioksite sahiptirler. Yeraltı suları yüzey sularından daha serttirler, çünkü bu sular yer altında bulunan madensel maddelerle daha çok temastadırlar. Doğal sulardaki sertliğin kaynağı suyun toprak ve kaya oluşumları ile temasıdır. Yağmur suları çözünmüş halde atmosfer gazlarını içerebileceğinden pH’sı düşer. Yere düştüğünde de toprak ve kayalardaki bazı bileşenleri çözer. Fakat pH’sı 7 civarında olan yağmur suyu doğal sularda çok miktarda bulunan sertlik kaynağı maddelerin hepsini çözüp taşımaya yeterli değildir. Bu şekilde yağmur suyu toprağa indiğinde sertlik oluşturan tüm maddeleri çözemez. Bu iyonların toprağa geçmesi için asidik koşulları topraktaki bakteri faaliyetleri sonucu oluşan CO₂ gazının suda çözünmesi sağlar.

Sert sularla ilgili problemler şu şekilde sıralanabilir:

• Sabun tüketimine neden olurlar,
• Deride tahrişe neden olurlar,
• Sıcak su borularında, ısıtıcılarda, kazanlarda kireç birikimine ve taşlaşmaya neden olurlar,
• Porselenlerde renk giderimi ne neden olurlar. Lavabo ve küvetlerin beyaz rengini bozarlar,
• Sebzelerin katılaşmasına ve renksizleşmesine neden olurlar,
• Kumaşların ömrünü azaltır, yıpranmalarına neden olurlar,
• Konserve endüstrisinde problemlere neden olurlar.

Dünya Sağlık Teşkilatı (WHO) tarafından sular sertliklerine göre CaCO₃ olarak şöyle sınıflandırılmıştır,

• Yumuşak sular: 0 – 75 mg/lt
• Orta sert sular: 75 – 150 mg/lt
• Sert sular: 150 – 300 mg/lt
• Çok sert sular: 300 mg/lt ve üstü

Ancak yukarıdaki gruplandırma daha değişik şekillerde de yapılmaktadır.

Sertliğin meydana gelmesinde Ca ve Mg iyonlarının baş faktör olduğunu söylemiştik. İçme suyunda Ca ve Mg’ un yüksek değerleri sağlığa ters etki göstermemektedir (sağlıklı kişilerde).

Sertlik çeşitleri, su içerisindeki metal iyonlarına ve asit köklerine göre sertlik, sınıflandırmaya tabi tutulabilir.

Metal iyonlarına göre sertlik tasnifi, kalsiyum ve magnezyum iyonlarına göre yapılabilir. Bu iyonların sebep oldukları sertlikler ayrı ayrı bulunarak ifade edilebilir. Sert suların yumuşatılmasında su içerisindeki kalsiyum ve magnezyum sertliklerinin ayrı ayrı bilinmesine ihtiyaç vardır. Bu nedenle toplam sertliğe ilave olarak kalsiyum ve magnezyum sertlikleri tayin edilmelidir.

Karbonat sertliği nedir?

Asit köklerine göre yapılan sınıflandırmada sertlik, karbonat ve karbonat olmayan gruplara ayrılır. Su içerisindeki alkalilik iyonlarının (HCO₃^– , − CO₃^–, − OH^–) bağlı bulunduğu Ca ve Mg iyonlarının sebep oldukları sertliğe karbonat sertliği adı verilir.

Alkalinite (mg/l) = Karbonat sertliği (mg/l) dir.

Sudaki bikarbonat iyonlarının meydana getirdikleri sertliğe, geçici sertlik de denir. Zira böyle bir su kaynatıldığı zaman karbondioksit gazı uçar ve kalsiyum karbonat çökerek suyun sertliği azalır.

Diğer asit köklerine göre (SO₄^– , − NO₃^– , Cl^–) bağlı Ca ve Mg’dan meydana gelen sertliğe karbonat olmayan sertlik adı verilir. Suyun toplam sertliği ve alkalinitesi tayin edilirse karbonat olmayan sertlik bulunabilir.

Toplam sertlik – Alkalinite = Karbonat olmayan sertliktir.

Bazı durumlarda su içerisindeki alkalinite iyonları, sertliği meydana getiren metal iyonlarından fazladır. Bu takdirde, alkalinite iyonları sodyum ve potasyumla birleşerek negatif karbonat olmayan sertliği meydana getirmiştir.

Kalsiyum ve magnezyum iyonlarının dışındaki iyonlardan ileri gelen sertlik için aşağıdaki değerler kullanılır. Bu iyonların mg/l değerleri verilen faktörlerle çarpıldığında mg/l CaCO₃’e çevrilmiş olur.