Addolcitori delle acque: resine scambiatrici di ioni

Gli addolcitori delle acque sono sempre più diffusi a causa dell’elevata durezza delle acque che è fornita dalla rete idrica.
Il contenuto di ioni Ca²⁺ e Mg²⁺ presenti in un’acqua viene definito durezza che abitualmente è espressa in gradi francesi  °f dove 1°f corrisponde a 10 mg di CaCO₃ per litro di acqua.

Un’acqua contente elevate quantità di elettroliti in essa disciolti dà luogo ad incrostazioni calcaree che danno origine a danni alle caldaie, alle tubazioni e costituiscono una fonte di danni, spreco e pericolo.

Si pensi, ad esempio, ad un scaldabagno nella cui caldaia si accumulano notevoli quantità di calcare. La quantità di acqua contenuta in essa diminuisce a favore del calcare e parte dell’energia consumata per riscaldare l’acqua è dissipata per riscaldare il calcare. Inoltre   una caldaia incrostata è fonte di grave pericolo in quanto si possono avere surriscaldamenti ed esplosioni soprattutto in corrispondenza della fonte di calore.

Evoluzione tecnologica negli addolcitori delle acque

Il primo trattamento chimico per addolcire l’acqua dura – l’addolcimento della calce – fu inventato dal chimico Thomas Clark negli anni ’30 dell’Ottocento.

La scoperta più importante nel campo dell’addolcimento dell’acqua è stata lo scambio ionico. Il fenomeno fu scoperto  nel 1850 da Harry Stephen Meysey Thompson e John Thomas Way quando notarono  che una soluzione di solfato di ammonio si trasformava in solfato di calcio mentre filtrava  alcuni tipi di terreno.

I primi materiali a scambio ionico erano le zeoliti, un tipo di minerale alluminosilicato molto poroso. Le zeoliti naturali furono sviluppate dal chimico tedesco Robert Gans ed erano già in uso nei primi anni del 20° secolo, ma non erano ancora in grado di rimuovere una grande quantità di ioni. Il loro successo commerciale e l’uso diffuso furono resi possibili quando Gans inventò e brevettò le zeoliti sintetiche. La Permutit Company  sviluppò così scambiatori di ioni industriali e domestici

Resine scambiatrici di ioni negli addolcitori delle acque

 

Si ricorre quindi agli  addolcitori delle acque, ovvero a  dispositivi atto a diminuire la durezza delle acque. Essi sfruttano opportune resine scambiatrici di ioni costituite da una matrice polimerica in cui sono intrappolati o inglobati ioni disponibili per lo scambio ionico.

Tali apparecchiature sono quasi sempre installate nelle industrie e in  molte abitazioni situate  in luoghi dove la durezza dell’acqua è elevata, con notevoli benefici.

Se da un lato un’acqua dolce necessita di un quantitativo di detersivo minore dall’altro dà problemi nel risciacquo. Le mani lavate con acqua dolce appaiono scivolose ed è difficile allontanare la schiuma dagli indumenti. Per comprendere questo fenomeno dobbiamo tener presente che molti saponi sono costituiti da stearato di sodio, un sale solubile in acqua.

Quando lo ione stearato si trova a contatto con gli ioni calcio e magnesio forma rispettivamente lo stearato di calcio e di magnesio; entrambi i sali sono scarsamente solubili in acqua e precipitano formando un solido ceroso e quindi sono facilmente allontanati dal risciacquo.

Quando tali ioni non sono presenti non si forma alcun sale insolubile e lo ione stearato si lega alla pelle o ai capelli  che sono costituiti da amminoacidi rendendo difficile il risciacquo. L’effetto è particolarmente visibile sui capelli che appaiono grassi e di minore volume.

Il consiglio che quindi bisogna seguire è quello di dimezzare la quantità di sapone usata abitualmente il che porta a un notevole risparmio e a un minore inquinamento.

Di contro l’acqua dura oltre a provocare danni non solo richiede un quantitativo di sapone maggiore ma parte dello stearato di calcio e magnesio rimane sulla superficie della pelle, dei capelli e degli indumenti e per tale ragione è invalso l’uso di utilizzare idratanti per la pelle, balsami per i capelli e ammorbidenti per i panni.

Inoltre la presenza di stearato di calcio e magnesio che si formano in un’acqua dura lascia residui particolarmente visibili su:

• bicchieri 
• stoviglie 
• lavandini 
• vasca da bagno.

L’acqua dolce inoltre prolunga la vita di caldaie, scaldabagni e lavatrici, abbassa i consumi energetici ed elimina l’utilizzo di prodotti anticalcare.