Beides ist doch flüssig: Warum gibt es hartes und weiches Wasser?

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Dass die Begriffe hartes und weiches Wasser nichts mit dem Sprichwort, dass Wasser angeblich Balken hat, zu tun haben, ist klar. Aber was genau bedeuten sie und wie sind hartes und weiches Wasser voneinander abgegrenzt? Die Antworten findest Du hier.

Klassifizierung von hartem und weichem Wasser über Härtegrade

Fangen wir mit der simplen Definition an. Die Wasserhärte gibt an, wie viel Erdalkali-Ionen im Wasser gelöst sind. Dafür gibt es mehrere gebräuchliche Skalen. Zum einen gibt es die Einheit mmol/l (Millimol pro Liter), zum anderen hat sich in Deutschland das „Grad deutscher Härte“ (°dH) etabliert. Dabei sind die Härtebereiche seit 2007 wie folgt festgelegt:

• Weiches Wasser steht für Konzentrationen bis 1,5 mmol/l bzw. für Werte bis 8,4°dH.
• Mittleres Wasser weist Konzentrationen zwischen 1,5 und 2,5 mmol/l bzw. Härtegrade zwischen 8,4 und 14°dH auf.
• Hartes Wasser steht für Konzentrationen über 2,5 mmol/l bzw. für Werte über 14°dH.

Warum sind Erdalkali-Ionen wichtig zur Bewertung von hartem oder weichem Wasser?

Jeder kennt sie, die Kalkablagerungen am Wasserhahn und in der Waschmaschine oder die grauen Flecken in der Wäsche. Auch der Kesselstein ist ein bekanntes Phänomen. Diese Ablagerungen sind auf Verbindungen von Erdalkali-Metallen zurückzuführen. Erdalkali-Metalle sind Calcium und Magnesium, aber auch Barium und Strontium. Die beiden letztgenannten müssten bei der Wasserhärte eigentlich mitgezählt werden, spielen aber eine sehr untergeordnete Rolle, sodass die Konzentrationen von Calcium (Ca) und Magnesium (Mg) maßgeblich sind, wenn es darum geht, hartes und weiches Wasser zu bestimmen. Die beiden Erdalkali-Metalle sind in der Lage, schwerlösliche Verbindungen (Salze) zu bilden und die wichtigsten dieser Salze daraus sind die Carbonate (Kalkbildner), die die sogenannte temporäre Härte mitbestimmen. Weitere Salze wie Sulfate, Chloride oder Nitrate bilden die bleibende Härte und tragen schließlich zur Gesamthärte bei. Die temporäre Härte macht den größten Teil aus und ist für all die unerwünschten Begleiterscheinungen im Haushalt entscheidend.

Wie entsteht hartes und weiches Wasser?

Weiches Wasser entsteht durch Regen. Regenwasser hat einen Destillationsprozess durchlaufen und enthält von Natur aus zunächst keine Mineralien. Lediglich Luftbestandteile und Luftverunreinigungen können beim Fall bis zur Erdoberfläche aus der Luft aufgenommen werden. Regenwasser ist weiches Wasser, die Härte geht gegen Null. Nur wenn in der Luft kalkhaltige Staubpartikel sind, kann sich eine gewisse Härte ausbilden. Auf der Erde angekommen, kann Regenwasser in Regionen mit kristallinen Gesteinen im Boden (z.B. Granit, Gneis und Basalt) nur wenige leichtlösliche Mineralien herauslösen. Das Grundwasser bleibt dann weiches Wasser. Auch Oberflächenwasser ohne viel Kontakt zu Gesteinen kann als weiches Wasser angesehen werden.

Hartes Wasser entsteht dagegen, wenn Wasser durch carbonat- oder gipshaltige Böden und Gesteine fließt. Daher ist Bergwasser oder Quellwasser oft hartes Wasser. Das trifft letztendlich auch auf die meisten Fälle von Grundwasser zu. Menschengemachte Effekte wie der saure Regen oder Überdüngung führen zu einer Versauerung des Wassers, welche die Löslichkeit von Carbonaten begünstigt und damit auch zu hartem Wasser führt.

Die Wirkung von hartem und weichem Wasser

Calcium- und Magnesium-Ionen haben eine große, positive physiologische Bedeutung, sie sind lebenswichtige Mineralien. Aber bei einigen Verwendungen des Wassers sind sie große Störfaktoren. Es folgt ein kleiner Überblick:

• Im menschlichen Organismus sind 0,47 g/kg Magnesium und 15 g/kg Calcium enthalten (Calcium ist ein wichtiger Bestandteil in Knochen). Die Mineralstoffe werden hauptsächlich über die Nahrung aufgenommen, sodass hartes Wasser aus der Trinkwasserleitung glücklicherweise nicht essenziell notwendig ist.
• Weiches Wasser empfiehlt sich bei allen Anwendungen, bei denen das Wasser erhitzt wird oder zum Waschen benutzt wird (Bügeleisen, Wasserkocher, Heizung, Geschirrspülmaschine, etc.).
• Weiches Wasser sollte auch zum Gießen von Zimmerpflanzen oder speziell kalkempfindlichen Pflanzen wie Moorbeetpflanzen verwendet werden.
• Nachteiligerweise kann weiches Wasser aber auch zu starker Schaumbildung bei Waschmitteln oder zu einer schlechten Entfernbarkeit von Seife beim Händewaschen führen.
• Hartes Wasser führt zu Kesselstein überall da, wo Wasser erhitzt wird.
• Hartes Wasser beeinträchtigt Waschprozesse und führt zu einem Mehrbedarf von Spül- und Waschmitteln. Daher wurden Wasserenthärter entwickelt, die in Spülmaschinen, Maschinengeschirrspülmitteln und Waschmitteln zum Einsatz kommen.
• Hartes und weiches Wasser führen bei der Nahrungsmittel- oder Getränkezubereitung zu anderem Aussehen bzw. Geschmack. Hier ist besonders Tee zu nennen, der beispielsweise eine Kalkhaut ausbilden kann.

Ein paar chemische Details zu hartem und weichem Wasser

Du wirst Dich sicher fragen, wie die schwerlöslichen Verbindungen überhaupt in das Wasser hineinkommen, wenn sie doch schwerlöslich sind. Die Antwort liegt in einem relativ komplexen Gleichgewichtssystem. Mit der Unterstützung von Kohlendioxid werden die Carbonate nämlich nicht als Carbonat, sondern als Hydrogencarbonate im Wasser gelöst. Am Beispiel des Calciumcarbonats sieht das so aus:

CaCO₃ + CO₂ + H₂O ↔ CaCO₃ + H₂CO₃ ↔ Ca²⁺ + 2 HCO₃^–

Alle diese Stufenreaktionen stehen miteinander im Gleichgewicht. Wenn ein Reaktionspartner entfernt oder hinzugefügt wird, entsteht ein Mangel bzw. ein Überschuss, der eine Triebkraft erzeugt, dass dieser Effekt wieder ausgeglichen wird. Je mehr CO₂ gelöst wird, desto mehr Kohlensäure gibt es, was die Löslichkeit des Calciumcarbonats als Hydrogencarbonat begünstigt.

Eine wichtige Rolle spielt dabei das komplexe Kohlensäure-Gleichgewicht. Kohlendioxid wird in Wasser gelöst, bildet zu einem geringen Teil Kohlensäure, die mit Wasser zu Hydrogencarbonat weiterreagiert, welches wiederum zu Carbonat weiterreagieren kann.

3 H₂O + CO₂ ↔ 2 H₂O + H₂CO₃ ↔ H₂O + HCO₃^– + H₃O^{+ ↔} CO₃^2- + 2 H₃O⁺

Je mehr CO₂ beispielsweise im Wasser gelöst ist, desto mehr Hydrogencarbonat kann aus Kalkgestein aufgenommen werden. Wenn das CO₂ beispielsweise durch Hitze wieder aus dem Wasser ausgetrieben wird, wirkt das System dem entgegen, und Carbonat fällt als Feststoff aus.

Wie macht man weiches Wasser aus hartem Wasser?

Die Frage stellt sich zwangsläufig, wie hartes Wasser in weiches umgewandelt werden, sprich enthärtet werden kann. Dazu gibt es unterschiedliche Methoden, die vom Prinzip her allesamt bei der Gleichgewichtsreaktion ansetzen. Einige Ansätze versuchen, die Erdalkali-Ionen aus dem Spiel zu nehmen, andere Methoden gehen auf die Entcarbonatisierung, also nehmen das Carbonat aufs Korn. Zu diesen Methoden zählen der Ionenaustausch, die Vollentsalzung, die Umkehrosmose oder die Komplexbildung durch beispielsweise Phosphate. Die Methoden werden an anderer Stelle ausführlicher beschrieben. Die einfachste Methode ist sicherlich das Mischen. Wenn Du für bestimmte Anwendungen Zugriff auf weiches Wasser hast (beispielsweise gekauftes destilliertes Wasser oder Regenwasser), dann kannst Du den Härtegrad Deines harten Wassers aus dem Wasserhahn sofort reduzieren.

Weiches Wasser ist besser als hartes Wasser

Für den Hausgebrauch stimmt es sicherlich, dass hartes Wasser nicht ganz so toll ist wie weiches Wasser. Aber es sollte auch nicht vergessen werden, dass die Natur mit all ihren kleinen und großen Kreisläufen beide Konzepte vorsieht. Hartes und weiches Wasser haben beide ihren Sinn. Nur der Mensch greift in dieses Gleichgewicht ein.