Diskussion:Wasser

Einfluss des Wassers auf das Kaffeegetränk

Der Geschmack des fertigen Kaffees wird durch das verwendete Wasser beeinflusst

• Lösungsverhalten: Welche Stoffe und wieviel werden aus dem Kaffee gelöst
• Puffer: Die Alkalinität des Wasser dämpft die Wahrnehmung von Säure
• Eigenschmack: Das Wasser sollte neutral schmecken und keine eigenen Aromen in das Getränk einbringen

Lösungsverhalten

Wasser ist bipolar, also sucht die negative Seite des Wassermoleküls (O-) die positive Seite der Nachbarmoleküle (H+). Die Wassermoleküle richten sich also aneinander aus, die sogenannte Wasserstoffbrückenbindung.

Gibt man nun ein polares Molekül ins Wasser, z.B. NaCl (Kochsalz), so gruppieren sich die Wassermoleküle mit ihrer negativen Seite um die positive Seite des Fremdmoleküls und umgekehrt mit der positiven Seite und die negative Seite des Fremdmoleküls. Dies kann so weit führen, dass die Bindung des NaCl aufgebrochen werden kann.

Unterstützt von der positiven Seite der umgebenden Wassermoleküle kann das Cl ein weiteres Elektron des Na beim Aufbrechen der Bindung mitreißen. Es wird zum Ion, hier Cl-. Im Gegenzug bleibt Natrium als Na+ Ion zurück.

Härte und Alkalinität

Wenn kaltes Wasser, das CO2 enthält durch Gestein fließt, wird Calziumkarbonat (CaCO3) gelöst.

CaCO3 + H2O + CO2 <--> Ca++ + 2 HCO3−

Dadurch entsteht jeweils ein Calzium-Ion (Ca++) und zwei Hydrogencarbonat Ionen (HC03-). Die Härte wird wesentlich durch Ca++ Ionen bestimmt, die Alkalinität durch die Hydrogenkarbonationen.

Calzium und der andere wichtige Härtebildner Magnesium kommen nicht ausschließlich über Calziumkarbonat (CaCO3) und Magnesiumcarbonat ( MgCO3) ins Wasser, weshalb meist etwas mehr Härte als Alkalinität im Trinkwasser vorkommt.

Die Alkalinität bestimmt das Säurebindungsvermögen, also wieviel Säure zugegeben werden kann, bis sich der pH-Wert des Wassers ändert.

Auswirkung von Härte und Alkalinität auf den Kaffeegeschmack

Durch das Säurebindungsvermögen der Alkalinität werden Säuren "weggepuffert". Die feinen, geschmacksbildenden Säuren der Kaffees werden dadurch gedämpft. Dies ist unerwünscht, zumindest wenn man helle Kaffees verwendet.

Der Effekt der Härte, also der Ca++ und Mg++ Ionen ist weniger klar. Es gibt die Hypothese, dass diese Ionen die Diffusionsrate bestimmter Chemikalien erhöhen, nach Experimenten am Gaschromatigraph (Colonna-Dashwood and Hendon, 2015).

Wasseraufbereitung

Wasser hat nicht nur Einfluss auf den Geschmack des Kaffees, Espressomaschinen oder allgemein Dampferzeuger dürfen nicht mit Wasser betrieben werden, bei dem durch erhitzen Kalk ausfallen kann. Dadurch würden Kessel und Heizelemente verkrusten und feine Düsen verstopfen.

Insbesondere diese Anforderungen der Espressomaschinen, Dampf- und Heißwassererzeuger machen eine Wasseraufbereitung in den meisten Fällen notwendig.

Ob und wie Kalk ausfallen kann wird von folgenden Größen bestimmt:

• GH, Gesamthärte (Ca++, Mg ++)
• KH, Alkalinität (HCO3-)
• pH-Wert

Im Abschnitt und Alkalinität wurde beschrieben, wie Calzium und Hydrogenkarbonationen ins Wasser gelangen. Wenn sich die Löslichkeit dieser Ionen im Wasser verringert, z.B. bei höherer Temperatur, können sie als Calziumkarbonat (CaCO3) wieder ausfallen. Weil dazu beide Reaktionspartner benötigt werden, können sie immer gemeinsam ausfallen.

Ca++ + 2 HCO3 - <--> CaCO3 + C02 + H2O

Gleiches gilt für Magnesiumkarbonat und Magnesium-Ionen. Die maximale Menge Calziumkarbonat und Magnesiumkarbonat (Kalk), die ausfallen kann, wird durch den geringeren Wert von GH und KH bestimmt.

Der pH-Wert spielt eine Rolle, wenn es darum geht, wie die Löslichkeit dieser Ionen von der Temperatur abhängt. Wird z.B. ein Dampfkessel mit 130°C betrieben, fällt bei einem pH-Wert über 7 (basisch) praktisch der gesamte Kalk aus. Wenn man basisches Wasser hat, darf deshalb keinerlei Härte mehr vorhanden sein, damit kein Kalk ausfällt.

Bei einem pH-Wert deutlich unter 7 bleibt ein Teil der Ionen weiterhin in Lösung. Es fällt weniger oder gar kein Kalk aus. In diesem Fall kann ein Dampfkessel auch mit einer gewissen Resthärte betrieben werden.

Infusione (Diskussion) 12:00, 23. Sep. 2022 (CEST): Hier wäre eine Tabelle Löslichkeit in Abhängigkeit von pH-Wert und Temperatur nett.

Einheiten für Härte und Alkalinität

In Mineralwässern wird der Analysenauszug in mg/l angegeben. Für die chemische Betrachtung wird aber die Anzahl der Reaktionspartner und ihr Verhältnis benötigt. Deshalb verwendet man zur Betrachtung von Härte und Alkalinität Einheiten, die das Molgewicht der Stoffe berücksichtigen.

Enthärtung

Das am häufigsten verwendete Verfahren der Wasseraufbereitung ist Enthärtung. Hier werden die Härtebildner Ca++ und Mg++ durch (die doppelte Menge) an Na+ Ionen ersetzt.

Dieses Verfahren wird auch für Hausentärtungsanlagen verwendet, wegen der großen Mengen wird meist mit Verschnitt gearbeitet. Da dieses