Le molecole della pubblicità: l’anticalcare.2.

Nota: si ricorda che le opinioni espresse in questo blog non sono da ascrivere alla SCI o alla redazione ma al solo autore del testo  

a cura di Claudio Della Volpe

la prima parte di questo post è pubblicata qui

Nella prima parte del post abbiamo parlato di anticalcare su superfici esposte (vetro, mattonelle). La situazione dei tubi delle lavatrici, lavastoviglie e in genere delle superfici metalliche di dispositivi che flussano acqua è molto diversa e qui la storia si fa più complessa ancora.

La quantità di calcio in acqua dipende dalla sorgente; storicamente viene indicata con il concetto di “durezza” dell’acqua; nel nostro paese ci sono zone ad acqua dura specialmente nel centro Italia: Lazio e Umbria classicamente ma anche alcune zone di Piemonte e Lombardia o di altre regioni con terreni vulcanici più limitatamente e l’acqua dura è un problema non solo in casa ma soprattutto nell’industria ed è a questo target che si rivolgeva il calgon.

Per durezza dell’acqua si intende un valore che esprime il contenuto totale di ioni di calcio e magnesio (provenienti dalla presenza di sali solubili nell’acqua) oltre che di eventuali metalli pesanti presenti nell’acqua. Generalmente con questo termine si intende riferirsi alla durezza totale; la durezza totale è somma della durezza permanente, che esprime la quantità di cationi rimasti in soluzione dopo ebollizione prolungata, e della durezza temporanea, che per differenza tra le precedenti durezze, esprime sostanzialmente il quantitativo di idrogenocarbonati (o bicarbonati) presenti nell’acqua prima dell’ebollizione.

mappadurezza

http://www.watermarket.it/test-addolcitore; per maggiori info: http://assocasa.federchimica.it/DUREZZAACQUA.aspx si tenga presente che i limiti “pratici” di uso sono puramente indicativi e che la maggior parte della mappe di questo tipo sono prodotte da chi vende gli addolcitori.

 

Calgon è un marchio che viene dalla frase inglese calcium gone, il calcio è andato.

calcare8Calgon è un marchio storico; l’invenzione è del 1933. Il Calgon un addolcitore dell’acqua (termine che indica la capacità di ridurre la concentrazione di calcio ione) fu introdotto sul mercato in quell’anno dalla Calgon, Inc. of Pittsburgh, Pennsylvania. Calgon, Inc. è stata poi acquistata da Merck nel 1968 e poi rivenduta. Oggi il marchio Calgon è della Reckitt Benckiser per l’Europa come addolcitore di acqua e della Ilex Consumer Products Group in USA dove è posizionato come prodotto di bellezza!!! Di fatto il termine Calgon è entrato nel linguaggio anglosassone ed americano non solo tramite gli slogan, ma anche perchè usato in film e spettacoli. (https://en.wikipedia.org/wiki/Calgon).

calcare18Renckitt Benckiser è una multinazionale di prodotti chimici per la casa e la persona con origini che risalgono al 1823 e un fatturato di oltre dieci di miliardi di dollari; marchi posseduti fra gli altri: Gaviscon, Durex, Calgon, Vanish.

Cosa è il Calgon allora per coprire settori così diversi come la cura della persona e della lavatrice?

E’ un agente complessante, ossia una molecola che interagisce con gli ioni di calcio bloccandone la disponibilità in soluzione e rendendo termodinamicamente sfavorita la formazione di un precipitato o comunque le sue reazioni con altre specie. La reazione più importante in ambito di detergenza è quella di formazione dei sali di calcio dei saponi; i saponi sono di fatto sali di sodio e di acidi grassi, RCOONa; ora se sostituiamo al sodio il calcio abbiamo un sale molto meno solubile e la potenza detergente del sapone ne soffre mentre il precipitato infeltrisce i tessuti.

Quindi il ruolo dell’addolcitore è di catturare, intercettare il calcio (e altri ioni di metalli) e impedirgli di formare sali insolubili del detergente o di qualunque altra cosa. I detergenti di massa, i saponi esistono da meno di mille anni (dal XII secolo) e sono diventati di uso comune solo negli ultimi due o tre secoli; la regina Elisabetta I di Inghilterra morta nel 1603 si lavava “una volta al mese, ne avesse bisogno o meno”; figuratevi gli altri!! Oggi ci laviamo tutti (beh quasi…nei paesi occidentali, nei paesi poveri l’acqua da bere (!!) è ancora un problema per centinaia di milioni di persone).

Originariamente si è usato e per certe applicazioni si usa ancora come complessante/addolcitore il sodio esametafosfato, un oligomero di NaPO3 che ha dato l’immagine al Calgon e da cui ha tratto il nome comune che si identifica col fosfato.

Il sodio (esa)metafosfato, chiamato anche impropriamente Calgon, per motivi storici, si ottiene per riscaldamento del fosfato monosodico ed è una polvere fine, abbastanza solubile in acqua, costituita da catene fino a 25 unità di NaPO3. E’ molto igroscopica.calcare19

Il sodio esametafosfato è universalmente usato per ottenere una immediata dispersione dei pigmenti nel settore delle pitture per esempio. In particolare il sodio esametafosfato ha il potere di mantenere in soluzione gli ioni dei metalli polivalenti, specialmente Ca, Mg e Fe anche in presenza di anioni ad azione precipitante con formazione di sali complessi solubili.

Esso agisce di conseguenza come inibitore della corrosione verso il ferro, il rame, lo zinco e l’alluminio e quindi è usato industrialmente.

calcare20L’uso di questo prodotto e dei suoi similari polifosfati in grandi quantità ha però un effetto devastante sull’ambiente, perché il fosforo è un elemento limitante nella crescita degi organismi e la sua aggiunta in grandi quantità alle acque di fiumi, laghi e del mare favorisce la crescita di organismi che alterano l’equilibrio ecologico; nel tempo ne è stata proibita l’aggiunta ai detersivi (e anche a molti alimenti sempre per problemi di chelazione degli ioni utili) proprio per evitare questo pericoloso effetto collaterale. E’ rimasta invece in altri settori come l’industria tessile, le vernici, il restauro, la protezione dei tubi metallici, etc

Al momento la composizione del Calgon (o Calfort ma solo in Italia per un certo tempo) nel settore detersivi è dunque diversa; il metafosfato è stato sostituito da altri agenti adsorbenti e complessanti: zeoliti e policarbossilati. Ci sono o ci possono essere altri ingredienti per scopi diversi( dare volume alla polvere: solfato di sodio; cellulosa: aiutare a rompere la polvere quando si bagna, la cellulosa si rigonfia; etc etc).

Come funzionano zeoliti e policarbossilati?

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Parte della struttura di una zeolite mostrante uno dei suoi ‘tunnels’. In Blu gli Al3+ e in rosso Si4+ (dalla pagina RSC – Courtesy of molecularsieve.org)

La zeolite è un minerale microporoso usato come catalizzatore in molti processi industriali come la purificazione dell’acqua e dell’aria. Le zeoliti sono alluminosilicati idrati e la loro composizioe generale è AlxSiyO2(x+y)  (senza molecole di acqua). Le zeoliti sono di due tipi: naturali e artificiali. Quella naturale che si usa per addolcire l’acqua è la gluconite mentre la permutite è la zeolite sintetica, la più usata nell’addolcimento con una formula del tipo: Na2O, Al2O3, nSiO2, xH2O. Questi materiali sono usati come scambiatori di ioni e per rimuovere odori essendo la permutite più porosa, vetrosa e con una maggiore capacità di addolcitore rispetto a quella naturale.

Le Zeoliti possono rimuovere Ca2+ and Mg2+ dall’acqua che le attraversa. Ma possono essere anche facilmente rigenerate e questo è stato il motivo di un grande successo commerciale.

Quando gli ioni di Ca2+ and Mg2+ presenti nell’acqua sostituiscono il sodio presente nella zeolite .

Na2Ze  + Ca(HCO3)2 → 2NaHCO3 + CaZe
Na2Ze  + Mg(HCO3)2 → 2NaHCO3 + MgZe
Na2Ze  + CaSO4  → Na2SO4 + CaZe
Na2Ze  + MgSO4 → Na2SO4 + MgZe

Quando tutti gli ioni sono sostituiti la zeolite diventa inattiva. A questo punto si può usare una salamoia per rigenerare la zeolite di partenza.

CaZe + 2NaCl → Na2Ze + CaCl2
MgZe + 2NaCl → Na2Ze + MgCl2

Nel caso del Calgon casalingo comunque l’uso del prodotto è a perdere o è comunque fatto una sola volta, la zeolite non viene ripristinata come potrebbe in un impianto a ciclo chiuso.

La formula del policarbossilato è mostrata qui di seguito, si tratta quindi di un polianione in grado di complessare gli ioni come il calcio o altri ioni metallici

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una parte di molecola di policarbossilato

Il policarbossilato cambia anche il pH dell’acqua e consente di gestire al meglio il ruolo della zeolite.

Esso può anche complessare ioni metallici e lavora esattamente come lavora il citrato, ma date le dimensioni maggiori della molecola di policarbossilato rispetto a quella di citrato la scala della sua attività è maggiore ed è attivo su particelle o quantità più grandi.

Questo meccanismo è mostrato grossolanamente nella seguente figura.calcare23pagina RCS: il polimero intercetta le particelle di calcare e ne previene la deposizione (in effetti intercetta gli ioni calcio)

Molte di queste immagini sono tratte da un sito gestito da Benckiser e da Royal Chemical Society, fatto veramente bene.

Per approfondire:

Sito Benckiser: http://www.rbeuroinfo.com/index.php?BRAND=Calgon&action=product_select.php&LANGUAGE=EN&COUNTRY=US#

Sito misto RCS-Benckiser: http://www.rsc.org/learn-chemistry/resources/chemistry-in-your-cupboard/calgon/10

Sito Benckiser Italia: http://www.prodottireckittbenckiser.it/flex/cm/pages/ServeBLOB.php/L/IT/IDPagina/234