مفهوم سختی آب
سختی آب در واقع به میزان معینی از مواد معدنی حل شده در آب گفته می‌شود. مقدار مناسب و معینی از مواد معدنی حل شده در آبی که برای دم‌آوری قهوه استفاده می‌شود همانند دستگاه اسپرسوی تنظیم شده می‌تواند تاثیر به‌سزایی در عطر و طعم عصاره نهایی قهوه بگذارد؛ پس رعایت چند نکته کلیدی الزامی است. اما بهتر است در ابتدا با مفهوم عبارت «سختی آب» بیشتر آشنا شویم.
کلمه سختی در واقع از تاثیر مواد معدنی آب بر روی صابون نشأت گرفته است. مواد معدنی موجود در آب سخت (آبی که دارای مقادیر بالای کلسیم و منیزیم است) به بخش «آب گریز» صابون متصل می‌شوند و یک بخش نامحلول در آب تشکیل می‌دهند. پس از مدتی افراد متوجه شدند که اگر آب را پیش از شستشو بجوشانند، سختی آن کمتر شده و برای شستشو مناسب‌تر خواهد شد.
سختی موقت و دائم در آب
به زبان ساده اگر شما یک آب را بجوشانید و سختی آن کاهش پیدا کند، آن آب دارای سختی موقت بوده است. نوع دیگری از سختی نیز وجود دارد که میزان جوشاندن در آن هیچ اهمیتی ندارد؛ چرا که سختی دائم با جوشاندن آب از بین نمی‌رود. برای درک بهتر موضوع باید بیشتر راجع به مواد معدنی موجود در آب بدانیم. هر ماده نامحلولی در آب از یون‌ها که ذرات باردار الکتریکی هستند، تشکیل شده است. ذرات حلال در آب به میزان یکسانی دارای ذرات باردار مثبت و منفی هستند که یکدیگر را خنثی می‌کنند.
برای مثال نمک طعام از یون سدیم Na+ و یون کلر منفی Cl– تشکیل شده است که هنگام حل شدن در آب، یون‌های آن از هم جدا شده و به قطب‌های ناهمنام خود در آب (یون هیدروژن H+ و یون اکسیژن O–) متصل می‌گردند و بدین صورت در آب پخش می‌شوند.
در سمت چپ تصویر، سدیم کلرید (نمک طعام) قبل از حل شدن در آب و در سمت راست، NaCl پس از حل شدن در آب را مشاهده می‌کنید.
عامل سختی آب، یون‌های مثبت هستند که هر چقدر بیشتر و سنگین‌تر باشند باعث افت بیشتر طعم و مزه نهایی قهوه نیز می‌شوند. یون‌های کلسیم Ca+2 و منیزیم Mg+2 بیشترین سختی در آب آشامیدنی را تشکیل می‌دهند. از آنجایی که کلسیم و منیزیم هر دو دارای دو بار مثبت هستند و رفتار یکسانی دارند، هنگام سخن گفتن از سختی آب می‌توانیم آن‌ها را یکی در نظر بگیریم. اگرچه یون‌هایی مانند آهن Fe+3 و آلومینیوم Al+3 هم در آب موجودند اما چون مقدار آن‌ها کم است معمولا در نظر گرفته نمی‌شوند
سختی عمومی آب
پس سختی کلی آب که به آن سختی عمومی (General Hardness) یا GH نیز گفته می‌شود در واقع وجود میزان معینی از ذرات باردار (یون) مثبت کلسیم و منیزیم در آب است. از آنجایی که این یون‌ها سبب تغییر در میزان عصاره‌گیری نهایی و استخراج طعم می‌شوند پس اندازه‌گیری سختی کل می‌تواند به نوعی نشان‌دهنده قدرت استخراج آب هم باشد. به یاد داشته باشید که هر ذره باردار مثبت باید با یک ذره باردار منفی جفت شود.
مهم‌ترین ذره باردار منفی بیکربنات HCO3– است که وقتی آب حاوی آن را می‌جوشانیم با یون‌های کلسیم و منیزیم وارد واکنش شده و باعث ایجاد رسوب آهک (کلسیم کربنات و منیزیم کربنات) می‌شود که این سبب ایجاد سختی موقت در آب می‌گردد. با جوشاندن آب این رسوبات آهک تشکیل شده به انتهای ظرف می‌روند. سختی دائم نیز در واقع همان یون‌های منیزیم و کلسیم باقیمانده در آب هستند که با بیکربنات واکنش نداده‌اند.
تا اینجا متوجه شدید که هنگام اندازه‌گیری سختی آب ما دو نوع از آن را اندازه‌گیری می‌کنیم. یکی میزان ذرات باردار (یون‌های مثبت) کلسیم و منیزیوم که پیش‌تر هم به آن اشاره کردیم و به آن GH می‌گویند و دیگری میزان ذرات باردار مثبت کربنی که سختی موقت را تشکیل می‌دهند و به آن KH می‌گویند. KH یا Karbonathärte در آلمان به معنای سختی کربناتی است. سختی کربناتی دقیقا مشابه سختی موقت است؛ به معنای تمام سختی که با یون‌های بیکربنات جفت شده و رسوب آهک ایجاد می‌کنند
سختی کربناتی
جالب است بدانید در تست KH مقدار ذرات کربنات را اندازه‌گیری نمی‌کنند؛ بلکه میزان بیکربنات موجود در آب را اندازه‌گیری می‌کنند که به آن قلیاییت نیز می‌گویند. اندازه‌گیری قلیایی بودن برای این مهم است که میزان بالای قلیایی بودن سبب از بین رفتن اسیدیته (ترشی مطلوب) در طعم نهایی قهوه شده و همچنین میزان زیاد آن سبب بی‌طعمی و افت شدت طعمی عصاره نهایی نیز می‌شود.
در این مثال‌ها قلیایی بودن با سختی موقت مشابه است؛ زیرا میزان کافی کلسیم و منیزیم برای واکنش با تمام بیکربنات و در نتیجه تولید رسوب آهک موجود است و این مورد در اکثر آب‌های آشامیدنی وجود دارد. از آنجایی که قلیاییت با سختی موقت مشابه است در بیشتر مواقع از طریق تست KH می‌توان میزان سختی کربناتی را هم به دست آورد.
با این حال در برخی موارد (هنگامی که آب، تصفیه شده یا نمک دریا وارد آب آشامیدنی شده باشد) میزان بیکربنات از یون‌های کلسیم و منیزیم بیشتر می‌شود و بیکربنات کافی برای واکنش با کلسیم و منیزیم وجود ندارد؛ در نتیجه اگر این آب را بجوشانید تمام سختی آن از بین می‌رود و به نوعی میزان سختی موقت با سختی کل در این مورد یکسان است. در این شرایط تست KH نتیجه‌ای بالاتر از تست GH خواهد داشت و این یعنی سختی کربناتی و سختی کل آب یکسان هستند و عدد تست KH صرفا میزان قلیایی بودن را نشان می‌دهد نه سختی کربناتی.
هنگامی که قلیاییت آب از سختی کل بیشتر باشد تمام سختی آب، سخت موقت است. در این شرایط میزان قلیاییت باقیمانده جزو سختی محاسبه نمی‌شود. می‌توان اینطور بیان کرد که تست KH میزان قلیاییت را 2 واحد اندازه‌گیری می‌کند، اما سختی کربناتی 1 واحد است؛ چرا که تنها 1 واحد برای تشکیل رسوب آهکی وجود دارد. این موارد در آب لوله کشی بسیار نادر هستند به همین دلیل در بیشتر اوقات به آن توجهی نمی‌کنیم. در بیشتر آب‌های آشامیدنی، KH با قلیاییت و سختی موقت برابر است. سختی دائمی نیز همان سختی است که حتی پس از جوشاندن هم در آب باقی بماند. در نتیجه سختی دائمی برابر است با سختی عمومی منهای سختی کربناتی.Permanent Hardness= GH− KH
به طور خلاصه، سه فاکتور مهم اندازه‌گیری شده در آبی که برای دم‌آوری قهوه استفاده می‌شود عبارتند از سختی کل آب (general hardness) یا GH، سختی موقت یا سختی کربناتی و میزان قلیاییت. میزان بالای سختی کل سبب می‌شود عطر و طعم نهایی قهوه کمتر نمایان شود و عصاره نهایی طعم شفاف و واضحی نداشته باشد. سختی موقت نیز می‌تواند سبب ایجاد رسوبات آهک شود. همچنین هرچه میزان قلیایی بودن آب بیشتر شود اسیدیته یا ترشی خوشایند در عصاره نهایی قهوه کمتر فرصت بُروز می‌یابد
منبع:
