Уксус не растворяет накипь в чайнике — химик объяснила, какая кислота нужна и почему уксусная работает только при одной температуре

Что такое накипь и почему она такая прочная

Накипь — это не просто «грязь» и не минеральные соли в бытовом смысле слова. Это преимущественно карбонат кальция (CaCO ) с примесями карбоната магния и сульфата кальция. Карбонат кальция — то самое вещество, из которого сложены мел, мрамор и известняк. Когда жёсткая вода нагревается, растворённые гидрокарбонаты кальция и магния разлагаются и выпадают в виде твёрдого осадка прямо на стенках и нагревательном элементе. Об этом рассказала сотрудник лаборатории кафедры биоинженерии МГУ Арина Пискарева.

Эта структура кристаллически плотная. Именно поэтому накипь так сложно соскрести механически — и именно поэтому её принято растворять кислотой. Кислота вступает в реакцию с карбонатом кальция, образуя растворимые соли, воду и углекислый газ — тот самый характерный шип и пузырьки, по которым можно судить, что реакция идёт.

Почему уксус работает плохо — и при какой температуре всё же работает

Уксус — это раствор уксусной кислоты (CH COOH) с концентрацией от 6 до 9% в случае столового варианта. Уксусная кислота действительно реагирует с карбонатом кальция. Но здесь начинается главная проблема: она слабая кислота в строгом химическом смысле. Это означает, что в водном растворе она лишь частично диссоциирует на ионы — а именно свободные ионы водорода H непосредственно разрушают кристаллическую решётку накипи.

При комнатной температуре реакция идёт крайне медленно — настолько медленно, что практического эффекта почти нет. Картина меняется при нагреве. Химические реакции в целом ускоряются с повышением температуры, и растворение накипи уксусом — не исключение. Оптимальный диапазон — около 60—70 °C: при этой температуре скорость реакции заметно возрастает, уксусная кислота активнее атакует карбонат кальция, и процесс становится видимым. Именно поэтому правильная инструкция по применению уксуса выглядит так: довести воду с уксусом до кипения, выключить и дать постоять 30—40 минут. Большинство людей просто заливают холодный уксус и ждут — и, разумеется, почти ничего не происходит.

Однако есть ещё одно ограничение. При температуре выше 80—85 °C уксусная кислота начинает активно испаряться — её концентрация в растворе падает, а вместе с ней падает и эффективность. Фактически существует температурное окно шириной около 15—20 градусов, в котором уксус работает приемлемо. Промахнуться мимо него легко, и большинство людей именно это и делают.

Какая кислота справляется по-настоящему

Химики и производители бытовой химии давно нашли более эффективные решения. Вот кислоты, которые действительно растворяют накипь:

• Лимонная кислота — самый безопасный и распространённый вариант. Более сильный кислотный агент, чем уксус, не имеет резкого запаха, не испаряется при кипении. 1—2 столовые ложки на литр воды, довести до кипения — и накипь сходит за 15—20 минут.
• Щавелевая кислота — входит в состав многих профессиональных средств для удаления накипи. Эффективна, но требует осторожности при работе.
• Сульфаминовая кислота — используется в промышленных очистителях. Отлично растворяет карбонат кальция без повреждения металлических поверхностей.
• Соляная кислота — самая мощная из доступных, реакция с накипью идёт мгновенно, но работа с ней требует защитных средств и хорошей вентиляции.

Почему лимонная кислота выигрывает у уксуса

Лимонная кислота — многоосновная органическая кислота, и это меняет всё. Одна молекула лимонной кислоты способна отдать сразу три иона водорода, тогда как уксусная — только один. Это означает, что при равных концентрациях лимонная кислота создаёт в растворе значительно большее количество активных ионов H . Кроме того, лимонная кислота образует с кальцием растворимый комплекс — цитрат кальция, — что дополнительно вытягивает ионы кальция из кристаллической решётки накипи. Это двойной удар: и кислотная атака, и хелатирование.

При этом лимонная кислота не испаряется при нагреве, сохраняет концентрацию на протяжении всего процесса и не оставляет ни запаха, ни вкуса — что критически важно для чайника.