L’acqua iperionizzata presenta uno stato iperionico, ovvero uno specifico equilibrio fisico-chimico che coinvolge la distribuzione degli ioni disciolti, le loro interazioni elettrostatiche, la loro solvatazione (interazione ione-molecola d’acqua) e i parametri elettrochimici (potenziale redox/ORP, attività ionica, ecc.).
Questo stato può essere alterato quando l’acqua viene fatta circolare attraverso sistemi di filtrazione progettati per l’acqua “convenzionale”, perché alcuni materiali filtranti non si limitano a trattenere le particelle: adsorbono, scambiano o riconfigurano gli ioni all’interfaccia solido/acqua. In questo caso, il filtro diventa un attore chimico in grado di neutralizzare lo stato iperionico.
Un filtro può fare molto di più che “filtrare”: alcuni materiali interagiscono con l’acqua e possono eliminarne gradualmente le proprietà.
Quando l’acqua entra in contatto con un solido, si forma un doppio strato elettrico (EDL):
Questa organizzazione dipende dalla forza ionica dell’acqua, definita da :
dove ci è la concentrazione molare dello ione i e zi la sua valenza.
La “dimensione” tipica della zona interfacciale elettrostatica è la lunghezza di Debye:
Interpretazione: quanto più l’acqua è ionizzata (grande I), tanto più λD è piccolo: gli effetti interfacciali sono molto localizzati ma molto intensi.
A contatto con un materiale, l'acqua si riorganizza in un sottile strato "elettrico".
Più ioni contiene l'acqua (ad esempio l'acqua di mare), maggiori sono questi effetti.
Il comportamento di uno ione in acqua è regolato dal suo potenziale elettrochimico:
L’attività è :
(γi coefficiente di attività, ci concentrazione)
Punto cruciale: vicino a una superficie, ψ ≠ 0 e la distribuzione ionica cambia. Se un mezzo filtra, adsorbe o scambia ioni, allora ci, γie quindi ai Questo sposta l’equilibrio che sostiene lo stato iperionico.
Alcuni materiali "attraggono" o "catturano" gli ioni: questo cambia l'equilibrio interno dell'acqua, un po' come la rimozione di ingredienti da una ricetta.
La sabbia filtrante (quarzo), le perle di vetro filtrante, la diatomite e molti altri supporti “minerali” correlati hanno superfici ricche di gruppi silanolo:
Questi gruppi si ionizzano a seconda del pH:
Quando la superficie trasporta ≡SiO-, diventa negativa e attrae i cationi:
La sabbia e il vetro non sono neutri: le loro superfici presentano cariche che attraggono gli ioni e alterano l'acqua che li attraversa.
Un letto filtrante (sabbia o vetro) combina :
Anche se l’interazione “per cm²” è bassa, l’effetto totale diventa dominante, perché la quantità di siti interfacciali è enorme.
La cattura interfacciale può essere rappresentata da una cinetica semplificata di tipo adsorbente (schematica):
Se la superficie totale è ampia, la capacità effettiva del filtro di “riorganizzare/catturare” aumenta notevolmente.
Maggiore è la superficie di contatto (sabbia fine, filtro di grandi dimensioni, circolazione continua), più l'acqua viene "ricondizionata" dai media... e più le sue proprietà diminuiscono.
La diatomite è altamente porosa e questo amplifica ulteriormente le interazioni con l'acqua, rendendola particolarmente sfavorevole.
Esempi schematici:
La zeolite agisce come una "spugna ionica": trasforma la chimica dell'acqua scambiando ioni.
Il carbone attivo ha un’area superficiale specifica molto elevata e adsorbe un gran numero di specie disciolte.
Due modelli classici:
Langmuir:
Freundlich :
L’adsorbimento rimuove le specie disciolte e sposta gli equilibri della soluzione.
Per uno stato iperionico che dipende da un equilibrio ionico/di solvatazione,
è strutturalmente sfavorevole.
Il carbone attivo è progettato per "aspirare" ciò che è disciolto. Tuttavia, per preservare un particolare stato dell'acqua, è necessario evitare un materiale che rimuova costantemente gli elementi.
Il potenziale redox segue (per una data coppia) :
Le superfici di carbonio possono favorire alcune reazioni di superficie (adsorbimento + trasferimento di elettroni), modificando localmente Q e quindi E.
Un supporto può anche influenzare l'equilibrio "ossidante/riduttivo" dell'acqua: questo può contribuire a destabilizzare lo stato desiderato.
Un mezzo filtrante “ad alte prestazioni chimiche” (adsorbimento, scambio ionico, superficie attiva, microporosità) non è neutro. L’acqua iperionizzata ha bisogno di un ambiente idraulico e filtrante che filtri senza ri-chemizzare.
I filtri che modificano maggiormente l'acqua (carbone, zeolite, silice) sono proprio quelli da evitare.
Le cartucce ai polimeri trattengono le particelle senza "catturare" gli ioni: conservano meglio l'acqua.
I filtri a fibre agiscono come un "setaccio fine" e rispettano meglio l'equilibrio dell'acqua.
Mezzi di filtrazione meccanica :
I filtri in acciaio inox sono perfettamente compatibili con la tecnologia Sublio.
Più alto è il contenuto salino dell'acqua (acqua di mare), più è necessario un filtraggio "neutro".
