האם מגנט יכול למנוע היווצרות אבנית?

כאשר מטיילים בארץ ישראל, בין אם בנחלי הצפון, או בהרי ירושלים והסביבה, רואים כי הארץ משופעת באבני וסלעי גיר – אלו האבנים בעלות הצבע הלבן האופייני. רוב חלוקי הנחל הלבנים, החצץ שמשמש לבנייה, ואפילו הפירמידות בגיזה עשויים סלעי גיר. מבחינה כימית מדובר בחומר פחמת הסידן (או קרבונט הסידן CaCO₃). ומה הקשר בין נופי הארץ לבין האבנית שבקומקום החשמלי? ובכן, האבנית שבקומקום מקורה בדיוק בסלעים הללו. נסביר: כאשר הגשם (מים, H₂O) יורד על הארץ הוא מתערבב עם הפחמן-הדו-חמצני (CO₂) שנמצא באוויר באופן טבעי, ויוצר חומצה פחמתית (H₂CO₃), לפי התגובה הכימית הבאה:
כאשר חומצה פחמתית נוגעת בסלע גיר, למשל כאשר המים זורמים בנחלים או כאשר מים מחלחלים דרך הסלעים למאגרי מי התהום (האקוויפרים), היא מצליחה להמיס אותו, לפי התגובה הכימית הבאה:
(aq- מסמל חומר מומס במים, s- מסמל מצב צבירה מוצק) אפשר לאחד את שתי התגובות הכימיות הנ"ל לתגובה אחת כוללת:
או, במילים, מים עם פחמן דו-חמצני מצליחים להמיס סלע גיר. התוצאה – מים עשירים בסידן המגיעים אלינו לברזים בבית. מים אלו יוצרים שתי בעיות: האחת- יון הסידן פוגע בפעולתם של סבונים: הוא מגיב עם החומרים פעילי השטח שבסבון ו'מנטרל' אותם על ידי יצירת משקע מוצק (שאינו יכול יותר להקציף ולנקות). הבעיה השנייה – היא יצירת אבנית בעת חימום של המים. כאשר מחממים את מי הברז, הפחמן הדו-חמצני שהיה מומס בהם מתנדף לחלוטין (כמו בכוס קולה שנשארה מחוץ למקרר והתחממה), ומתרחשת התגובה הכימית ההפוכה לזו שהמיסה את סלע הגיר, תגובה הגורמת לשיקוע של גיר:
הסלע גיר הזה ששוקע, הוא האבנית, ומעניין שהסלע ששוקע לנו בקומקום הוא למעשה סלע הגיר מנחלי הצפון שפשוט נמס בזמן שהמים זרמו על ידו.
אם-כך, אבנית היא חומר ממשי שקיים במים, הוא פשוט קיים בצורה מומסת ולכן לא רואים אותו עד שהמים מורתחים והוא שוקע. מכאן- ברור מאליו שהשיטה היחידה למנוע אבנית היא לסלק את החומר מתוך המים, זהו פשוט הגיון פשוט. חומר לא יכול להעלם מעצמו (כך גם קובע חוק שימור החומר). כדי לסלק את האבנית השיטה המודרנית ביותר היא להשתמש במחליפי יונים – שפשוט מצליחים לסלק את יוני הסידן מתוך המים על ידי החלפתם ביונים אחרים: כמו יונים של נתרן שהמלחים שלו לא שוקעים עם החימום. אם תהיתם פעם מה תפקידו של המלח להברקה שצריך להוסיף במקום מיוחד במדיח הכלים: ובכן במדיחי הכלים המודרניים יש מחליף יונים מובנה, מלח הבישול (נתרן כלורי) נועד למחזר את מחליף היונים בתחילת כל הפעלה (לספק לו יוני נתרן חדשים להחלפת יוני הסידן), ועל ידי כך להבטיח גם פעילות טובה של חומרי הניקוי, גם שמירה על גופי החימום של המדיח מפני הצטברות אבנית וגם מניעת סימני משקע אבנית לבנים על הכלים.

ומה לגבי מגנט?
כפי שכתבתי, כיוון שאבנית היא חומר שממש מומס בתוך המים, שום דבר פרט להוצאת החומר לא יכול באמת למנוע אותה. בעקבות הטענות מצד גופים מסחריים על כך שמגנט מסוגל 'למנוע אבנית' נעשו בשנים האחרונות מספר מחקרים מדעיים על הנושא. לחצו כאן למאמר, באנגלית, משנת 1996, שבדק השפעת שדות מגנטיים על היווצרות אבנית (צריך להיות מנוי על העיתון בכדי לראות את כל המאמר) או לחצו כאן למאמר של Kobeושותפיו משנת 2002 על הנושא או לחצו כאן למאמר של Botello-Zubiateושותפיו משנת 2004 (כל שלושת המאמרים פורסמו בעיתונים מדעיים ועברו בחינה וביקורת על ידי מספר צוותים של מדענים אחרים, כך שהתוצאות בהם יכולות להחשב כאמינות).

החדשות הרעות – בכל המחקרים, למרות הטיפול במים במגנט שוקעת אבנית, ובאותה כמות, עם חימום המים. אבל כן ישנה השפעה של המגנט: המאמר הראשון מראה, שאם יש מגנט בעת חימום המים (למשל מגנט בתוך הקומקום) האבנית נוטה פחות להיווצר על המגנט, ובנוסף כאשר מסתכלים על גבישי האבנית במיקרוסקופ, רואים שאלו שליד המגנט יותר גדולים.

גבישים בגודל שונה, בשורה העליונה הגבישים שנוצרו במים ללא שדה מגנטי, בשורה התחתונה - עם. התמונות נלקחו מתוך המאמר הראשון, של L. Pach, S. Duncan, R. Roy and S. Komarneni מתוך J. Materials Science Letters 15, 613-615

המאמר השני בדק את סוג גבישי האבנית שנוצרים, אבל שוב, הבדיקה נעשתה כאשר יש מגנט נוכח בתוך המים, כך שזה פחות רלוונטי ל'סנני מגנט' ביתיים שבהם המים רק זורמים לרגע קצרצר ליד המגנט. המאמר השלישי בדק משהו יותר דומה למסננים – המים רק זרמו ליד מגנט, ואח"כ האבנית נבדקה. מסתבר שישנם שני סוגים של גבישים של אבנית, השונים זה מזה בצורה החיצונית: האחד הוא קלציט (calcite) והשני ארגוניט (aragonite) (לשניהם אותו מבנה כימי, רק צורת גביש שונה). לקלציט צורה של קובייה, ולארגוניט צורה של מחטים (ראו תמונה). הארגוניט פחות נוטה להידבק לעצמים אחרים, כלומר האבנית שלו יותר 'מרחפת' במים לעומת הקלציט – שנדבקת לדפנות הקומקום.

גביש סידן פחמתי מסוג ארגוניט, דמויי מחט (תמונה באדיבות ויקיפדיה)

המחקר מצא – שהמגנט מצליח לשנות את היחס בין הקלציט לארגוניט, אם במים רגילים, ללא טיפול יש 18% ארגוניט, אז אחרי הטיפול האחוז של האבנית-ארגוניט עלה ל 35%~. (אבל עדיין רוב האבנית היא קלציט, מהסוג ששנדבק), וגם בחדשה טובה זו יש הסתייגות: האפקט הושג רק לאחר שהמים עמדו במנוחה (זמן אינקובציה) בכלי לפחות 15 שעות (!) לאחר הטיפול, כלומר כדי להשיג את האפקט (שכאמור לא מסלק את האבנית, אלא רק משנה את אופיו של מיעוט מהחומר) על המים היה לעמוד. בהתחשב בזה, אפילו האפקט המדווח לא צפוי להימצא במסנני מים מגנטיים – כי הם לרוב נמצאים סביב צינור המים, והמים עוברים בהם במהירות רבה ביותר, ומיד משתמשים בהם ללא זמן מנוחה, אך כדי להיות בטוחים בכך ב100% גם את זה צריך לבדוק, ולמזלנו, גם זה נבדק בדיוק: כבר בשנת 1985 פרופ' דוד חסון מהמחלקה להנדסה כימית בטכניון בדק מה ההשפעה הריגעית של 'סנן מגנט' מסחרי על אבנית בתוך צינור מים, לאחר שימוש מדוייק על פי הוראות היצרן (לחצו כאן לקישור למאמר) והתוצאה: אפס, למגנט לא הייתה שום השפעה על היווצרות האבנית בתנאים כאלו.
לסיכום הטענה ש'מגנט מונע יצירת אבנית' היא פשוט 'קישקוש' שנובע מבורות (במקרה הטוב) או נוכלות (במקרה הרע). הדבר היחיד שניתן לומר הוא שבתנאים מאוד מסויימים (כאשר המים עומדים במנוחה מספר שעות אחרי חשיפה לשדה מגנטי חזק) – ישנו שינוי קל במבנה הגבישי של האבנית, שינוי שלא בא לידי ביטוי כאשר המים סתם חולפים ריגעית ליד מגנט כמו בסננים מגנטיים. במאמר מוסגר נאמר – שאם הם היו יעילים, מפעלים ומכבסות פשוט היו שמים מגנט על הצינור במקום להוציא כספים רבים על סילוק האבנית מתוך המים...

שימו לב - מידע חשוב נוסף בנושא - נמצא בפורום השאלות מתחת לכתבה.

מאת: ד"ר אבי סאייג
המחלקה לנוירוביולוגיה ומכון דוידסון לחינוך מדעי
מכון ויצמן למדע

הערה לגולשים
אם אתם חושבים שההסברים אינם ברורים מספיק או אם יש לכם שאלות הקשורות לנושא, אתם מוזמנים לכתוב על כך בפורום. אנו נתייחס להערותיכם. הצעות לשיפור וביקורת בונה תמיד מתקבלות בברכה.