Opis parametrów wody: kwasowość, zasadowość, twardość

Fizyczne i chemiczne parametry wody

Środowisko wodne charakteryzują pewne parametry zarówno fizyczne jak i chemiczne wpływające na produktywność zbiorników wodnych.

Do parametrów fizycznych zalicza się m.in.

* lepkość
* mętność
* przenikliwość

O wiele większe znaczenie z punktu widzenia analitycznego mają czynniki chemiczne wpływające na jakość wód określane odpowiednimi parametrami takimi jak:

* kwasowość
* zasadowość
* twardość wody

Kwasowość jest to zdolność wody do zobojętniania dostarczanych do niej mocnych zasad. Kwasowość może być wynikiem obecności w niej wolnego, czyli rozpuszczonego CO2, słabych kwasów organicznych (humusowych) oraz soli ulegających w wodzie hydrolizie z odczynem kwaśnym np. soli żelaza i glinu.

Z kolei zasadowość to zdolność wody do zobojętniania mocnych kwasów mineralnych. Właściwość tę nadają wodzie zawarte w niej węglany i wodorowęglany, wodorotlenki oraz występujące w mniejszych stężeniach ? krzemiany, borany, fosforany, amoniak i zasadowe związki organiczne. 9
Wody naturalne w zależności od swojego odczynu mogą jednocześnie wykazywać kwasowość i zasadowość, dotyczy to głównie wód o wysokiej twardości węglanowej i dużej zawartości CO2.

Jeszcze jednym ważnym parametrem chemicznym jest twardość, właściwość polegająca na zużywaniu pewnych ilości mydła bez wytwarzania piany podczas wytrząsania próbki z mydłem. Właściwości te nadają wodzie jony wapnia, magnezu, glinu, żelaza i innych ciężkich kationów, które tworzą z mydłem dodawanym do wody, nierozpuszczalne mydła wapnia, magnezu, żelaza itd.

Podczas wytrząsania piana zaczyna się tworzyć dopiero wówczas, gdy nastąpi całkowite ich strącenie. Ilość zużytego mydła do chwili pojawienia się piany charakteryzuje stopień twardości wody.

Twardość wody zależy głównie od jonów wapnia i magnezu, ponieważ w wodach naturalnych jony innych metali występują w znikomych ilościach.

W badaniu chemizmu wody wyróżnia się 3 rodzaje twardości wody:

* ogólną (Two) - odpowiada ona całkowitej zawartości jonów wapnia i magnezu oraz innych jonów metali powodujących twardość wody
* węglanową (Tww) - odpowiada zawartości wodorowęglanów, węglanów i wodorotlenków wapnia i magnezu, zwana jest ona również twardością przemijającą, ponieważ podczas gotowania wody zanika. Wytrącają się wówczas osady węglanu wapnia (tzw. kamień kotłowy) oraz węglanu magnezu.
* niewęglanową (Twn) - stanowi różnicę między Two a Tww i określa zawartość chlorków, siarczanów i innych nierozpuszczalnych soli.

Twardość wody podaje się w stopniach twardości wody (tzw. stopniach niemieckich) lub w miliwalach (mVal) jonów wapnia i magnezu na 1dm3 wody.

Nie żebym się czepiał, ale może ktoś chciałby zrozumieć to bardziej dogłębnie...
Na początku drobiazgi:

Piotr Baszucki napisał(a):...niewęglanową (Twn) - stanowi różnicę między Two a Tww i określa zawartość chlorków, siarczanów i innych nierozpuszczalnych soli.

Oczywiście klasyczna literówka i chodzi o sole rozpuszczalne.

Podobnie za kwasowość odpowiadają też mocne kwasy, niekiedy obecne w wodzie.

Może ktoś byłby ciekawy skąd się wzięła nazwa, że woda jest twarda i dalej "twardość wody".... Otóż historycznie mydła były jednymi z pierwszych środków powierzchniowo czynnych stosowanych w przemyśle włókienniczym do mycia. I woda "twarda" wzięła się stąd, że taka woda, wskutek wspomnianej reakcji mydła z solami wapnia, magnezu, żelaza itd. powodowała powstawanie twardej skorupki ma pranym materiale. Skoro materiał robił się "twardy", to i woda musiała być twarda.
Pierwszą metodą oznaczania twardości była więc reakcja z mydłem. Standaryzowane mydło do badań twardości to tzw. mydło sodowe Clarka, które oczywiście jest już historią. Dzisiaj mydła stanowią mieszany różnych substancji, często innych niż "historyczne mydła" więc nie muszą one powodować wytrącania się osadów w twardej wodzie. Obecnie twardość wyznacza się też innymi metodami niż "metodą mydlaną ".

Przy opisie rodzajów twardości należy też wspomnieć, że twardość węglanowa i twardość przemijająca nie są synonimami. Pewne inne niż wodorowęglanowe sole wapnia i magnezu obecne w wodzie również ulegają termicznemu rozpadowi z obniżeniem twardości i wytrąceniem osadu. Oczywiście twardość węglanowa prawie zawsze jest najważniejszą pozycją w twardości przemijającej i stąd często ludzie traktują te pojęcia jako tożsame.

Wydawałoby się więc, że wygotowanie wody pozwoli usunąć całkowicie twardość węglanową (w sensie, że jest to twardość przemijająca) i odpowiadającą liczbowo twardość ogólną. Tak niestety nie jest. Nie będę się tu wdawał w szczegóły "chemiczne", ale zwykle uzyskuje się spadek TwW od 40-90% w zależności od sposobu gotowania i oziębiania. Tym niemniej dla małych baniaczków jest to metoda warta uwagi.

Sposobów podawania jednostek twardości jest kilkanaście, z czego kilka popularnych. My podajemy zwykle w stopniach niemieckich, ale przez to możemy się nie dogadać np. z francuzami, anglikami, którzy stosują własne systemy. Jednostka która wyglądała na uniwersalną, oparta na tzw. gramorównoważnikach (val) jest jednostką stosowaną powszechnie w Polsce w laboratoriach, ale dosyć dziwną po wycofaniu pojęcia gramorównoważnika z chemii. Pojęcie usunięto ponieważ wprowadzało wiele zamieszania i niezrozumienia. W oznaczaniach twardości nie zmieniono jednak jednostki na mole i stosuje się jednostkę, której oficjalnie "nie ma" - to taka ciekawostka.

Inna sprawa związana ze sposobem wyznaczania twardości:
1. twardość ogólną wyznacza się w sposób bezpośredni. Pomiar polega na tym, że istnieją barwniki, które tworzą kompleksy o innej barwie z jonami metali (wapń, magnez itp.) niż w postaci czystej. Taki barwnik dodany do twardej wody zmienia swoją barwę z np. niebieskiej lub zielony na różową. Następnie dodaje się odczynnik (zwykle EDTA), który dużo mocniej wiąże jony metali niż barwnik a więc zabiera go barwnikowi. W momencie, gdy brakuje już dostępnych dla barwnika jonów metalu barwnik odzyskuje swój naturalny kolor. Wtedy łatwo policzyć zawartość jonów metali i przeliczyć na jednostki twardości. Testy firmowe są tak skonstruowane, że przeliczanie jest niejawne. Zwykle liczba dodanych kropel (np. wspomnianego roztworu EDTA) powodująca zmianę barwy roztworu oznacza wartość twardości wody.
2. twardość węglanowa. Tutaj sprawa jest gorsza. Tak na prawdę to w testach wyznacza się zasadowość wody i przelicza na odpowiadającą jej twardość wody (przyjmując, że za zasadowość odpowiedzialne są wodorowęglany wapnia i magnezu). Robi się to poprzez dodawanie kwasu w obecności wskaźnika pH.
Może się jednak zdarzyć, że założenie: "za zasadowość odpowiedzialne są wodorowęglany wapnia i magnezu) nie jest prawdziwe. Wtedy można uzyskać pozorną herezję, że: TwW > TwO. Oczywiście TwW jest zawsze mniejsze lub równe TwO, ale w teście mierzymy co innego i taka sytuacja, że źle interpretujemy wyniki testu może mieć miejsce. A kiedy? Wtedy, gdy za zasadowość odpowiadają inne związki np. wodorowęglan sodu. Będzie to więc np. dla:
a) wody po przejściu przez kationit sodowy. Niby kationit wyłapuje jony wapnia i magnezu a TwW nie spada w istotny sposób. Dlaczego? Bo z wodorowęglanu wapnia powstaje wodorowęglan sodu, który identycznie reaguje z kwasem (odczynnikiem używanym do oznaczania twardości węglanowej).
b) niektórych wód z ujęć domowych, wód mineralnych itp. Niektóre wody mineralne (szczawy) zawierają wręcz "kosmiczną twardość" węglanową przy znikomej twardości ogólnej.
c) pewnych wód zmiękczanych fosforanami (fosforany stanowią podobny bufor jak węglany i są "wyłapywane" przez testy na zasadowość).

Witam,
wypada tylko podziękować za ten temat, a szczególnie uzupełnienie "zulix"-a, o twardości węglanowej i metodzie pomiaru - to rzeczywiście wiele wyjaśnia! Dla chemika pewnie to truizm, ale dla akwarystów nie mających z chemią kontaktu to "nowość" .

Przepraszam, że odkopuję ten temat, ale męczy mnie jedna kwestia na którą nigdzie nie mogę znaleźć odpowiedzi.

Woda której chcę używać do akwa to
GH - 4
KH - 14
Ph - 7.2
Woda zmiękczana jest przez monosferyczne złoże jonowymienne - jakaś żywica.
Z tego co pisał Zulix to test Zooleka oddziaływuje w tym przypadku na wodorowęglan sodu który powstaje po "rozbiciu" Ca i Mg.

Według tabelki zależności pomiędzy Kh + Ph + Co2, mając KH na poziomie 14, mogę zejść z Ph do 7.1. Poniżej tej wartości będzie za dużo Co2 i poduszę rybki.
Mało tego, według tej samej tabelki można wyciągnąć wniosek, że nie ma co podawać co2 bo w wodzie kh = 14 i ph 7.2 ilość Co2 jest prawie idealna...

No i moje pytanie.
Czy dla dozowania Co2 w akwarium mogę przyjąć, że KH jest równe bądź niższe od Gh, a to co jest ponad GH to węglowodoran sodu i się nim nie przejmować ?

Będę bardzo wdzięczny za pomoc.

k0zz napisał(a):Z tego co pisał Zulix to test Zooleka oddziaływuje w tym przypadku na wodorowęglan sodu który powstaje po "rozbiciu" Ca i Mg.

Nie za bardzo rozumiem Podaj proszę cytat, gdzie tak jest napisane, pytam z ciekawości

k0zz napisał(a):Według tabelki zależności pomiędzy Kh + Ph + Co2, mając KH na poziomie 14, mogę zejść z Ph do 7.1. Poniżej tej wartości będzie za dużo Co2 i poduszę rybki

W praktyce im mniej CO2 tym lepiej.

k0zz napisał(a):Mało tego, według tej samej tabelki można wyciągnąć wniosek, że nie ma co podawać co2 bo w wodzie kh = 14 i ph 7.2 ilość Co2 jest prawie idealna...

Zły wniosek. Woda bez dozowania CO2 zawsze będzie miała stężenie równowagowe do ilości tegoż gazu w powietrzu, czyli można przyjąć, że mniej więcej 1-1,5ppm (zazwyczaj bez dozowania z tabelki wychodzi ok. 3ppm i wynika z obecności innych substancji). Woda w kranie ma takie pH (i tyle CO2), bo jest pod ciśnieniem (prawo Henry'ego).

k0zz napisał(a):Czy dla dozowania Co2 w akwarium mogę przyjąć, że KH jest równe bądź niższe od Gh, a to co jest ponad GH to węglowodoran sodu i się nim nie przejmować ?

Zupełnie nie rozumiem tego wniosku. Oczywiście to nieprawidłowy pomysł, ale czy mógłbyś objaśnić skąd Ci to przyszło do głowy? Może będę mógł wytłumaczyć dokładniej to, czego nie zrozumiałeś.

Z racji mojej małej wiedzy czasami te moje skróty myślowe mnie gubią. Żeby było jasne, nie polemizuję z Zulixem, staram się jego wiedzę zrozumieć i zastosować.

Zulix pisze, że testy na TwW nie oddziałują tylko na węglany wapnia i magnezu. Działają również na wodorowęglan sodu. Czyli jeśli zmiękczymy wodę kationitem sodowym to w wodzie nie mamy węglanów Ca czy Mg więc TwO = 0, ale po takim zmiękczeniu test pokaże TwW większe niż TwO dlatego, że weźmie pod wagę wodorowęglan sodu.

Tak rozumiem Zulixa który napisał :
"...Dlaczego? Bo z wodorowęglanu wapnia powstaje wodorowęglan sodu, który identycznie reaguje z kwasem (odczynnikiem używanym do oznaczania twardości węglanowej). ..."

I to o co mi konkretnie chodziło.

Chcę zbić Ph do 6.8.
Mam Gh = 4
Mam wodę z Kh = 14 i wiem że to kh to wodorowęglan sodu.
Żeby zbić Ph do 6.8 przy kh = 14 muszę podać tak dużo Co2, że poduszę ryby.
Czy Kh które jest wynikiem wysokiego wodorowęglanu sodu i zerowego wapnia i magnezu działa tak samo jak Kh którego wynikiem jest wysoki Mg i Ca ? Czyli innymi słowy, czy poduszę ryby jeśli dam tyle Co2, aby ph spadło do 6.8 ?

Na forach natknąłem się na informację, jeśli Kh > niż Gh to przyjmij, że Kh = Gh.
Jeśli tak to przyjąć to przy powyższych parametrach spokojnie mogę gazować do Ph=6.8 a ryby będą bezpieczne.

Czy dobrze to rozumiem ?

Żeby być dobrze zrozumianym.
Chcę mieć Ph 6.8 / Gh < 10 / Kh < 9. Do tej pory płaciłem za RO i sam sobie ją mineralizowałem i wszystko jest ok.
Ale pojawiła się opcja aby mieć za darmo wodę po zmiękczeniu Gh = 4 i Kh = 14.
Kh = 14 nie pozwala na Ph = 6.8. Ale to Kh to węglowodór sodu, więc pomyślałem sobie, że jeśli Kh jest zawsze mniejsze bądź równe GH to nie ma się co przejmować i tak naprawdę mam za darmo wodę Kh = 4 / Gh = 4 Przy pomocy Co2 ustabilizuję ph na poziomie 6.8 i nie będę musiał płacić za RO

k0zz napisał(a):Zulix pisze, że testy na TwW nie oddziałują tylko na węglany wapnia i magnezu. Działają również na wodorowęglan sodu. Czyli jeśli zmiękczymy wodę kationitem sodowym to w wodzie nie mamy węglanów Ca czy Mg więc TwO = 0, ale po takim zmiękczeniu test pokaże TwW większe niż TwO dlatego, że weźmie pod wagę wodorowęglan sodu.

Ale przeczytaj dokładnie wypowiedź Zulixa To nie TwW jest większa od TwO. Nie może tak być. Większa jest zasadowość, która dodaje do TwW jeszcze wodorowęglany sodu i potasu.

k0zz napisał(a):Tak rozumiem Zulixa który napisał :
"...Dlaczego? Bo z wodorowęglanu wapnia powstaje wodorowęglan sodu, który identycznie reaguje z kwasem (odczynnikiem używanym do oznaczania twardości węglanowej). ..."

Nie doczytałem, że Twoja wypowiedź odnosiła się stricte do działania kationitu sodowego, na którego powierzchni taka wymiana rzeczywiście zachodzi. Teraz wszystko jasne

k0zz napisał(a):Mam wodę z Kh = 14 i wiem że to kh to wodorowęglan sodu.

Nie, wcale tak nie jest. Masz i wodorowęglany sodu i wapnia i magnezu, a być może jeszcze potasu. Musi tak być, ponieważ woda ta posiada mierzalną twardość.

k0zz napisał(a):Czyli innymi słowy, czy poduszę ryby jeśli dam tyle Co2, aby ph spadło do 6.8 ?

Czy podusisz to nie wiadomo, zależy od tego jakie to ryby, jaka ilość tlenu i pewnie kilku pomniejszych czynników. Na pewn CO2 dozowane niezależnie od ilości dobrze rybom nie robi.

k0zz napisał(a):Na forach natknąłem się na informację, jeśli Kh > niż Gh to przyjmij, że Kh = Gh.
Jeśli tak to przyjąć to przy powyższych parametrach spokojnie mogę gazować do Ph=6.8 a ryby będą bezpieczne.

Nie nie, absolutnie nic takiego nie zachodzi. Bardzo dobrze więc, że tutaj zapytałeś.

k0zz napisał(a):Chcę mieć Ph 6.8 / Gh < 10 / Kh < 9. Do tej pory płaciłem za RO i sam sobie ją mineralizowałem i wszystko jest ok.
Ale pojawiła się opcja aby mieć za darmo wodę po zmiękczeniu Gh = 4 i Kh = 14.
Kh = 14 nie pozwala na Ph = 6.8. Ale to Kh to węglowodór sodu, więc pomyślałem sobie, że jeśli Kh jest zawsze mniejsze bądź równe GH to nie ma się co przejmować i tak naprawdę mam za darmo wodę Kh = 4 / Gh = 4 Przy pomocy Co2 ustabilizuję ph na poziomie 6.8 i nie będę musiał płacić za RO

Jest jeszcze opcja zbijać KH kwasem, niemniej zwiększa się wtedy przewodność, a tutaj potrzeba by zbić naprawdę sporo. To sposób lepszy, gdy potrzeba zbić KH niewiele.

Czyli chcąc uzyskać moje parametry najlepiej będzie jednak kupić filtr RO...
Wtedy jest po prostu wszystko jasne...

Dzięki za odpowiedź

... bądź też demineralizować wodę kombinacją kationit-anionit.