Chemia wody twardość, zasadowość kwasowość cz. III
Pojecie twardości wody pochodzi z nazewnictwa ludowego i zostało stworzone do określenia zjawisk zachodzących podczas korzystania z wody dla celów gospodarczych. Woda „miękka” nie zostawiała osadu w garnkach, a wystarczyło użyć niewiele mydła, by wytworzyć obfitą pianę. Woda „twarda” pozostawiała w garnkach kamienny osad, a mydło źle się pieniło i pozostawiało klejące, maziowate osady. Ze względu na dość ścisłą zależność w naturalnych wodach słodkich pomiędzy twardością a ogólnym zasoleniem, pomiar twardości, obok pomiaru odczynu, jest czynnikiem podstawowym, określającym jakość wody. Twardość wody powodują rozpuszczone w niej sole wapnia i magnezu – głównie w postaci kwaśnych węglanów Ca i Mg – częściowo zaś w postaci siarczanów, chlorków, azotynów i azotanów tych pierwiastków. Twardość wody jest ściśle powiązana z kwasowością i zasadowością. Czynniki te zasadniczo decydują o warunkach dla życia w wodzie. Od nich zależy zjawisko osmozy, procesy fizykochemiczne w organizmach i wiele innych zjawisk, warunkujących życie. Większość akwarystów zna dobrze sposoby pomiaru twardości i odczynu wody, ale nie rozumie tych zjawisk, a publikowane dane o wodach niektórych jezior afrykańskich całkowicie zbijają ich z tropu. Dzieje się to dlatego, iż różni autorzy popularnych artykułów o wodzie w akwarystyce, w sposób niedostateczny opisują te sprawy. Często przyczyną wadliwości tych artykułów jest brak miejsca na łamach i wynikające z tego powodu, nieuniknione skróty tekstu. Aby uniknąć tych niedomogów, niniejszy cykl, pod wspólnym tytułem – „Chemia wody”, składać się będzie aż z 20 odcinków. Twardość wody dzielimy na stałą i przemijającą. Dla celów praktycznych wprowadzono także klasyfikację twardości wody, którą bardzo często stosuje się w akwarystyce dla określenia pewnego przedziału twardości. Od roku 1964 obowiązującą w Polsce jednostką twardości jest milival, ale jednostką powszechnie stosowaną w akwarystyce jest niemiecki stopień twardości, oznaczany jako 1°n. W literaturze z lat przedwojennych można spotkać się także ze stopniami francuskimi, angielskimi, amerykańskimi, czasami także ze stopniem polskim (niezalegalizowanym).
Według przyjętej klasyfikacji twardości, istnieje następujący podział: 0°-4° * woda jest bardzo miękka 4°-8° woda jest miękka 8°-12° woda jest średnio twarda 12°-18° woda jest prawie twarda 18°-30° woda jest twarda ponad 30° woda jest bardzo twarda
Spotykane w naszym czasopiśmie określenia „woda twarda”, „woda miękka” w zdecydowanej większości są błędne i piszący powinni posługiwać się wyżej podaną klasyfikacją, lub podawać konkretną wielkość w stopniach lub milivalach. W wodach słonawych, słonych, i w wodach o specyficznym składzie jak na przykład wody niektórych jezior afrykańskich, zależność między twardością a ogólnym zasoleniem jest bardzo różna – i dlatego oprócz wyżej podanych pomiarów, zachodzi konieczność dokonywania co najmniej dodatkowego pomiaru przewodnictwa wody. Czasami trzeba jeszcze określać zawartość dwutlenku węgla, azotynów, sodu itd. Sposoby i cel oznaczania oraz niezbędne opisy (a szczególnie wskazówki do samodzielnego wykonania na bazie krajowych części różnych przyrządów, jak konduktometrów – czyli solomierzy, przyrządów do wprowadzania CO2 do wody akwaryjnej itp.) odpowiednich przyrządów zostaną omówione również w tym cyklu. Podam też, gdzie można kupić odpowiednie części do zbudowania takich przyrządów.
Również dla wód preparowanych przez akwarystów, przez tak zwane „utwardzanie” lub „zmiękczanie”, trzeba dokonywać wiele dodatkowych pomiarów, by czasami „woda odsolona”, z pływającymi w niej paletkami, nie przypominała raczej zawartości beczki z zasolonymi śledziami!
Przy dokonywaniu pomiarów różnych parametrów, bardzo ważne jest jakimi posługujemy się metodami i jakich używamy odczynników i przyrządów. Należy przeto stosować tylko to, co zostało opisane w publikacjach Polskiego Komitetu Normalizacji i Miar, lub w podręcznikach akademickich, bądź w elaboratach naukowych. Z tego też powodu należy, dla uzupełnienia swoich wiadomości, korzystać z tychże wydawnictw.
Z chemią wody ściśle powiązana jest biologia ryb – na przykład rozwój embrionalny ryb.
Twardość wody możemy również dzielić na węglanową i niewęglanową. Podział ten odpowiada twardości przemijającej i stałej. Podczas lektury niniejszych wynurzeń należy zwrócić baczną uwagę na powtarzające się nazwy związków chemicznych, albowiem zapamiętanie ich znacznie ułatwi zrozumienie ścisły zależności pomiędzy twardością, zasadowością i kwasowością.
twardość węglanowa wywoływana jest obecnością wodorowęglanów, węglanów i wodorotlenków wapnia i magnezu. Twardość niewęglanową nadają wodzie wszelkie pozostałe sole wapnia i magnezu – takie, jak chlorki, siarczany, krzemiany itp. W zależności od kationów rozróżnia się także podział twardości ogólnej na twardość wapniową i magnezową. Sole, nadające wodzie twardość, nie są szkodliwe dla ryb, jednakże ich nadmiar lub niedobór uniemożliwia prawidłowy przebieg wielu zjawisk i w ten właśnie, pośredni sposób, szkodzi rybom. Pamiętać trzeba, że każda ryba wykazuje mniejszą lub większą tolerancję gatunkową na chemiczny skład wody; hodowca musi w akwarium stworzyć rybie ściśle określone – dla danego gatunku – korzystne warunki.
Twardość słodkich wód naturalnych wynosi od kilku do kilkunastu miiivali na dcm³, czyli od około 3 do prawie 30°n, zwykle jednak mieści się w naszych warunkach w granicach od 4 do 15°n. Stosowana obecnie w Polsce jednostka do oznaczenia twardości oparta jest na gramorównoważniku, inne na odpowiednich związkach. Ilustruje to poniższa tabela.
Tabela przeliczeń twardości
Stopień twardości
mval/ /dcm³
Stopnie twardości wody
polski
niemiecki
francuski
angielski
amery- kański
10mg Ca/ /dm³
10mg CaO/ /dm³
10mg CaCO3/ /dm³
100mg CaCO3/ /galon
1 mg CaCO3/ /dm³
mval/dcm³
1,00
2,8
5,00
3,50
50
niemiecki
0,357
0,714
1,00
1,79
1,25
17,9
francuski
0,200
0,56
1,00
0,70
10
angielski
0,286
0,80
1,43
1,00
14,3
amerykański
0,02
0,056
0,10
0,07
1,00
polski
0,5
1,00
1,399
2,49
1,75
24,9
Bardzo istotną rolę w wodzie akwarystycznej odgrywa dwutlenek węgla. Ze względu na jego ważność, zostanie on omówiony w oddzielnym odcinku.
Zasadowość jest właściwością wody, spowodowaną obecnością węglanów, vodorowęglanów i wodorotlenków, w połączeniu z dowolnymi kationami. W wodach naturalnych zawarty jest przeważnie tylko jon HCO3. Odczyn dla naszych naturalnych wód słodkich waha się w granicach pH 6,8-7,3. Większe odchylenia od pH 7 mogą świadczyć o zanieczyszczeniu wód ściekami. Odczyn, pod względem sanitarnym, nie ma znaczenia, natomiast w akwarystyce jest ważnym czynnikiem warunkującym życie. Woda chemicznie czysta, czyli tak zwane H2O, posiada odczyn zawsze pH 7, czyli neutralny. Zrozumienie tego ułatwi poniższa tabelka (szkic). Oczywiście w kolejnych, dalszych odcinkach zostanie to szczegółowo omówione.
Zależność między pH i pOH
Odczyn obojętny (pH7) (pOH7)
Spoglądając na powyższą tabelkę widzimy, że pH plus pOH równa się zawsze czternaście, z tym, że przechodzimy równomiernie od pełnego kwasu do pełnej zasady. W akwarystyce mamy jednak do czynienia nie z wodą chemicznie czystą, a z wodą jako doskonałym rozpuszczalnikiem dla wprost niezliczonej ilości związków chemicznych. Dlatego też pH wody będzie zależało zawsze od rozpuszczonych w niej związków chemicznych, tak pod względem ilościowym, jak i jakościowym. Pamiętajmy też, że każdy związek chemiczny, wprowadzony do wody, zmienia zawsze więcej, niż jeden parametr, a w niektórych przypadkach jeden parametr może się identyfikować z parametrem określającym inną wartość, na przykład twardość może się równać zasadowości.