4.4.3. Koolstofdioxide (Co2) en pH in het aquarium

Facebook X (Twitter) Pinterest WhatsApp Reddit Pocket Telegram Email

Koolstofdioxide (Co2) en pH in het aquarium: Koolstofdioxide is zelden een factor in aquariums met alleen vissen. Het enigszins belangrijk is in een aquarium met alleen vissen, bij het instellen van de pH. De verschillende relaties van koolstofdioxide in het aquarium is een zeer ingewikkelde chemische verhandeling die het beste kan worden overgelaten aan de obsessief-compulsieven onder ons. Lees alleen verder als je een echte nerd bent (zoals de auteur).

Table of Contents

Koolstofdioxide-relaties in het aquarium in detail

Koolstofdioxide vormt slechts 0,04% van de gassen in de atmosfeer. Wanneer het water in een aquarium wordt belucht, lost deze kleine hoeveelheid koolstofdioxide op in het water als het gas CO₂ . Het is een vaststaand geloof in de aquariumhobby dat deze CO₂ zich met water verbindt om “H₂CO₃ ” of “koolzuur” te vormen.

Aulonocara huseri - Midnight Likoma — Aulonocara hueseri – Midnight Likoma

Merk op dat H₂CO₃ , of “koolzuur”, in werkelijkheid geen “echte” verbinding is. Velen maken de fout om aan te nemen dat dit “koolzuur” een zwak zuur is, en niet in grote mate ioniseert, en grotendeels H₂CO₃ blijft . De waarheid is dat er geen H₂CO₃ -moleculen in waterige oplossing zijn. Ze bestaan niet. Wat wij “koolzuur” noemen, is CO₂ opgelost in zuiver water in evenwicht met kleine hoeveelheden H⁺ en HCO₃^–.

CO₂ + H₂O <==> H⁺ + HCO₃^– …….. Ka is klein

Een kleine Ka betekent dat het evenwicht ver naar links ligt, en dat bijna alle CO₂, CO₂ blijft en zeker geen moleculair H₂CO₃ vormt . Als het water waarin de CO₂ is opgelost NIET is gedestilleerd en een vrij hoge pH heeft (zeg 7,5), dan zal de overtollige OH^– zich combineren met de CO₂ om HC_O³– zout te vormen. Boven de 8,0 pH zal de overtollige OH^– zich combineren met de HCO₃^– om H₂O en CO₃ ^-2 zouten te vormen. Deze reacties zijn wat de carbonaat- en bicarbonaatzouten tot “buffers” maakt.

Otopharynx lithobates - Orange Blaze — Otopharynx lithobates – Orange Blaze

Deze ingewikkelde relatie wordt weergegeven door wat bekend staat als een Bjerrum-plot:

Merk op dat de schaal aan de linkerkant logaritmisch is.

Wanneer CO₂ oplost in water, verlaagt de kleine hoeveelheid H⁺ die wordt gevormd de pH, maar niet heel veel (nieuwsflits: omdat de pH logaritmisch is rond de 7,0, is een pH-daling van 7,5 naar 6,5 een HEEL, HEEL klein verschil in de hoeveelheid H⁺). En als er een hoge pH is zoals 8,5 van carbonaationen, dan zullen de carbonaationen de H⁺ -ionen van de CO₂ -verzuring “bufferen” (d.w.z. verwijderen) door water en bicarbonaat te vormen.

Als gevolg hiervan buffert ALLEEN koolstofdioxide opgelost in puur water op GEEN ENKELE manier. Alleen een carbonaatzout of bicarbonaatzout zal bufferen. Deze zouten omvatten calciumcarbonaat (kalksteen) en natriumbicarbonaat (baking soda).

Deze associatie gaat constant heen en weer met de ademhaling van vissen, fotosynthese en beluchting. Dit kan de pH van het water binnen enkele uren van 6,0 naar 8,5 en weer terug brengen. In een vijver in de natuur kan het water om 14:00 uur op een zonnige dag een pH van 8,8 hebben. Om 06:00 uur kan het water een pH van 6,5 hebben. (Wurts en Durborow, University of Kentucky, 1992, Masser, Texas A&M University, 2012). Beplante aquaria of zelfs aquaria met veel algen erin kunnen dezelfde pH-schommelingen hebben.

Zuiver water (zogenaamd drievoudig gedestilleerd water) zonder opgelost gas heeft een pH van 7,0. Laat dit zuivere water drie dagen openstaan voor de atmosfeer en de pH kan dalen tot 6,8 vanwege de absorptie van hoeveelheden koolstofdioxide uit de atmosfeer. Koolstofdioxide in zuiver water stabiliseert op ongeveer 2-3 ppm koolstofdioxide.

Als er weinig koolstofdioxide in het kraanwater zit, kan het bijvoorbeeld 7,8 pH uit de kraan komen. Als het dan atmosferische stoffen absorbeert, kan de pH na een paar dagen dalen tot 6,8 pH. Omgekeerd, als het kraanwater veel koolstofdioxide bevat, kan het 6,2 pH uit de kraan komen en zich na een paar dagen stabiliseren op 7,8 pH in het aquarium.

Om een idee te geven van de overheersing van deze chemische soorten, zuurstof is 21% van de atmosfeer. Koolstofdioxide is 410 ppm in de atmosfeer of 0,041%. Bij 0,04% is de concentratie koolstofdioxide 525 keer lager dan zuurstof in de atmosfeer. Maar koolstofdioxidesoorten nemen 2-3 ppm op in puur water, terwijl zuurstof in puur water slechts 8 ppm zal zijn.

Wat ervoor zorgt dat CO₂ zoveel beter in water oplost dan O₂ is dat er op het CO₂ -molecuul een lichte negatieve lading zit op zowel de zuurstofatomen als een lichte positieve lading op het koolstofatoom. Dit geeft CO₂ iets dat een “quadrupoolmoment” wordt genoemd, wat betekent dat het licht positieve waterstofatoom van water licht wordt aangetrokken door de twee zuurstofatomen van de CO₂ en het licht negatieve atoom van de zuurstof in het water heel licht wordt aangetrokken door twee kanten van het koolstofatoom van de CO₂.

Dus elk CO₂ -molecuul is omgeven door vier watermoleculen in een zeer zwakke associatie. Zuurstof vormt geen dergelijke associatie en lost dus niet zo goed op als koolstofdioxide.

Let op dat koolstofdioxide, carbonaathardheid (KH) en pH met elkaar verbonden zijn in zeer ingewikkelde en complexe chemische paden. Dit is de “Bermudadriehoek” van de aquariumchemie. Ga daarheen en je komt er misschien nooit meer uit. Ik ben een chemicus en ik probeer deze driehoek niet te controleren. Houd de pH gewoon tussen 6,5 en 8,5 en de totale opgeloste vaste stoffen boven de 60 en negeer de rest.