De pH:
Water is H2O, een molecuul bestaande uit 1 zuurstofatoom (O) en 2 waterstofatomen (H). Maar de watermoleculen vallen zo af en toe uit elkaar in H+ en OH- komen ze elkaar weer tegen dan combineren ze weer tot H2O. Dat proces gaat constant door. Een glas zuiver water bestaat dus uit H2O moleculen en OH- en H+ ionen. Als er precies evenveel OH- en H+ ionen zijn dan is de pH 7, of neutraal. Als er meer H+ ionen dan OH- ionen zijn is het water zuur en de pH dus lager dan 7. Als er meer OH- dan H+ ionen zijn is het water basisch ofwel een pH boven de 7. De pH zegt dus iets over de verhouding tussen OH- en H+.
De pH is een logoritmische schaal: een pH van 6 is bijvoorbeeld 10 keer meer H+ dan OH-. Een pH van 5 is 100 keer meer H+ dan OH-, een pH van 4 is 1000 keer meer H+ etc. 1 punt verschil betekend dat de verhouding een factor 10 is opgeschoven. Je hebt dus steeds grotere hoeveelheden H+ nodig om de pH verder te laten dalen.
CO2:
als je CO2 toevoegt aan water H2O dan reageert dat deels tot koolzuur H2CO3. Koolzuur is instabiel en valt heel snel weer uitelkaar in CO2 en H2O, maar een deel valt uit elkaar als H+ en HCO3 (bicarbonaat of waterstofcarbonaat). Hier ontstaat dus H+ en meer H+ ten opzichte van OH- geeft een daling van de pH.
zit er meer CO2 in het water dan vormt zich ook meer H+ en dus daalt de pH dan ook sterker.
____________ hier zetten we even een streep onder__________________________
Want het onding dat PH-KH-CO2 tabel heet, wekt bij veel mensen het idee dat de pH het resutlaat is van de verhouding tussen de KH en CO2, en dat is dus niet zo. De pH geeft alleen de verhouding tussen OH- en H+ weer. en kan dus ook alleen veranderen als die verhouding verschuift. Voegen we CO2 toe onstaat er H+ maar ook HCO3 en dat is onderdeel van de KH. Kortom meer CO2 toevoegen = meer H+ en HCO3 = lagere pH en hogere KH.
komen we dus uit bij de KH:
KH staat voor carbonaat hardheid. en drukken we in NL meestal uit in Duitse hardheid. 1 KH DH, staat gelijk aan 21,4 ppm HCO3 of 10,7 ppm CO3.
Carbonaten hebben als eignschap dat ze zuren kunnen bufferen. Ze reageren met de H+.
1. CO3 + H+ = HCO3
2. CO3 + 2 H+ = H2O + CO2
3. HCO3 + H+ = H2O + CO2
4. HCO3 + H+ = H2CO3
Doordat de H+ deels reageert met het aanwezige carbonaat wordt de pH daling gedempt.
Omgekeerd kan bicarbonaat ook een pH stijging dempen:
5. HCO3 + OH- = H2O + CO3
En we hebben eerder al gezien dat uit de reactie van water met CO2 ook HCO3 en H2CO3 kan ontstaan:
6. H2O + CO2 = H+ + HCO3
7. H2O + CO2 = H2CO3
Als die reactie plaatsvind onder basische omstandigheden (hoge pH/ veel OH-)
8 H2O + CO2 + OH- = HCO3 + H2O
9. H2O + CO2 + 2 OH- = CO3 + 2 H2O
Wat je uit bovenstaande formules op kunt maken is dat de pH of wel de verhouding tussen OH- en H+ veel invloed heeft op reacties:
is er veel H+ dan vormen CO3 en HCO3 zich om tot H2O + CO2 en uiteindelijk H2CO3
is er veel OH- dan vormen H2CO3 en H2O + CO3 zich om tot HCO3 en uiteindelijk CO3.
H2CO3 (koolzuur) is alleen stabiel bij hele lage pH waarden, CO3 komt alleen voor bij hele hoge pH waarden. Op volgorde van zuur tot basisch:
Sterk zuur > H2CO3 heeft de overhand
Licht zuur > H2O + CO2 heeft de overhand
Licht basisch > HCO3 heeft de overhand
Sterk basisch > CO3 heeft de overhand
In het aquarium hebben we geen extreme pH waarden en dus zijn de middelste twee alleen relevant. De verhoudingen tussen H2O + CO2 en HCO3 enerzijds en de verhouding tussen H+ en OH- anderzijds zijn dus verbonden. Bij iedere verhouding tussen H+ en OH- hoort ook een bepaalde verhouding tussen HCO3 en H2O + CO2.
Oftewel de verhouding tussen water + CO2 en bicarbonaat hoor bij een bepaalde pH waarde.
Of nog eenvoudiger; de verhouding tussen CO2 en KH wordt bepaald door de pH.
Dus als je de pH weet, weet je de verhouding tussen CO2 en KH en als dan weet hoeveel mg/l je KH is weet je ook hoeveel mg/l je CO2 moet zijn. en dat kun je dus prima verwerken in een mooie tabel.
MAAR:
1 een KH druppeltest in DH rond altijd naar boven af op 21.4 mg/l HCO3
2 een KH druppeltest meet het zuurbufferend vermogen, andere stoffen in het water kunnen ook zuren bufferen.
je KH meting is dus niet zo nauwkeurig. in de praktijk is de KH dus vrijwel altijd lager dan je meet.
Maar kan je dan ook wat zeggen wat de Ph doet?
Theoretisch altijd in de praktijk een stuk lastiger
Ja want je verandert de verhouding tussen CO2 en KH en daar hoort en bepaalde PH waarde bij. Maar bedenk wel dat de PH een logoritmische schaal is. je krijgt dus geen lineaire stijging naarmate je meer toevoegt. Een verdubbeling van de KH (bij gelijk CO2) geeft een pH stijging van 0.3 punt. een verdubbeling van de CO2 (bij gelijke KH) geeft een daling van 0.3 punt. Van 1 KH naar 2 KH heeft dus evenveel effect op de pH dan van 10 naar 20 KH. Als je de huidige KH weet dan kun je dus vrij gemakkelijk voorspellen wat je KH-verhoging voor effect op de pH heeft. Als je het CO2 gehalte weet kun je de verhouding tussen KH en CO2 bepalen en zo de pH achterhalen.
praktisch bekeken is het heel lastig om CO2 gehalte en KH in je osmose water nauwkeurig genoeg te bepalen. juist bij kleine hoeveelheden komt het heel precies om de verhouding correct te bepalen, en dus de pH waarde.
Maar die CO2 opname uit de lucht die zou toch gemiddeld constant moeten zijn? Als ik dit experiment doe op verschillende locatie daar zou toch altijd de zelfde Ph uit moeten komen?
gemiddeld bevat de lucht 0,04% maar in de winter is het hoger dan in de zomer, binnen doorgaans hoger dan buiten, in de stad hoger dan op het platteland etc. die verschillen in concentratie in de lucht kan betekenen dat het evenwicht op 0,5 mg/l co2 ligt maar ook op 4 mg/l co2 dan zit je bijna een pH punt lager. Aquaria stoten netto trouwens CO2 uit dus is het water vaak co2 rijker dan de atmosfeer boven de bak.
