Визначення тимчасової або карбонатної жорсткості води в акваріумі.

Про те, що таке "жорсткість акваріумної води, і в чому її виражають", ми вже писали. Але нагадаю коротко, що жорсткість поділяють на постійну та тимчасову. Тимчасова, вона ж карбонатна, вона ж усуваючи жорсткість пов'язана з присутністю у воді поряд з катіонами Ca 2+ та Mg 2+ гідрокарбонатних, або бікарбонатних аніонів (HCO ₃ - ). При кип'ятінні води гідрокарбонатні аніони вступають у реакцію з цими катіонами і утворюють з ними дуже мало розчинні карбонатні солі, які випадають в осад.

Тимчасову жорсткість можна усунути кип'ятінням - звідси та її назва. Акваріумісту нешкідливо знати карбонатну жорсткість води у своїх акваріумах. Це важливий гідрохімічний показник, який часто наводиться у довідковій літературі щодо умов утримання та нересту риб. Важливо враховувати цей показник при вирощуванні багатьох акваріумних рослин. Більшість акваріумістів упевнено, що за допомогою крапельних тестів, що продаються в магазинах, на карбонатну жорсткість (КН) вони визначають саме її. Але це кумедне недоуміння! Краплинні тести для акваріумістів-аматорів, як і решта і класичний метод визначення карбонатної жорсткості шляхом титрування проби води соляною кислотою, вимірюють зовсім не жорсткість як таку, тобто не концентрацію іонів кальцію і магнію, а лужність - концентрацію у розчині гідрокарбонатних іонів * . Гідрокарбонатні іони могли опинитися у воді не тільки при розчиненні солей кальцію та магнію, тому судити про наявність іонів Ca 2+ та Mg 2+ за вмістом гідрокарбонатних іонів можна далеко не завжди. Але про все по порядку.

Якщо суворо дотримуватися визначення карбонатної жорсткості, то її коректний вимір повинен бути заснований на кип'ятінні заданого об'єму води з подальшим зважуванням осаду, що утворився (накипу). На практиці це важко здійснити. Тому чинять інакше. Ось як визначають "карбонатну жорсткість" за допомогою загальноприйнятої лабораторної методики.
Визначення карбонатної жорсткості води проводиться шляхом її титрування соляною кислотою. Титрування - це додавання досліджувану пробу розчину реагенту, концентрація якого заздалегідь відома. За витратою цього реагенту - він взаємодіє з тією речовиною, зміст якої хочуть визначити, розраховують концентрацію речовини, що визначається. У цьому тесті прийнято користуватися 0.05М розчином соляної кислоти (про те, що означає скорочення "М", можна прочитати тут). Крім цього, знадобиться індикатор метиловий помаранчевий , який необхідний для того, щоб встановити момент закінчення титрування різкої зміни кольору проби. Для приготування розчину індикатора невелика кількість, 0.1 г розчиняють в 100 мл дистильованої води. Точність тут не потрібна, можна все зробити на око.
Як правило, ці реактиви є у будь-якій хімічній лабораторії.

Проведення лабораторного тесту на карбонатну твердість:

Точно відміряють 50 мл води, що досліджується. Додають кілька крапель розчину метилового оранжевого, стільки, щоб забарвлення проби вийшло такою як у лівій склянці на наведеному нижче малюнку:

Далі проводять титрування проби кислотою до зміни кольору індикатора (правий стаканчик).

При титруванні в розчині відбудуться наступні реакції:

Порівняємо це і наведене вище рівняння, яке показувало, що відбувається з гідрокарбонатом кальцію при кип'ятінні.Як і при кип'ятінні, кінцевими продуктами цих реакцій є вода та вуглекислий газ. Тільки от кальцій ніяк тут не бере участі. Це і зрозуміло, адже іони водню, які надходять у воду, що тестується при додаванні туди соляної кислоти, вступають у реакцію не з іонами кальцію, а саме з гідрокарбонатними іонами.
Кислоту зручно набрати в шприц до зазначеного заздалегідь поділу і з нього дозовано додавати розчин. Спочатку порції кислоти можуть бути відносно великими, але до кінця титрування треба бути обережним і обережним, колір може помінятись буквально від однієї краплі. Здатність тестованої води реагувати з іонами водню в міру додавання кислоти буде поступово зменшуватися і, нарешті, виявиться майже зовсім вичерпаною - закінчаться гідрокарбонатні іони і остання крапля кислоти різко змістить рН у бік кислих значень, оскільки пов'язувати іони водню, що виникають при її дисоціації у воді. буде "нікому". При величині рН менше 4.3 гідрокарбонатних іонів у розчині вже немає (докладніше про це розказано в іншій статті). Індикатор при цьому рН змінить колір розчину з жовтого на помаранчевий. Тут титрування треба буде припинити. Титрувати треба не поспішаючи, акуратно перебовтуючи воду у склянці. Краще зробити цю процедуру кілька разів, точно засікаючи який обсяг кислоти було витрачено. Потім обчислити СЕРЕДНИЙ ОБСЯГ кислоти, що пішла на титрування. Знаючи цей обсяг розраховують карбонатну жорсткість за такою формулою:

Жорсткість карбонатна _{(мг-екв/л)} = (1000 * С _{кислоти} *V _{кислоти} ):V _води

Де С _{кислоти} - Концентрація кислоти в молях (М/л), V _{кислоти} - Об'єм розчину кислоти використаний при титруванні (мл), V _води - Обсяг проби води, взятої для титрування (мл).

Якщо З _{кислоти} = 0.05 М, а V _води = 50 мл, то

Жорсткість карбонатна _{(мг-екв/л)} = (1000 * 0.05 * V _{кислоти} ): 50 = V _{кислоти}

Тобто якщо ви титрували 50 мл води 0.05 М соляною кислотою, то в цьому випадку карбонатна жорсткість в мг-екв/л буде чисельно дорівнює обсягу кислоти (мл), витраченому для титрування. Наприклад, якщо титрування пішло 1.5 мл розчину кислоти, то карбонатна жорсткість води дорівнює 1.5 мг-экв/л. Для переведення в градуси KH значення мг-екв/л треба помножити на 2.804: 1.5*2.804=4.2°KH.
Хочу ще раз звернути вашу увагу на те, що описаний тут метод аналізу води зазвичай називають методом визначення "карбонатної жорсткості". Насправді, цим методом ми визначили лужність водитобто її здатність пов'язувати іони водню, які утворюються при дисоціації у воді сильної кислоти. Покупні крапельні тести для акваріумної води (KH-test, або тест на КН) також засновані на титруванні води кислотою і так само, як описаний вище лабораторний тест, визначають лужність. Мабуть, що зазначені у довідковій літературі величини КН відбивають не вміст у воді бікарбонатів кальцію і магнію, як це прийнято писати в усіх акваріумних книжках, саме лужність, тобто будь-яких бікарбонатів та інших аніонів, здатних реагувати з іонами водню. Добре це, чи погано? Скоріше – добре. Для акваріуміста якраз важливо знати наскільки вода в його акваріумі здатна протистояти закисленню (нейтралізовувати іони водню, що входять до неї). А скільки осаду така вода дасть на стінках труб у системі опалення, знизивши при цьому тепловіддачу, хвилює його не сильно, якщо звичайно він не теплотехнік.Згадаймо, що жорсткість води поняття не наукове, а суто утилітарне, але про це вже було написано раніше.

Як ми вже зазначали, гідрокарбонатний іон може надходити у воду не тільки при розчиненні карбонатів кальцію та магнію, а й при розчиненні інших солей. Всім відома питна сода є прикладом такої сполуки: NaHCO ₃ . Якщо внести питну соду в акваріум, то розчинившись вона дасть іони натрію та гідрокарбонату (про те, як розчиняються солі у воді, розказано у статті про мінералізацію води). Гідрокарбонатні іони, як ми вже знаємо, приєднують до себе іони водню, тому вода в акваріумі від внесення питної соди стає менш кислою або набуває лужної реакції - тут все залежить від дози. Ось Вам і засіб рН! Питною содою і насправді користуються багато акваріумістів. Невеликі її добавки справді застрахують від несподіваних стрибків рН. Вирішити достатньо соди внесено чи ні можна виміряти лужність. Знаючи лужність, ви можете оцінити наскільки вода у вашому акваріумі здатна протистояти закисленню – як кажуть оцінити буферність. Якщо лужність прісної води низька (менше 1 мг-екв/л, або 2.804 про КН), то буферність її невелика. Така вода може різко скиснути, наприклад, при пропуску чергової заміни води або при вимиканні аерації на ніч. Інтервал значень лужності 1.2-1.8 мг-екв/л, або 3 - 5 про КН придатний для більшості риб та рослин. Буферність води у своїй буде цілком достатньої підтримки стабільної активної реакції води - рН. Зазвичай лужність акваріумної води якраз і виявляється у вказаному інтервалі або навіть має ще більші значення - 2.5 мг-екв/л, або 7 про КН та вище (у цьому випадку можливі проблеми з вирощуванням багатьох рослин та нашестя водоростей).Але в регіонах із м'якою слабокислою водою вона може бути дуже низькою. Так було в більшості районів Петербурга водопровідна вода має лужність 0.5 мг-экв/л. Тому багато любителів африканських цихлід, для яких кисла вода - це гострий ніж, штучно її піднімають за допомогою питної соди. Але! Якщо ви вносили в акваріум соду, щоб підняти та стабілізувати рН, то вам не треба дивуватися, якщо "карбонатна жорсткість" раптом перевищить загальну. До речі, є й природні води з карбонатною твердістю, що перевищує загальну, наприклад, воду озера Танганьїка. Цей результат може здивувати, якщо не знати, що насправді визначає тест на карбонатну твердість. Якщо ви вносили у воду акваріума NaHCO ₃ тобто не пов'язані з кальцієм і магнієм гідрокарбонатні іони, то, природно, їх буде більше, ніж іонів Са 2+ і Мg 2+ . Ось у цьому полягає суть парадоксу, коли цілком логічна формула:

Загальна жорсткість = Постійна жорсткість + Тимчасова жорсткість
не виконується через те, що тимчасова більше загальної.

Розуміння суті речей часом дозволяє творити дива, принаймні в очах людини необізнаної. Приносять нам якось акваріумну воду на аналіз. Треба мол розібратися рибки все дихнуть і дихнуть. На запитання, чи вимірювали рН? Нас запевнили, що з рН абсолютно все нормально. Гаразд. Почали з виміру загальної жорсткості, потім визначили карбонатну. Вийшло, що карбонатна у кілька разів загальну перевищує. Тут уже все ясно. Запитуємо - навіщо стільки соди в акваріум насипаєте? Дуже здивувалися, як ми про соду довідалися. Виявляється додавання соди при кожній заміні води - це де секретний і особливо ефективний метод підказаний за знайомством одним знавцем.Він, мовляв, гарантує незмінно чудовий та оптимальний рН. Навіть якщо чистити акваріуми рідко, вода не закисне. Закиснути вона не закисне. Але яке значення рН? Ви вимірювали? Він же у вас більше 8 буде. А рибки не тільки від кислої води мруть. Ні, відповідають, ми не вимірювали. Зробили тест на рН. Він справді показав значення більше 8!

А Ви вимірюєте рН у своєму акваріумі, або він у Вас і так"добрий"?

В. Ковальов, Є. Ковальова.

* Тут ми дещо спростили ситуацію. Все сказане правильно, якщо рН акваріумної води 8.3 і нижче. Якщо ж цей показник вищий за значення 8.3, то у воді можлива присутність не тільки гідрокарбонатів, але ще й карбонатів і навіть гідроксидів лужних металів. У цьому випадку при додаванні кислоти у воду будуть послідовно відбуватися наступні реакції:
OH - + H + -> H ₂ O
CO ₃ 2 - + H + -> HCO ₃ -
HCO ₃ - + H + -> H ₂ CO ₃
Лужність води, таким чином, тут буде забезпечена присутністю в ній гідроксидного, карбонатного та бікарбонатного іонів.
Назад до тексту

** Про те, чому в акваріумі вмирають рибки написано окрему статтю. А при рідкісних підмінах води в акваріумі накопичуються нітрати та фосфати, які за певних концентрацій стають токсичними для риб.
Назад до тексту