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CARATTERISTICHE CHIMICO-FISICHE DELL'ACQUA
Molto genericamente possiamo dire che la molecola dell'acqua è formata da due atomi di idrogeno ed uno di ossigeno, questo perché l'ossigeno, per arrivare ad una configurazione stabile, deve aggiungere ai suoi sei elettroni, che ruotano attorno al nucleo, altri due (regola chimica dell'ottetto). Questi elettroni mancanti sono messi in compartecipazione dalla coppia di atomi di idrogeno, idrogeno, che a sua volta, ne possiede uno solo per atomo. Così si forma una molecola, la molecola dell'acqua di forma triangolare con l'ossigeno al vertice del triangolo. Una volta formata, si comporta come un dipolo, con un lato negativo (il vertice del triangolo dove è situato l'ossigeno) ed uno positivo (la base dove stanno gli atomi di idrogeno). In realtà la formula H 2 O, non è una definizione precisa. Esistono diversi tipi d'acqua anche senza tenere conto delle sostanze disciolte, questo per la presenza di diverse forme ioniche delle molecole. Senza addentrarci in questo argomento esaminiamo le caratteristiche che più ci interessano per la conduzione di un acquario.
La resistività.
E' la resistenza che un conduttore oppone al passaggio dell'energia elettrica, è misurata in ohm. L'acqua pura (non esiste e se esistesse sarebbe in grado di sciogliere tutto) ha una resistività calcolata in 25 milioni di ohm.
La tensione superficiale.
Tra un liquido ed un gas esiste un punto di contatto o se vogliamo un punto di separazione; tra l'acqua e l'aria il punto è rappresentato dalla superficie del liquido. Le molecole dell'acqua sono in uno stato di tensione a causa del lavoro a cui sono costrette della forma della superficie. Uno dei fenomeni causato da questo tipo di tensione è la capillarità, cioè la capacità dell'acqua di andare verso l'alto. A questo punto molti si chiederanno ma a cosa serve conoscere queste caratteristiche fisico-chimiche; solo conoscendo queste regole si riuscirà a comprendere tutti quei fenomeni che interessano da vicino l'acquaristica, si potrà in tal modo ovviare ai tanti inconvenienti che si presentano sia nella progettazione che nella gestione di un acquario.
La durezza dell'acqua.
Le caratteristiche dell'acqua possono essere molto diverse secondo il tipo di terreno che attraversa. Prendiamo per esempio l'acqua piovana, originariamente si tratta di un acqua abbastanza pura che, però, già attraversando l'aria comincia ad inquinarsi attirando ossigeno, azoto anidride carbonica ed altri gas presenti nell'aria. L'acqua finisce poi sul terreno ed attraversandolo viene a contatto con altre sostanze come: metalli pesanti, alcalino terrosi, etc...per poi sgorgare in una sorgente, in un lago, in un fiume con caratteristiche completamente diverse da quelle di partenza. Quindi le caratteristiche dell'acqua dipendono per buona parte dalle sostanze disciolte in essa. In Europa troviamo, perciò, delle acque che sono molto differenti da quelle di certe zone dell'America, dell'Africa o dell'Asia. Se ad esempio prendiamo in esame l'acqua del Rio Negro, un affluente del Rio delle Amazzoni, questa è estremamente tenera e poco mineralizzata; ciò è dovuto al fatto che nella zona percorsa da questo fiume non esistono o quasi rocce calcaree, mentre è elevato l'apporto di acidi umici*, dovuti alla presenza di zone paludose da inondazione, con fogliame e legno putrescente e logicamente una alta percentuale di acido carbonico. La scarsità di minerali disciolti in questo fiume diminuisce la conduttività elettrica, con conseguente bassa pressione osmotica. Questa è un'acqua tenera, quindi possiamo dire che la durezza è dovuta principalmente alle sostanze disciolte nel liquido ed in particolare al solfato di calcio e di magnesio, al carbonato e bicarbonato di calcio e di magnesio. La durezza dell'acqua si può dividere in:
-durezza parziale o temporanea (KH = durezza carbonati)
-durezza permanente (NKH = durezza non di carbonati data dal tenore in solfati)
Entrambi le durezze cioè la loro somma forma la durezza totale. (DGH) Secondo i vari paesi esistono diversi parametri per misurarla, in Italia ,per l'acquaristica, si usa il sistema tedesco. Secondo questo metodo un grado di durezza tedesco corrisponde a 10 mg di monossido di calcio (CaO) per litro. In base alla durezza dell'acqua è entrata in uso la seguente classificazione empirica:
Questa classificazione riguarda solo l'acqua dolce in quanto l'acqua marina è fortemente mineralizzata da sali di calcio disciolti dal fondo marino e pertanto è un'acqua durissima, oltre 200° DGH. L'acqua che sgorga dal nostro rubinetto è generalmente mediamente o alquanto dura e spesso per l'allevamento di alcune specie di pesci non è adatta. Per renderla più tenera sarà necessario mescolarla con acqua distillata o demineralizzata, totalmente desalificata e con 0°KH. Se ad esempio per il nostro acquario abbiamo bisogno di un'acqua con 2°KH e quella di rubinetto è 16°KH allora sarà necessario fare una miscela composta da 14 parti d'acqua demineralizzata e 2 parti di quella di rubinetto; otterremo così una durezza di 2°KH. Un altro metodo per calcolare la durezza dell'acqua è quello di trovare i valori Micro-Siemens (S) che riguardano la conduttibilità del liquido in base alla quantità di minerali disciolti. Un grado KH si può indicare con 30 S. Anche in questo caso, partendo dai valori dell'acqua del rubinetto e da quelli della distillata, si può fare la miscelazione necessaria per ottenere la durezza prefissata.
acqua molto tenera
acqua tenera
acqua mediamente dura
acqua alquanto dura
acqua dura- da 0 a 4° DGH -
- da 5 a 8° DGH -
- da 9 a 12° DGH -
- da 13 a 18° DGH -
- da 19 a 30° DGH -
Il valore pH
Il pH indica il grado di acidità di una soluzione acquosa, significa "concentrazione idrogenionica" e deriva dal latino "pondus Hidrogenii" che, tradotto, vuole dire "peso degli ioni di idrogeno". Come abbiamo già detto, alcune molecole d'acqua si scindono in ioni secondo la seguente relazione:
H 2 O = H + + OH -
Il fenomeno della reazione acida o basica dell'acqua, indicato con il pH, si basa sulla maggiore o minore presenza di ioni H+ e OH- Se in un litro d'acqua sono contenuti 10 mol di ioni di idrogeno, deve essere presente la stessa quantità di ioni di idrossido, ciò vuole dire che l'acqua è neutra. Se cambia la proporzione 1 a 1 tra i due tipi di ioni, pH 7, il liquido non è più neutro, ma a secondo di quale ione è in maggioranza sarà acido o basico. Quando il numero di ioni H+ è maggiore di OH- allora la soluzione sarà acida, viceversa basica. Per indicare il numero del pH ad esempio 10 (neutralità) non si adopera la potenza, ma per semplicità viene usato solo l'esponente, questa è una cosa importante da ricordare poiché significa che se consideriamo due soluzioni una con pH 5 ed una con pH 6, la prima è dieci volte più acida della seconda. Come abbiamo visto, il valore del pH viene influenzato dai diversi ioni presenti nell'acqua; questi ioni derivano da acidi o basi. Se liberiamo dell'acido cloridrico HCl nell'acqua questo si divide in H+ e Cl- con un conseguente aumento degli ioni dell'idrogeno e quindi lo spostamento del pH verso l'acidità. Il valore del pH ha notevole importanza in acquaristica, è quindi necessario conoscere i metodi per la sua misurazione. Questi sono tre:
1) con cartine al tornasole;
2) con indicatori liquidi;
3) con apparecchiature elettroniche;
il primo deve essere subito scartato, infatti le cartine al tornasole se non vengono usate entro breve tempo dall'acquisto falsano il risultato della misurazione, a causa di una reazione chimica che avviene nelle cartine stesse ed inoltre detta misurazione non è molto precisa. Diverso è per le altre misurazioni. Gli indicatori liquidi effettuano la misurazione in base ad una scala colorimetrica; se usati correttamente danno indicazioni molto precise ed inoltre hanno un costo limitato. Sono acidi o basi molto deboli che in presenza di un acido o di una base più forte cedono o acquistano degli ioni con cambiamento di colore, viraggio, dovuto al fatto che l'indicatore, a contatto con l'acqua, al momento della perdita o dell'accettazione degli ioni cambia la sua struttura fisica. La misurazione con apparecchiature elettroniche, pH-metro, è la più precisa in assoluto, purtroppo si tratta di attrezzature dal costo abbastanza elevato. Sono costituiti essenzialmente da un potenziometro con visualizzatore, generalmente a cristalli liquidi, e da un elettrodo. La parte più importante è l'elettrodo, costituito da un vetro molto sottile contenente un liquido detto tampone. Se si immerge questo elettrodo in un liquido con pH diverso da quello del liquido interno, attraverso le pareti avviene uno scambio di idrogenioni H+ e si verifica, pertanto, una differenza di potenziale determinata dalla quantità di ioni H + del liquido che bagna l'esterno dell'elettrodo. Misurando con l'apposito potenziometro questa differenza di potenziale si avrà il valore del pH. I più precisi pH-metri, possono misurare differenze di pH dell'ordine di un centesimo.
L'anidride carbonica nell'acqua.
L'acqua ha la capacità di attirare l'anidride carbonica, questa a sua volta trasforma il calcio ed il magnesio ed in tal modo si fissa nell'acqua legandosi alle nuove sostanze formate, comunque, una certa quantità di questo gas rimane libera nell'acqua, questo per un motivo ben preciso: essa si legherà ai carbonati o ai bicarbonati, che invece di rimanere in soluzione, tendono a precipitare. Da ciò, esempio lampante, sono le incrostazioni di calcio che si formano sui vetri dell'acquario o addirittura sulle foglie di certe piante quando l'acqua è priva di anidride carbonica. In chimica tutto è sottoposto a regole ferree, così almeno in teoria, si può ottenere una tabella di quanta anidride carbonica libera è presente in acque con determinate durezze carbonatiche.
DUREZZA CARBONATICA
INDICATA IN °KH
1.5
5
7
10
12
14ANIDR. CARB. LIBERA
INDICATA IN mg/l
0.5
1.80
3.90
11
20
34.5
Questa tabella è in realtà soltanto teorica, in quanto difficilmente troveremo un'acqua con una durezza carbonatica di 14°KH ed una quantità di 34,5mg/l, dato che l'anidride carbonica è un gas capace di diffondersi facilmente nell'aria allontanandosi dall'acqua. La presenza di questo gas è molto importante ed è in relazione con il pH ed il KH. La maggior parte delle piante acquatiche assorbe sia anidride carbonica che bicarbonato di calcio, dopo l'assorbimento vengono ceduti ioni OH- che reagiscono con gli ioni di calcio per formare l'idrossido di calcio, si ha così un aumento del pH, quindi è bene controllare la quantità di CO 2 .
TABELLA DELLA QUANTITÀ DI ANIDRIDE CARBONICA IN BASE AI DIVERSI VALORI CHIMICI DELL'ACQUA
| pH 6.0 6.4 6.8 7.0 7.2 7.6 8.0 |
KH | 0.1 4 1.6 0.6 0.4 0.3 0.1 0.1 |
0.5 20 8 3 2 1 0.5 0.2 |
1 40 16 6 4 2.5 1 0.4 |
3 119 48 19 12 8 3 1 |
5 200 79 32 20 12 5 2 |
7 280 110 44 28 18 7 3 |
10 400 160 63 40 25 10 4 |
12 480 190 76 48 30 12 5 |
15 600 240 95 60 38 15 6 |
Concentrazione di CO 2 in mg/l