Hardheid, zuurgraad, ionen en andere begrippen uit de waterchemie 

Zouten en ionen

In de chemie worden alle stoffen aangeduid met een formule. Zo staat de formule H₂O voor water. Ook andere stoffen kunnen worden beschreven met een formule. In de formule staan de samenstellende delen van de stof vermeld.

Voorbeeld: Gewoon keukenzout wordt in de chemie weergegeven als ‘NaCl’, dat staat voor ‘NatriumChloride’. Dit geeft aan dat keukenzout is opgebouwd uit één deeltje Natrium en één deeltje Chloride.  
Als we keukenzout oplossen in water dan valt de stof uiteen in twee delen. Dit oplossen wordt als volgt weergegeven: NaCl  =>  Na⁺  +  Cl ^-
Na het oplossen van het keukenzout in water hebben we dus niet meer te maken met NaCl als een vaste stof, maar met Na⁺ deeltjes en Cl ^– deeltjes in oplossing. Het ene deeltje (Na⁺) heeft een positieve lading en het andere deeltje (Cl  ^- ) heeft een negatieve lading. Zulke geladen deeltjes worden ionen genoemd.

In de keuken kennen we alleen keukenzout als ‘zout’. In de chemie zijn er veel meer stoffen die ‘zout’ worden genoemd.
Een zout in de chemie is een verbinding van een positief metaalion {zoals b.v. Na⁺ (natrium), K⁺ (kalium), Ca²⁺ (calcium), Mg²⁺ (magnesium), of Fe^2+/3+ (ijzer)}  met een negatief geladen zuurrest {zoals b.v. Cl ^– (chloride), CO₃^2-(carbonaat), HCO₃^- (waterstofcarbonaat of bicarbonaat), SO₄^2- (sulfaat), PO₄^3- (fosfaat) en NO₃^- (nitraat)}.
We spreken dan van b.v. calciumcarbonaat (CaCO₃), calciumbicarbonaat {Ca(HCO₃)₂} magnesiumsulfaat (MgSO₄), of kaliumnitraat (KNO₃) en dergelijke .
Door oplossing van zouten uit de gesteenten of afzettingen waar het water doorsijpelt of langs stroomt, komen de daarvan afkomstige ionen in het water terecht.

Het totaalgehalte aan opgeloste zouten (‘mineralen’) in zoet water blijkt sterk te variëren afhankelijk van de locatie en ligt in de meeste gevallen tussen 100 tot 800 mg/l.
Daarbij blijft overigens de verhouding tussen de verschillende ionen in de meeste gevallen relatief constant. Daaruit heeft men een soort gemiddelde waarde bepaald, de zogenoemde ‘ionen standaardverhouding’ voor zoet water.

bron: 'Krause: Handbuch Aquarienwasser'

Als we nu met de kennis van de bovenstaande paragrafen nog een keer naar deze tabel met de ‘ionen standaardverhouding’ kijken, dan valt gelijk op dat er in deze tabel géén nitraat (NO₃^-), of fosfaat (PO₄^3-) voorkomt. Toch hebben we in het aquariumwater volop te maken met juist deze ionen.
De reden daarvan is dat deze stoffen in het aquariumwater terechtkomen via de voeding en spijsvertering van de in het aquarium levende dieren en de daarop volgende omzettingen door micro-organismen in het biologische filter (daarover later meer op de pagina over filtratie en de stikstofcyclus in de rubriek ‘Aquariumtechniek’). In vergelijking tot de natuur hebben we in vrijwel elk aquarium te maken met een behoorlijke overbevolking, waardoor deze stoffen zich ophopen.

Het zal nu ook gelijk wel duidelijk zijn dat deze twee stoffen, nl nitraat (NO₃^-) en fosfaat (PO₄^3-), van nature niet in dergelijke meetbare concentraties in het water thuishoren. Dat vormt dan gelijk de belangrijkste reden waarom het aquariumwater regelmatig gedeeltelijk ververst moet worden.

Hierop is één uitzondering, nl als we een plantenaquarium ('aquascaping' of anderszins) willen inrichten met alleen planten of vrijwel alleen planten. In die gevallen is ook bemesting met nitraat en fosfaat nodig. Planten hebben deze stoffen nodig voor hun groei en ontwikkeling. Normaal gesproken komt van deze stoffen voldoende in het water terecht via het waterleven, maar als we (vrijwel) alleen planten houden in ons aquarium, dan zullen we deze stoffen met een goede aquariumplanten meststof moeten toedienen. We komen hier elders op deze site nog op terug. 

Zuurgraad

We begonnen deze pagina over de waterchemie met de opmerking dat water in de chemie beschreven wordt door de term H₂O. Maar als we het echt exact aan willen geven dan zouden we dit eigenlijk moeten weergeven als een evenwicht, nl

H₂O <<<<<<=> H⁺ + OH^-

Hoewel er maar heel kleine aantallen H⁺ en OH^- ionen in het water aanwezig zijn, zijn ze er wel.
De H⁺ ionen en de OH^- ionen spelen een belangrijke rol in het water als we het over de zuurgraad van het water hebben. Als er meer H⁺ ionen dan OH^- ionen in water aanwezig zijn, dan is het water zuur. Zijn er meer OH^- ionen dan H⁺ ionen in het water aanwezig, dan is het water basisch (of alkalisch).

De zuurgraad van het water wordt aangegeven door de pH. De pH is een getal dat is gebaseerd op de hoeveelheid H⁺ ionen in het water.
In zuiver water zullen er evenveel H⁺, als OH^- ionen zijn. De H⁺ ionen en de OH^- ionen neutraliseren elkaar. Het water heeft dan een pH van 7,0 en we noemen het water neutraal. Als het water meer H⁺ ionen bevat, dan is het water zuur en de pH lager dan 7. Bevat het water juist meer OH^- ionen, dan is het water alkalisch en de pH hoger dan 7.

In natuurlijke wateren varieert de pH van ongeveer pH 4 (op sommige plaatsen in ‘zwartwater'), tot ongeveer pH 9 (in b.v. Tanganyika meer). Nu lijkt dit verschil minder groot dan het in werkelijkheid is. De pH schaal is namelijk geen lineaire schaal (een meetlint heeft bijvoorbeeld een lineaire schaal: 10 cm is precies 10 keer zo groot als 1 cm en 25 cm is precies 25 keer zo groot, enz.).
Bij de pH schaal is 1 punt verschil gelijk aan 10 maal zo hoog (of zo laag). Een pH van 6 geeft dus aan dat het water 10 keer zoveel vrije H⁺ ionen heeft dan water met een pH van 7. Een pH van 5 betekent dat het water 10 keer meer vrije H⁺ ionen heeft dan water met een pH van 6, en dus 100 keer (10X10) meer dan water met pH 7.
Bij een stijgende pH geldt het omgekeerde (en nemen dus de OH^- ionen bij elke pH stap steeds met een factor 10 toe).

Daarmee zal dan gelijk wel duidelijk zijn dat vissen uit een (licht)zuur helder-, of zwart water milieu niet in een aquarium samen gehouden kunnen worden met b.v. vissen uit het  Tanganyika meer. Het verschil pH 6 tot pH 9 is niet ‘slechts’ een factor anderhalf, maar een factor 1000 als we kijken naar het aantal vrije H⁺ ionen!

Hardheid

Op vergelijkbare wijze als bij de zuurgraad, wordt ook de hardheid van het water in een getal uitgedrukt. Alleen gaat het bij hardheid niet om de hoeveelheid vrije H⁺ ionen, maar over de optelsom van alle in het water opgeloste Ca²⁺ en Mg²⁺ ionen.
Dit wordt de ‘totale hardheid’ (GH) genoemd en deze wordt uitgedrukt in ‘graden Duitse hardheid’ (°dGH). Hoe meer Ca²⁺ en Mg²⁺ ionen er in het water zijn, hoe harder het water is. Daarbij kunnen we verschillende hardheidsklassen onderscheiden:

Hardheid in °dGH   hardheidsklasse
0 – 4 °dGH             zeer zacht
4 – 8 °dGH             zacht
8 – 12°dGH             middelhard
12–18°dGH             hard
> 18 °dGH              zeer hard

Naast de totale hardheid kennen we ook nog de zogenaamde carbonaathardheid. Dit is het totaal van de in het water opgeloste carbonaten, in de vorm van HCO₃^- ionen. Deze zijn afkomstig van voornamelijk calcium- en magnesiumcarbonaten die in het water zijn opgelost. De carbonaathardheid wordt uitgedrukt in ‘graden carbonaathardheid’ (°KH). De carbonaathardheid wordt ook wel ‘tijdelijke hardheid’ genoemd.

Een belangrijk aspect van de carbonaathardheid is de bufferende werking van het koolzuur-carbonaatsysteem. Dit beschermt het water tegen sterke schommelingen van de pH. In het kort komt het erop neer dat hoe hoger de carbonaathardheid is, des te stabieler is de pH. De pH wordt wel hoger (en het water dus minder zuur) naarmate de carbonaathardheid toeneemt.

Veel van onze aquariumvissen leven in zeer zacht en lichtzuur water. Men zou daarom kunnen denken om voor het aquarium dus ook maar zo zacht mogelijk (onthard) water te gaan gebruiken. Dit is echter normaal gesproken niet verstandig.
Water met een heel lage carbonaathardheid is van zichzelf niet of nauwelijks gebufferd. Het gebruik van zeer zacht water heeft daardoor bepaalde risico’s. Zo moet de pH nauwkeuriger en vaker worden gecontroleerd, zeker als er handelingen zijn verricht die invloed op de pH (kunnen) hebben (inbrengen van turf, bladstrooisel, elzenpropjes, of filtering over turf). Daarnaast zijn bepaalde stoffen agressiever in (zeer) zacht water, denk daarbij b.v. aan een behandeling met medicijnen.

Het is daarom verstandiger om water met een hardheid van 4 – 12°dGH te gebruiken (pH tussen 6 en 8). Dan zijn de condities in het aquarium nog redelijk stabiel te houden en binnen dit hardheidstraject zijn de meeste aquariumvissen goed te houden en is meestal de gewenste pH goed in te stellen en te handhaven.
(Een uitzondering vormen b.v. de vissen uit het Tanganyika meer die graag een wat hogere hardheid met een wat hogere pH hebben.)

terug naar boven

AquariumTips.nl is een initiatief van AquariumPlus

Copyright 2013: AquariumPlus