ostatnia aktualizacja 2002-05-24

Każdy hodowca ryb jest świadom tego, że w przyrodzie w zasadzie nie występuje chemicznie czysta woda - H₂O. Zawsze zawiera ona jakieś rozpuszczone pierwiastki czy związki chemiczne. W przyrodzie woda krąży w zamkniętym obiegu, którego siłami sprawczymi są energia słoneczna i ciążenie ziemskie. Jego elementami są opady atmosferyczne, odpływ i parowanie. Pierwszym etapem jest tworzenie się mgły z pary wodnej, nasycającej atmosferę. Już w tym stanie w wodzie rozpuszczają się gazy znajdujące się w powietrzu. Rodzaj tych gazów i stopień nasycenia nimi wody zależy od miejsca i warunków jej opadania. Na przykład w rejonach przemysłowych prócz  tlenu, azotu i dwutlenku węgla woda deszczowa może zawierać dwutlenek siarki i tlenki azotu, które ulatniają się przy spalaniu węgla. Po opadnięciu wody na powierzchnię zaczyna się właściwy proces rozpuszczania w niej ciał stałych, połączony z przebiegiem reakcji chemicznych zachodzących pomiędzy ciałami już w niej rozpuszczonymi, a pokładami przez które woda się przesącza. Ilość i jakość substancji mineralnych rozpuszczonych w wodzie może być różna, zależnie od rodzaju "filtrujących" ją pokładów geologicznych. Mówimy wówczas o zanieczyszczeniu wody.  Zanieczyszczenia te mogą być pochodzenia mineralnego i organicznego, mogą mieć postać zawiesin, koloidów lub roztworów. Związki organiczne dostają się do wody podczas jej przepływania przez tereny osiedli ludzkich oraz przesączanie przez warstwy urodzajnej gleby. Związki te w wodzie mają najczęściej postać zawiesin i koloidów. Odczyn pH wody nasączającej glebę obniża się na skutek obecności kwasów. Kwasy te powstają w wyniku procesów życiowych różnych organizmów bytujących w glebie, a zwłaszcza podczas oddychania, w czasie którego, wydzielane jest CO₂  oraz na skutek wydzielania kwasów przez korzenie roślin. Z drugiej jednak strony odczyn pH tej wody może się podnieść w wyniku reakcji z zawartymi w glebie minerałami.  

    Minerałem, który szczególnie łatwo rozpuszcza się w wodzie jest węglan wapnia, stanowiący zwykle główny składnik skał wapiennych. Natomiast z pokładów gipsu (CaSO₄) i dolomitu do wody przedostają się wapń i magnez. Wraz z przenikaniem wody w głębsze warstwy ziemi zmniejsza się w niej zawartość tlenu i substancji organicznych, natomiast wzrasta ilość  CO₂ w stanie wolnym lub związanym. 

        Pewnie zaraz powiecie - a po co nam taki wykład - otóż powiem wam jedno, już na studiach (Akademia Rolnicza w Poznaniu) zrozumiałem, że aby objąć rozumem wszystkie procesy zachodzące w glebie i wodzie niezbędna jest gruntowna znajomość chemii, dlatego właśnie bez przerwy na zajęciach zajmowaliśmy się oznaczaniem ilości i jakości jonów w roztworach by wreszcie zrozumieć jak to się dzieje, że o twardości wody decydują rozpuszczone w niej jony pierwiastków ziem alkalicznych, tak nazwane i uszeregowane w drugiej grupie układu okresowego pierwiastków chemicznych. Należą do niech: beryl - Be, magnez - Mg, wapń - Ca, stront - Sr i bar - Ba. Twardość wody tworzą głównie wapń i magnez. Te wiadomości wyniosłem ze studiów rolniczych i nie ma się czemu dziwić, gdyż pierwiastki te przenikają do wody właśnie  gleby. W glebie znajdują się różne sole wapnia i w zależności od gleby w jakie obfituje okolica to woda - zwłaszcza ta gruntowa może mieć tzw. twardość niewęglanową Tw_N, zwaną też twardością stałą,  oraz twardość węglanową Tw_W, zwaną też twardością przemijającą.

    Twardość stałą (niewęglanową) powodują chlorki, siarczany i inne (azotany, krzemiany, fosforany) sole wapnia i magnezu:  CaCl₂,  CaSO₄,  MgCl₂,  MgSO₄, Ca(NO₃)₂,  Mg(NO₃)₂,  CaSiO₃,  MgSiO₃,  Ca₃(PO₄)₂,  Mg(PO₄)₂.   Sole tworzące twardość stałą przy podgrzewaniu wody nie rozkładają się, ani nie wytrącają: stąd nazwa "twardość stała".   Twardość węglanową również tworzą sole wapnia i magnezu, przy czym wapń i magnez występują w postaci węglanów i kwaśnych węglanów:  CaCO₃,   MgCO₃   Ca(HCO₃)₂ ,   Mg(HCO₃)₂  Związki te powstają wówczas gdy woda o duże zawartości CO₂   przepływa przez skały wapienne.  Twardość węglanowa najczęściej stanowi część twardości całkowitej (ogólnej) 

Tw_O  =  Tw_N + Tw_W

 Zdarza się też, że obok węglanów pierwiastki ziem alkalicznych występują w wodzie węglany metali alkalicznych grupy pierwszej układu okresowego pierwiastków chemicznych, a mianowicie  sodu lub potasu. Na przykład węglan sodowy kwaśny (soda oczyszczona), węglan potasowy (potaż) lub węglan potasowy kwaśny: Na₂CO₃,   NaHCO₃,  K₂CO₃,  KHCO_3. W solach tych nie występują jony wapnia i magnezu z tego więc powodu nie wpływają one na twardość  wody, jakkolwiek pozornie mogą powodować jej podwyższenie. Powodem tego jest stosowana metoda pomiaru twardości węglanowej. Pomiaru tej twardości dokonuje się bowiem pośrednio - oznacza się jony HCO₃^-1   a nie Ca i Mg. Ilość oznaczonych węglanów przelicza się dopiero na Ca i Mg.  (podobne przeliczenia robiliśmy przy oznaczaniu jonów w nawozach sztucznych). Jeśli więc woda zawiera także sole sodu i potasu w postaci węglanów to przy stosowanej metodzie, przeliczenie całej ilości węglanów na Ca i Mg jest błędne, ponieważ część węglanów przynależna jest do sodu i potasu.  Typowym przykładem znanym akwarystom  może tu być woda w jeziorze Tanganika. Z uwagi na występowanie w niej węglanu sodu twardość węglanowa tej wody jest pozornie wyższa od twardości całkowitej (ogólnej).   Zmniejszenia twardości węglanowej wody dokonać można poprzez ogrzewanie jej i w rezultacie rozkład chemiczny:

Ca(HCO₃)₂   =   CaCO₃  + CO₂ + H₂O       ( przy niedoborze CO₂ )

Wytrącający się węglan wapnia  CaCO₃   , jako bardzo słabo rozpuszczalny w wodzie, osadza się w naczyniu, np. czajniku, jako kamień. Stąd też czasami określa ię twardość węglanową jako "twardość przemijającą.  Z powyższego wzoru widać, że z węglanu wapnia w obecności dwutlenku węgla  CO₂  powstaje kwaśny węglan wapnia:

CaCO₃  + CO₂ + H₂O = Ca(HCO₃)₂      ( przy nadmiarze  CO₂ )

        Stężenie kwaśnych węglanów  w wodzie pozostaje w równowadze z rozpuszczonym w niej   CO₂ .  Oznacza to, że im woda zawiera więcej  CO₂  tym większą ilość  CaCO₃  może rozpuścić.  Układ taki stanowi ponadto chemiczny bufor, działający jako stabilizator odczynu pH, to znaczy, że w przypadku dodania do wody kwasu lub zasady nie dopuszcza do nagłego obniżenia lub podwyższenia odczynu. Stąd też twardości węglanowej przypisuje się tak duże znaczenie.

                        W Polsce rozpowszechnione jest mierzenie twardości w stopniach  niemieckich:

1^on = 10mg CaO/l lub 7,15 mg Ca²⁺ lub 7,19 mg MgO/l

        Obecnie obserwuje się tendencję do liczenia twardości wody w milivalach - mval/l lub w minimolach - mmol/l. 

        Stosunek niemieckiego stopnia twardości do milivala jest następujący:

Ciężar cząsteczkowy CaO wynosi 40+16=56; ponieważ CaO jest związkiem dwuwartosciowym, więc ciężar jego miligramorównoważnika wynosi:

56 : 2 = 28 mg.

stąd:

1mvai/l = 28/10 - 2,8 ^on

Natomiast stosunek niemieckiego stopnia twardości do milimola przedstawia się następująco:

        Ciężar cząsteczkowy CaO równy jednemu molowi wynosi:  40 + 16 = 56, a więc ciężar milimola wynosi 56 mg, stąd:

1mmol/l = 5,6^on.

W poniższej tabeli przedstawiono ocenę ody z uwagi na zawartość w niej twardości całkowitej , wyrażonej w stopniach niemieckich, milivalach na litr i milimolach na litr.

Twardość
Często się mówi, że jakaś woda jest "twarda", o innej znów, że "miękka". Co to oznacza? O twardości wody decyduje zawartość soli wapnia i magnezu oraz węglanów (dlatego rozróżnia się twardość ogólną i węglanową). Oznacza się ją za pomocą specjalnych testów i odczynników barwnych, a określa w tzw. stopniach niemieckich 
(1°n to 10 mg CaO/1 l. wody). 
Dla ryb i roślin najkorzystniejsza jest średnia twardość wody, tzn. 8÷140n. Gdy okaże się, że woda w naszym oczku jest zbyt

miękka, powinniśmy do podłoża w stawie dodać naturalnego wapienia lub dolomitu. Obniżyć twardość można jedynie montując specjalne filtry z tzw. kationitem. Wartość pH oznacza czy woda ma odczyn kwaśny, obojętny czy zasadowy. Twardość węglanowa i obecność soli wapnia zapewniają stabilność odczynu wody. Im niższa jest twardość węglanowa, tym mniej stabilna jest wartość pH wody. Jednocześnie tym łatwiej ją zmienić. Zalecana wartość pH to 6,5 - 7,5. Inne wartości tych parametrów w zasadzie powinno się korygować, ale w praktyce taka konieczność występuje niesłychanie rzadko.

Jeżeli ktoś bardzo chce i bardzo go to interesuje, to może to zrobić w następujący sposób:

Przede wszystkim należy zaopatrzyć się w odpowiednie testy. Dość dokładne ale drogie są zestawy firmy SERA

Jeżeli woda ma odczyn zbyt alkaliczny czyli wartość pH jest wyższa niż 7,5 np. 8,1 a twardość węglanowa jest stosunkowo niska i wynosi 4dKH - 6dKH, należy wzbogacić wodę w CO2 (dwutlenek węgla) co w warunkach stawowych będzie raczej trudne do spełnienia, lub filtrować wodę przez warstwę kwaśnego torfu, co zostało opisane w dziale WALKA Z GLONAMI. W przypadku dużej twardości węglanowej np. 20dKH, należy uzbroić się w cierpliwość, gdyż korekta parametrów pH będzie trwała o wiele dłużej.

        Jeżeli woda jest kwaśna - pH niższe niż 6,5 np. 5,9 a twardość węglanowa jest bardzo niska 0dKH - 3dKH, to znaczy, że mamy wodę miękką, co może wynikać z niskiej zawartości węglanów w stosowanej wodzie lub na skutek zbyt długiego filtrowania wody przez kwaśny torf. Konsekwencją niskiej twardości węglanowej jest zawsze niestabilna wartość pH . W tym przypadku będzie ona nadmiernie obniżona. Może również być możliwa wysoka wartość pH.Twardość węglanową wody można podnieść stosując preparaty zawierające substancje węglanowe np. SERA kH-plus , lub - co wychodzi taniej - umieścić w wodzie kawałki wapienia lub marmuru. Podnoszenie twardości powinno odbywać się stopniowo. Tą metodą można również nieco podnieść wartość pH.