Il pH
Il pH insieme alle durezze rappresenta un altro parametro frequentemente determinato dai possessori di acquari. Il perchè di queste misurazioni sono davvero tante. Condizionare l’ acqua per conferire un valore di acidità/basicità che sia più vicino ai range in natura. Questa regola vera per i pesci d’ importazione diretta dai luoghi di origine non è necessaria per i pesci di allevamento, né dobbiamo dimenticare che in natura le variazioni climatiche spesso sono responsabili di variazioni anche repentine di questo parametro.
Correggiamo il pH quando vogliamo spingere sulla riproduzione di determinate specie, interveniamo su di esso quando usiamo fertilizzanti chelati con EDTA la cui stabilità quando forma complessi con i metalli è condizionata dall’ ambiente acido o per facilitare la colonizzazione dei filtri biologici.
Affronteremo questo argomento sia dal punto di vista chimico senza entrare troppo nei tecnicismi del “chimichese” sia dal punto di vista
pratico.
Il pH indica l’ acidità o la basicità di una soluzione acquosa ma anche di un gas.
Esso è espresso da una funzione logaritmica
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determinata sulla base della concentrazione degli ioni H+ che in realtà sono presenti come forma idrata H3O+pH = -log10[H3O+].
Se prendiamo in considerazione la reazione di dissociazione dell’acqua 2H2O ⇋ H3O+ + OH insieme all’ ossonio si forma anche lo ione ossidrile per cui abbiamo pOH = -log10[HO-].
Poiché la concentrazione dei prodotti di dissociazione dell’ acqua all’ equilibrio della reazione sono bassissimi [H3O+]= 10-7 e [OH-]=10-7, la funzione logaritmica ci permette di esprimere questi valori con un numero molto semplice che vedremo a breve. La reazione
2H2O ⇋ H3O+ + OH- all’ equilibrio dinamico comporta che per quanta acqua si dissocia in ossonio e ossidrile altrettanta se ne riforma a partire da questi ioni. Quindi in un acqua purissima ci aspetteremo una conducibilità nulla ma se l’ andiamo a misurare con uno strumento analitico di alta precisione e sensibilità questo rileverà un piccolissimo passaggio di corrente tra i due elettrodi. Gli ioni responsabili di questo trasporto di cariche elettriche sono H3O+e OH-. Abbiamo visto prima che queste concentrazioni sono [H3O+]=10-7 e [OH-]= 10-7 quindi inserendo tali valori nella funzione logaritmica abbiamo pH=7 e pOH=7, i numeri semplici di cui si diceva prima.
Poichè la costante di dissociazione ionica dell’ acqua a 25°C è Kw = [H3O+] x [OH-] = 10-7 x 10-7 = 10-14 andando a calcolare la
funzione logaritmica abbiamo pH + pOH = 14. Tale somma vale sempre 14 per cui se in una soluzione acquosa viene aggiunto un
acido che fa aumentare la concentrazione degli ossonio la concentrazione degli ossidrile si riduce e quindi la soluzione acquista un carattere acido, viceversa la soluzione diventa basica.
Quindi se il pH sarà 4.0 il pOH sarà pari a 10.0 in quanto la loro somma sarà sempre 14.0
Pertanto la scala convenzionale che misura il pH va da 0 a 14. Da 0 a 6.9 il pH esprime l’ acidità, 7.0 è il valore neutro e da 7.1 a 14
indica la basicità.
Misurazione del pH
Questo valore può essere misurato con diversi sistemi.
Cartine al tornasole
Si tratta di strisce di plastica su cui sono attaccati dei quadratini di carta assorbente che possiamo chiamare
pozzetti imbevuti di una miscela di sostanze coloranti (sono una coppia acido/base di natura organica) in grado di interagire con gli
ossonio contenuti nella goccia di acqua rilasciata su di essi. La colorazione assunta dal pozzetto viene confrontata con una scala
cromatica. Questo test sono di scarso utilizzo perchè hanno un valore indicativo.
Test a reagente liquido
Prodotti dalla maggior parte delle aziende del settore anch’ essi ricorrono ad una miscela di sostanze sciolte generalmente in veicolo idroalcolico in grado di modificare il colore in base agli ioni ossonio presenti nel campione da analizzare. Anch’ essi non sono il top della precisione ma i valori forniti sono discreti e migliori delle cartine o test a striscette. E’ importante chiudere bene il flacone subito dopo l’ uso per evitare che possa evaporare la parte alcolica del solvente. Per fare una misurazione corretta si consiglia di prelevare il campione di acqua facendo uso di una siringa graduata. Sciacquare la provetta con la stessa acqua dell’acquario prima d’ inserire il campione. Le letture di confronto con la scala colorimetrica fornita in dotazione con il test andrebbero fatte alla luce del giorno evitando fonti diverse che potrebbero falsare il risultato. Tra questi test il più interessante è quello a base di blu bromotimolo in quanto presenta un range più ristretto che va da pH 6.0 a pH 7.8 con intervalli di 0.2 pH.
pH-metro
Si tratta di strumenti elettronici che si basano sulla capacità di leggere la differenza di potenziale elettrico rilevato tra un elettrodo di riferimento al suo interno il cui potenziale elettrico è costante e stabile e l’ altro elettrodo costituito da una membrana di vetro semipermeabile agli ioni idrogeno il cui potenziale elettrico è in funzione della concentrazione di questi in soluzione. La parte elettronica dello strumento trasforma il valore della differenza di potenziale elettrico rilevato in valore pH.
Il mercato offre tantissimi strumenti che vanno da quelli portatili dal costo minimale a quelli più sofisticati il cui costo aumenta in funzione della qualità dello strumento e della sonda contenente l’elettrodo a vetro.
Il modo migliore per fare la lettura è quello di mettere la sonda dentro un recipiente di vetro o di plastica contenente l’ acqua di cui si vuole conoscere il pH. Dopo aver acceso lo strumento attendere qualche minuto, la lettura inizialmente potrebbe oscillare all’interno di un range di valori per poi stabilizzarsi su quello definitivo.
I pH-metri a penna acquistabili sul web al costo di qualche decina di euro svolgono egregiamente il loro lavoro con uno scarto di precisione compreso tra +/- 0,1 pH e quindi più che accettabile per questo impiego. Diversi prodotti di questo tipo leggono anche la temperatura dell’ acqua compensando la differenza del pH in base alla temperatura. Inoltre presentano un sistema di calibrazione automatico o tramite l’uso di un piccolo cacciavite fornito in dotazione con lo strumento.
Il pH-metro illustrato sotto è uno di quelli maggiormente acquistati e spesso viene fornito anche con alcune bustine per preparare le soluzioni tampone per la sua taratura.
Taratura del pH-metro
Al primo uso dopo l’ acquisto e con una certa periodicità che varia a secondo dell’ intensità di utilizzo lo strumento va calibrato usando delle soluzioni tampone a pH noto già pronte all’ uso o bustine di sali per prepararle. Per chi non ha confidenza nella preparazione di queste soluzioni e vuole evitare errori che possono influenzare il reale valore del pH misurato può ricorrere alle soluzioni già pronte. Queste soluzioni per calibrare lo
strumento presentano un pH noto pari a pH 4.01, pH 6.86, pH 7.01, pH 9.21 e pH 10.0; a volte i valori decimali possono essere differenti a secondo del produttore che a volte riporta anche una tabella con i valori del pH della soluzione tampone di riferimento in funzione della temperatura.
Per una buona calibrazione sono sufficienti due punti di misurazione che devono tenere conto del range di valore del pH dell’ acquario.
Se siamo interessati a condurre un acquario con un pH debolmente acido o neutro possiamo usare i tamponi a pH 4.01 e 7.01 viceversa useremo i tamponi a pH 7.0 e 9.21.
Procedura della calibrazione
Sciacquare la sonda con acqua distillata o RO con EC = 0 µS, asciugare la sonda con panno morbido, inserirla nella soluzione tampone pH 7.01 attendere che il valore si stabilizzi e premere il tasto di calibrazione automatica o usare il cacciavite per agire sulla vite di calibrazione correggendo il valore sul display a quello della soluzione tampone utilizzata. La stessa operazione va ripetuta con la soluzione tampone a pH 4.01 Ricordate che quando usate il pH-metro per una misurazione o una nuova calibrazione ogni fase va sempre fatta seguire da un risciacquo. Le soluzioni tampone non devono essere più riutilizzate dopo il loro uso e pertanto vanno gettate. A partire dal primo utilizzo la sonda di vetro per la sua conservazione va mantenuta sempre umida. Potete usare la soluzione tampone a pH 4.01 riempiendo il cappuccio di chiusura oppure potete inserire in questo dell’ ovatta imbibita sempre con la stessa soluzione tampone. La membrana di vetro della sonda deve essere conservata sempre
idratata per mantenere nel tempo la sua efficacia sia in termini di rapidità di risposta nella lettura che di precisione. Non va mai usata acqua distillata per la conservazione.
Come modificare il pH
Nella gestione di un acquario ridurre il pH e mantenerlo stabile nel tempo è forse tra le attività che maggiormente impegnano un acquariofilo, ovviamente è vero anche il caso contrario anche se meno frequente (acquari per ciclidi Malawi o Tanganica). Possiamo intervenire su questo parametro con diversi sistemi più o meno pratici, facili, misurabili ma soprattutto controllabili nel tempo.
Abbassare il pH
Prima d’ intervenire sul pH è bene ricordare ancora una volta la stretta relazione che lega questo parametro alla durezza temporanea, il KH, che funge da tampone quindi come una forza che si oppone alle variazioni del pH per aggiunta di sostanze acide quindi in grado di liberare ioni idrogeno. Un durezza bassa compresa tra 2 e 4 °KH consentirà una correzione del pH verso valori inferiori con una maggiore facilità soprattutto se usiamo acidificanti naturali come la torba o suoi estratti piuttosto che foglie ricche di acidi umici. Una durezza superiore a 5/6 °KH chiederanno
un maggior utilizzo di acidificanti a causa della maggior forza tampone esplicata dai bicarbonati presenti in soluzione.
1. Il sistema più semplice è quello di usare soluzioni diluite di acidi forti inorganici come HCL o H2SO4 o acidi organici come l’acido citrico.
L’ aggiunta di questi acidi aumenta la concentrazione degli H3O+ in soluzione. Esistono in commercio diversi prodotti per abbassare il pH denominati “pH-KH minus”.
Ma come funzionano questi prodotti ? Essendo costituiti da sostanze acide vanno ad aumentare nell’ acquario la concentrazione di ioni idrogeno e quindi agiscono sulla seguente semi reazione:
HCO3- + H+(aggiunto)→ H2CO3→ CO2
Il loro uso riduce contestualmente sia il pH che il KH e da qui nasce il nome commerciale del prodotto. Nel foglietto esplicativo viene consigliato di bloccare durante l’ uso l’erogazione della CO2. Questi prodotti pur essendo molto pratici personalmente li trovo troppo “chimici” e quindi poco
naturali.
2. Acidificazione attraverso la torba attiva. La torba attiva è particolarmente ricca di acidi umici e fulvici, sono acidi diprotici che come l’ acido carbonico e l’ acido solforico sono in grado di liberare due atomi di idrogeno. L’ azione acidificante è accompagnata anche da una riduzione del KH
così come abbiamo visto per i prodotti pH-KH minus. Spesso venduta sotto forma di pellet la torba attiva richiede un uso attento quando il KH è inferiore a 4.0 °KH in quanto potrebbe far scendere il pH a valori troppo bassi. L’ effetto “collaterale” è quello di ambrare l’ acqua per cui si rivela molto utile per gli acquari black water dove è richiesto un valore acido dell’acqua ed una colorazione scura più o meno intensa. Per chi vuole “ambrare” senza sfruttare questi acidificanti naturali perchè impiega il sistema con CO2 può usare l’ infuso di Rooibos che a differenza del thè scurisce bene l’ acqua senza rilasciare la teina controindicata per il suo effetto eccitante.
3. Foglie e loro estratti. Uno dei rimedi di eccellenza dal punto di vista naturale è quello di sfruttare il potere acidificante delle foglie ricche di acidi organici diprotici. Esistono diverse foglie che possiamo introdurre tal quali in acquario o farne un decotto facendole bollire in acqua. L’ effetto è lo stesso di quello ottenuto con l’ uso della torba attiva. Quando le usiamo come lettiera la loro attività acidificante si rivela più lenta ma più lunga a seguito del lento rilascio per via naturale e non forzato della bollitura. Questi sistemi di acidificazione hanno un effetto poco durevole e soprattutto poco controllabile da richiedere misurazioni più frequenti del pH. La tabella a seguire mostra l’ attività acidificante delle foglie di diverse piante in funzione del tempo in acqua osmotica.
La CO2
Un discorso a parte merita l’ uso della CO2.
L’ utilizzo dell’ anidride carbonica dispersa in acqua attraverso l’ uso di micronizzatori rappresenta il sistema più efficace e pratico per abbassare il pH sfruttando nel contempo anche l’ ottima attività della CO2 come fertilizzante. Infatti l’ anidride carbonica rappresenta un’ importante fonte di carbonio inorganico utilizzato dalle piante durante la fotosintesi clorofilliana per produrre sostanze plastiche (cellulosa) ed energetiche (amidi). Durante la fase di calibrazione dell’erogazione con la CO2 va posta molta attenzione e pazienza onde evitare concentrazioni tali che possano indurre a morte per asfissia gli abitanti di un acquario. A tal proposito è bene mantenere una concentrazione che sia inferiore ai 40 mg/L. Al di sopra di questo valore soglia i pesci cominciano a mostrare segni di insofferenza.
Essi tendono a nuotare verso la superficie rimanendovi subito sotto di essa. Al crescere delle concentrazioni iniziano a boccheggiare in superficie per assimilare maggiore ossigeno. Successivamente subentra uno stato di narcosi e poi ictus per asfissia da CO2.
Un aspetto molto dibattuto nell’ uso della CO2 è se fornirla con metodica on/off attraverso l’ uso di un timer collegato all’elettrovalvola che fornisce la CO2 solo durante l’ illuminazione oppure fornirla in modo continuo nelle 24 ore. La regolazione del flusso di CO2 in continuum richiede tempi più lunghi per una regolazione fine. Si richiede un maggior impegno con i test KH e misurazione del pH per monitorare le variazioni di concentrazioni
durante la calibrazione ma una volta raggiunto il flusso idoneo questo maggiore impegno verrà premiato con il pH che si manterrà più stabile nell’ arco delle 24H ovvero ci saranno fluttuazioni minori tra il giorno e la notte rispetto a quelle che si avrebbero con la metodica on/off.
Una tabella molto utilizzata sia da chi vuole ottenere un valore di pH particolare per i suoi pesci e/o da chi vuole puntare su una fertilizzazione efficace a base di CO2 è quella che incrocia i dati di KH e pH sotto riportata.
( Durante la LIVE del 6 marzo abbiamo parlato dell’importanza della CO2 per un acquario con piante: se l’hai persa puoi rivederla QUI oppure direttamente sul nostro canale YOUTUBE
I valori ottimali di CO2 sono quelli compresi tra 20 e 40 mg/L.
Incrociando la retta delle ordinate (valore del KH) con quella delle ascissi (valore del pH) si ottiene la concentrazione di CO2 . Questo valore in realtà è molto approssimativo ed è valido solo quando eroghiamo la CO2 . Un errore molto comune soprattutto nei neofiti è ricorrere a questa tabella per la determinazione del gas disciolto in acqua senza erogare la CO2. Un parametro che aumenta il margine di errore è dato dal pH determinato tramite i test a reagente già approssimativi di loro per cui possiamo ridurre questo errore usando i pH-metri digitali. Altra interferenza può provenire dalla presenza in acqua di sostanze a carattere acido come gli acidi umici e fulvici della torba o quelli rilasciati dall’ uso delle foglie. Lo stesso filtraggio biologico operato dai batteri nitrificanti rilasciano piccole quote di ioni idrogeno a seguito della trasformazione dell’ ammonio
in nitriti secondo la seguente reazione:
2NH4+ + 3O2→ 2NO2- + 4H+ + 2H2O.
Tutto ciò contribuisce a falsificare il reale valore di pH indotto dalla sola CO2 su cui si basa la tabella per cui quando più riduciamo questi errori tanto più ci avviciniamo al valore reale di gas disciolto ma comunque resta il margine di errore legato alle metodiche di misurazione.
La domanda nasce spontanea: cosa possiamo fare?
Se cercate su internet troverete diverse proposte per trovare il valore quanto più vicino a quello reale.
C’ è chi propone di fare la media aritmetica dei ppm (mg/L) di CO2 determinati incrociando i valori del KH con quelli del pH prima e dopo aver dibattuto l’ acqua in provetta per allontanare il gas o chi afferma con buona approssimazione di misurare il pH prima dell’inizio della micronizzazione (valore base in condizioni di partenza) e fermarsi con il suo aumento nel tempo quando il valore del pH è sceso di una unità. Tale metodica dovrebbe dare un valore di circa 30 ppm rispetto al valore di partenza di 3 o 4 ppm (valore della concentrazione di CO2 normalmente disciolta in acqua in condizioni standard – pressione di 1 atm e temperatura di 25 °C).
Alzare il pH
Quando abbiamo la necessità di alzare il pH anche in questo caso abbiamo diverse possibilità d’ intervento.
1. Esistono in commercio ottimi prodotti per questo utilizzo. L’ unica accortezza è quella di evitare preparati che contengono anche se in minima quota l’ idrogenocarbonato di sodio (NaHCO3). L’ apporto di sodio pur se basso tende ad aumentare con il tempo a seguito di eventuali correzioni continue mostrando effetti negativi sulle piante quando si superano i 40 mg/L o ppm se vi piace più usare questa misura. Anche se questo valore limite è ben tollerato da piante come l’ elodea ed il microsorum le altre iniziano a mostrare segni di sofferenza. Anche nell’ ambito dei pesci ci sono specie sensibili al sodio e gli allevatori di discus ne sanno qualcosa.
2. DIY. L’utilizzo dell’ idrogenocarbonato di potassio (KHCO3) può fare al vostro caso. Puntate su sali ad alto grado di purezza come quelli che vengono utilizzati dai vinificatori per abbattere l’ acidità dei vini. L’ utilizzo di questo sale per alzare il KH è stato trattato nell’ articolo relativo alla durezza temporanea a cui vi rimando.
Anche in questo caso la tabella vi sarà di grande aiuto. Un esempio: ci troviamo con un KH = 6°KH ed un pH = 7.0. La tabella ci dice che abbiamo in soluzione 21 ppm di biossido di carbonio. Mantenendo costante la quota di anidride disciolta ovvero 21 ppm se alziamo il KH a 12°KH il pH salirà a 7.3
3. CO2. Gli utilizzatori di questo sistema possono raggiungere il loro scopo semplicemente riducendo la portata del flusso del gas.
Bibliografia e foto
https://www.usgs.gov/media/images/ph-scale
http://iyc2011.iupac.org/system/documents/107/original/pH_of_the_Planet_25-1-2011.pdf?1296685727
Mandici M. – About pH – Acquariofili.com – Marzo 2020
Mandici M. Le foglie in acquario – Acquariofili.com – Gennaio 2020
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