Zastosowanie przegotowanej wody w akwarystyce

Zastosowanie przegotowanej wody w akwarystyce

Wokół zastosowania przegotowanej wody w akwarystyce przez lata narosło wiele mitów i niedomówień. Pomimo tego, że coraz mniejszy odsetek akwarystów decyduje się na stosowanie jej w domowym akwarium, wielokrotnie słyszę o powracaniu tego tematu w dyskusjach na forach internetowych. Spotykam się także z faktem jej stosowania w codziennej pracy za ladą sklepu zoologicznego. Czy warto stosować przegotowaną wodę w akwarium, czy może jednak jest to zły pomysł? I najważniejsze, czy ten sposób zmniejszania twardości wody jest rzeczywiście opłacalny?

Aby poważnie zająć się tym tematem i w miarę możliwości go wyczerpać, do dzisiejszych rozważań musimy wprowadzić trzy pojęcia z zakresu fizyki i chemii.

Reguła przekory

Pierwszą z definicji będzie reguła przekory, nazywana w środowisku naukowym regułą Le Chateliera-Brauna, a przez „złośliwych” nauczycieli także regułą nastolatka. Skąd taka nazwa? Każdy rodzic dorastającego potomka wie, że w życiu młodego człowieka przychodzi etap buntu, w którym dziecko (czy też nastolatek – aby nikogo nie urazić) robi wszystko na przekór. Tu nie przeczyta lektury, innym razem unika sprzątania pokoju. Brzmi znajomo? Na identycznym zjawisku polega reguła przekory. Jeżeli na jakąkolwiek reakcję w stanie równowagi staramy się wpłynąć, zaburzając działanie układu, układ ten zrobi wszystko, aby do równowagi powrócić. Spójrzmy na najprostszą reakcję spalania:

C + O2 → CO2

Przy stałej wartości ciśnienia i temperatury ustala się równowaga, w której z węgla (C) i tlenu (O2) w wyniku spalania powstaje dwutlenek węgla (CO2). Załóżmy teraz, że „złośliwy” laborant zaczyna podbierać z powyższego zrównoważonego układu dwutlenek węgla – co w wykonaniu jest bardzo proste, ale nie będziemy się w to bardziej zagłębiać, aby nie zaciemniać przekazu. W efekcie jego działania układ utraci równowagę. Aby do równowagi powrócić, reakcja przesunie się w prawo, a co za tym idzie, intensywnie zaczną powstawać nowe cząsteczki CO2, które zapełnią powstałą lukę.

Nie do końca jasne? Spróbujmy to wyjaśnić obrazowo. Wyobraźmy sobie, że w szczelnie zamkniętym piecu spalamy węgiel. Jest w nim zamknięta poza bryłkami węgla także ograniczona ilość powietrza, w którego składzie znajduje się tlen. Jak każdy z nas wie, duża ilość CO2 sprawia, że każdy spalający się przedmiot gaśnie. Efekt ten jest wykorzystywany w gaśnicach przeciwpożarowych. Jeżeli przez nadmiar CO2 ogień przestaje się palić, wystarczy usuwać CO2, a węgiel będzie się spalać tak długo, na ile wystarczy mu do reakcji tlenu. Jeżeli CO2 pozostanie w układzie, w pewnym momencie palenisko się wygasi, pozostawiając na miejscu określoną ilość tlenu i węgla. Widzimy więc, że usuwając jakiś fragment reakcji, wpływamy na nią, a wtedy układ stara się wrócić do równowagi.

Iloczyn rozpuszczalności

Iloczyn rozpuszczalności, jeżeli nie będziemy wchodzić w dokładną definicję i obliczenia z nią związane, jest wybitnie prosty do zrozumienia. Każda substancja stała, rozpuszczalna w wodzie w danej temperaturze, może się w niej znaleźć jedynie w określonej ilości. Mowa tutaj o niczym innym jak o rozpuszczaniu (zjawisku fizycznym, nie chemicznym). Jeżeli do szklanki herbaty wsypiemy łyżeczkę cukru i zamieszamy zawartość naczynia, cukier rozpuści się. Dwie łyżeczki? Proszę bardzo! Trzy? To już zależy od wielkości szklanki. W pewnym momencie herbata nasyci się cukrem w pełni i nie będzie w stanie więcej go przyjąć. Efektem będą zalegające kryształki cukru na dnie naczynia. To, w mojej opinii, najprostszy sposób wytłumaczenia iloczynu rozpuszczalności. Należy wziąć jedynie poprawkę na to, że iloczyn ten stosuje się w przypadku soli trudnorozpuszczalnych, więc przykład z cukrem jest mocno obrazowy. Gdy przekroczymy pewną graniczną wartość, z cieczy zaczyna nam się wytrącać osad. Na zjawisko to możemy wpływać, kontrolując np. temperaturę. Jeszcze do tego wrócimy, pokazując konkretny przykład.

Adsorpcja

Adsorpcja to powszechnie występujące zjawisko, które najłatwiej wytłumaczyć na zasadzie działania węgla aktywnego, np. w pochłaniaczu zapachów nad kuchenką. Substancje odpowiedzialne za zapach gotujących się potraw są zasysane do wnętrza pochłaniacza, gdzie wyłapuje je powierzchnia węgla aktywnego i wiąże ze sobą. W efekcie pozbywamy się nadmiaru zapachu. Zjawiska adsorpcji nie należy mylić z absorpcją. Absorpcja to wiązanie substancji także wewnątrz struktury, co oznacza, że osadza się ona nie tylko na powierzchni, ale wnika także do wnętrza. Zwiększa to zdecydowanie wydajność takiego złoża, ponieważ może ono znacznie więcej „pomieścić”. Adsorbenty są szeroko stosowane w akwarystyce i z pewnością każdy z Czytelników się z nimi spotkał.

Zmiękczanie wody metodą termiczną

Znając już powyższe definicje, możemy przejść do sedna sprawy, a mianowicie do zmiękczania wody metodą termiczną – poprzez gotowanie. Jak już tłumaczyłem w poprzednim artykule Osady wapienne – powód do niepokoju czy tylko skaza wizualna , w wodzie występują dwa rodzaje twardości: węglanowa oraz przemijająca (wodorowęglanowa). Razem dają twardość ogólną. W większości polskich gospodarstw domowych woda w kranie jest średnio twarda lub twarda, natomiast wiele gatunków ryb naturalnie występuje w wodach miękkich. Powinniśmy zatem znaleźć sposób na obniżenie twardości wody, którą wlewamy do domowego akwarium.

Sposobów jest bardzo wiele: od kationitów (żywic jonowymiennych) przez wspomnianą już metodę termiczną, wodę demineralizowaną, którą spotkać można w marketach, do całkowicie pozbawionej soli rozpuszczonych wody RODi, wykorzystywanej także w akwarystyce morskiej. Wydawać by się mogło, że najprostszą z nich, bo wymagającą jedynie garnka i palnika gazowego/kuchenki elektrycznej, jest gotowanie. Czy sposób ten rzeczywiście jest tak oszczędny i prosty?

Eksperyment

Do badań użyłem wody kranowej, z jakiej korzystam w Gliwicach na Górnym Śląsku. Jest to jedna z twardszych wód w Polsce, pozyskiwana w zdecydowanej większości ze studni głębinowych. Twardość ogólna waha się między 21 a 30 stopniami niemieckimi. Pomiar stężenia magnezu i wapnia, bo o tych pierwiastkach będzie tutaj mowa, wykonałem samodzielnie. Do tego celu użyłem najprostszej, najbardziej podstawowej metody, jaką jest analiza miareczkowa. Takie doświadczenie może wykonać, przy niewielkim nakładzie pracy i finansów, każdy, kto miał styczność z chemią w laboratorium. Wyniki w liczbach całkowitych (z mniejszą dokładnością niż w bardziej zaawansowanych metodach analizy) w zupełności nam wystarczą do rozważań akwarystycznych. Przy metodzie miareczkowej warto, aby stężenia wyjściowe były stosunkowo wysokie, więc gliwicka woda nadaje się do tego celu idealnie.

Parametry wyjściowe badanej wody:
GH 24 on
KH 13 on
Ca 190 mg/l
Mg 36 mg/l

Potrzebny sprzęt:
2 garnki z pokrywkami o pojemności 1,5 l
2 litry wody kranowej
Kuchenka elektryczna
Termometr
5 pojemników na próbki
Miernik zużycia prądu

Opis doświadczenia: Po jednym litrze wody o temperaturze 18°C wlano do dwóch garnków o pojemności 1,5 litra, następnie każdy z nich przykryto pokrywką i wodę doprowadzono do wrzenia. Gdy temperatura osiągnęła 100 stopni, utrzymywano ją przez 15 minut, pobierając w tym czasie z jednego z garnków 5 próbek: w 1, 3, 5, 10 i 15 minucie od momentu zagotowania. Pobrane próbki ochłodzono do temperatury pokojowej i przekazano do dalszych badań.

Dlaczego użyte zostały dwa garnki? Do wykonania pomiaru stężenia jonów Mg2+ i Ca2+ potrzeba 50 ml wody. Każdy z pomiarów powtarzałem trzykrotnie, więc za każdym razem z garnka ubywało 150 ml. Jak łatwo się domyślić, ubytki rzędu 15% wpłynęłyby znacząco na wyniki, ponieważ im mniej wody, tym łatwiej ją podgrzać. Dlatego zdecydowałem się na uzupełnianie pobranej ilości z drugiego garnka po każdym pobraniu próbki.

Za układ odniesienia (kontrolę przeprowadzenia testów) posłużyła mi produkowana w moim sklepie woda RODi. Z definicji jest to woda pozbawiona całkowicie twardości (soli rozpuszczonych), więc wszystkie wykonane pomiary powinny wynosić dokładnie zero.

Wyniki doświadczenia prezentuje poniższa tabela:

  GH [°n] KH [°n] Ca [mg/l] Mg [mg/l]
Woda kranowa 24 13 190 36
Próbka nr 1 (1 minuta*) 22 10 150 36
Próbka nr 2 (3 minuta*) 20 8 145 35
Próbka nr 3 (5 minuta*) 16 7 115 35
Próbka nr 4 (10 minuta*) 14 6 100 33
Próbka nr 5 (15 minuta*) 13 5 95 32
Woda z czajnika 15 6 115 32
Woda RODi 0 0 0 0

*czas mierzony od momentu osiągnięcia przez wodę 100°C

Do zagotowania wody w jednym garnku i ciągłego jej wrzenia zużyłem 0,37 kWh. Przy średniej cenie 1 kWh na poziomie 0,60 zł. oznacza to, iż do utrzymania temperatury 100°C jednego litra wody przez 15 minut zużywa się prąd za kwotę 22 groszy. W tym czasie uzyskałem wodę o: twardości ogólnej [GH] zmniejszonej o 46%, twardości węglanowej [KH] zmniejszonej o 62%, stężeniu Ca2+ zmniejszonym o 50%, stężeniu Mg2+ zmniejszonym o 11%.

Wnioski

We wrzącej wodzie liniowo zmniejsza się twardość ogólna [GH] i węglanowa [KH]. Ma to związek z termicznym przekształcaniem się wodorowęglanów (składników KH) w słabo rozpuszczalne węglany. Nadmiar węglanów strąca się z kolei na powierzchni garnka, przez co redukuje się stężenie wapnia. Węglan magnezu jako sól o większym iloczynie rozpuszczalności strąca się dużo słabiej niż węglan wapnia (redukcja o jedyne 11%). Wywnioskować można, że MgCO3 adsorbuje na powierzchni wcześniej strąconego CaCO3 (tak mu łatwiej się osadzać).

Uwagi

Na proces termicznego zmiękczania wody ma wpływ niezliczona ilość czynników. Do krystalizacji (strącenia CaCO3 i MgCO3) potrzebne są zarodniki, od których proces ten się rozpocznie – w garnku ich rolę przejmują rysy i wszelkie niedoskonałości struktury. Im garnek jest nowszy, tym trudniej będzie uzyskać redukcję twardości. Nie bez wpływu pozostaje odłożona już na powierzchni garnka, nawet słabo widoczna, warstwa soli wapnia i magnezu. Na wynik może także wpłynąć np. chwilowa zmiana temperatury cieczy, błąd przy wykonywaniu testów lub w obliczeniach.

W tabeli pojawia się „woda z czajnika”. To kolejny sposób kontroli uzyskanych wyników. W międzyczasie robiłem sobie herbatę, co stworzyło idealne warunki do pobrania kolejnej próbki. Czajnik nie był odkamieniany od 10 dni, więc wytworzyła się w nim dość gruba warstwa węglanów. To one w tym wypadku będą pełnić rolę zarodników – staną się podłożem dla kolejnych warstw osadów. Widać wyraźnie, że dzięki temu twardość szybciej spadła do pewnego poziomu.

Czy zyskaliśmy jakąś wiedzę dzięki temu doświadczeniu? Na zredukowanie 50% twardości 1 litra wody zużywa się 22 grosze (koszt wody wodociągowej pomijamy). Każdy z pewnością potrafi pomnożyć sobie tę wartość przez ilość podmienianej tygodniowo wody: 20, 50 czy 100 litrów przy dużych zbiornikach robi różnicę, o ile oczywiście ktoś posiada tak duży garnek. W innym wypadku trzeba będzie poświęcić znacznie więcej czasu na gotowanie. Do powyższego wyniku należy dodać cenę testów – nigdy nie wiemy, o jakich parametrach wodę docelowo uzyskamy. Za każdym razem należy ją skontrolować. Czy w takim razie warto stosować wodę przegotowaną w akwarium? W czasie wrzenia tracimy bezpowrotnie wodorowęglany, a więc czynniki stabilizujące (bufory) pH. W kwestii zmiękczania wody na prowadzenie zdecydowanie wysuwa się woda RO/RODi, którą można wtórnie mineralizować lub mieszać z wodą kranową. Ostateczna decyzja zawsze jednak należy do akwarysty.

Michał Wyskiel

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *