Alkaliteit (KH) van water in een aquarium

Leestijd 6 minuten / Laatst gewijzigd 31 maart 2024 / Auteur Ruud de Keijzer

Alkaliteit of carbonaathardheid (KH) verwijst naar het vermogen van water om een daling in pH te weerstaan ​​wanneer zuren worden toegevoegd. Zuren zijn chemische verbindingen die in water oplossen, waarbij waterstofionen vrijkomen. De concentratie waterstofionen levert de pH waarde op. KH, zuren en pH zijn dus onlosmakelijk aan elkaar verbonden.

Alkaliteit van water

De aanwezigheid van carbonaat en waterstofcarbonaat (bicarbonaat) in water, zorgt ervoor dat vrijgekomen waterstofionen worden gebonden, waardoor de pH stabiel blijft. De alkaliteit van water wordt hoofdzakelijk gevormd door deze (waterstof)carbonaten, vandaar dat er vaak ook gesproken wordt van carbonaathardheid.

Daarnaast is (waterstof)carbonaat onderdeel van de koolstofcyclus en vormt het een bron van koolstof.

Een bron van koolstof en stabiliteit in pH. Je zou zeggen dat dit allemaal wenselijk is. Duik je in de materie, dan lijkt de relevantie minder groot te zijn. In dit artikel wordt de werking en het belang van alkaliteit behandeld.

Alkaliteit en algemene hardheid

Als er wordt gesproken over vissen en invertebraten, wordt met “hard water” vaak de algemene hardheid, GH, bedoelt. Als er wordt gesproken over planten, wordt met “hard water” vaak de alkaliteit, KH, bedoelt. Algemene hardheid verwijst naar het calcium en magnesium in water.

In de natuur gaan GH en KH doorgaans samen op. Ze zijn namelijk afkomstig van dezelfde kalksteen- of dolomietbronnen. Kalksteen bestaat uit calciumcarbonaat, CaCO3 , en dolomiet is een combinatie van calciumcarbonaat en magnesiumcarbonaat. Water stroomt door de rotsen in de grond en vindt zijn weg naar rivieren en meren. Onderweg neemt het mineralen op, waardoor het water, zowel in GH als in KH, harder wordt.

Wanneer kalksteen en dolomiet oplossen in water, is de ene helft van het molecuul calcium, Ca+2 of magnesium, Mg+2 en de andere helft is het carbonaat, CO3-2.

Alkaliteit en hardheid zijn dus gekoppeld als beide afkomstig zijn van CaCO3, maar niet als ze afkomstig zijn van andere zouten. Water kan een hoge KH waarde hebben en een lage GH waarde. En ook omgekeerd. De KH wordt hoger door middel van kaliuumcarbonaat, K2CO3 , zonder dat GH toeneemt. GH wordt hoger door middel van calciumsulfaat, CaSO4 , zonder dat KH toeneemt.

Ondanks dat ze in de natuur vaak samen voorkomen, hebben carbonaat (KH) en calcium of magnesium (GH) afzonderlijke eigenschappen. Lees verder over de GH van water.

Alkaliteit en carbonaathardheid

Alkaliteit en KH verwijzen naar hetzelfde: het vermogen van water om een daling in pH te weerstaan ​​wanneer zuren worden toegevoegd. Carbonaat is één van de elementen die de alkaliteit of KH van water bepaald. Andere elementen zijn hydroxide, OH, maar ook ammoniak en fosfaat.

KH betekent carbonaathardheid (“Karbonatharte”, KH), maar verwijst dus naar alkaliteit en alle elementen die hieraan bijdragen. Ook als je de KH zou meten met een teststrip, dan meet je méér dan alleen carbonaten. Beetje verwarrend dus. Carbonaat is wél de belangrijkste bijdrager, dus prima als ‘naamvoerder’.

Carbonaten en waterstofcarbonaten

Kleine nuance naar aanleiding van het vorige. Het zijn voornamelijk waterstofcarbonaten die we in ons water aantreffen. Carbonaat en waterstofcarbonaat zijn negatief geladen ionen (anionen) met het verschil dat waterstofcarbonaat een waterstofion H+ bevat. En voegen we er nog een waterstofion aan toe, dan noemen we het koolzuur.

  • Carbonaat = CO32-
  • Waterstofcarbonaat = HCO3
  • Koolzuur = H2CO3

Welke vorm we in water tegenkomen, hangt af van het aantal vrij voorkomende waterstofionen, H+, en hierin schuilt de bufferende werking van carbonaat. Het bind een H+ ion of staat het af, afhankelijk van onder meer de concentratie.

Overigens zullen vrij voorkomende waterstofionen zich heel makkelijk binden aan een watermolecuul (H2O), wat resulteert in het hydronium-ion (H3O⁺). Het waterstofion en het hydronium-ion, mag je voor het gemak gelijk behandelen.

Voor de goede orde: als ik in dit artikel spreek over carbonaten, dan vallen hier ook waterstofcarbonaten onder.

Alkaliteit en pH

Waterstofion

Water is zelf-ioniserend. Een klein beetje water valt van nature uiteen in ionen. Twee watermoleculen (H2O) interageren, waarbij één H2O molecuul, een waterstofion (H+) doneert om een hydronium-ion (H3O+) en een hydroxide-ion (OH) te vormen.

Het hydronium-ion is zuur. Het hydroxide-ion is basisch.

In zuiver water, oftewel water dat alleen uit H2O moleculen bestaat, is de concentratie van H3O+ ionen gelijk aan de concentratie van OH ionen, wat een pH van 7 oplevert.

De pH waarde staat voor de concentratie van H3O+ ionen. Zijn er naar verhouding meer H3O+ ionen dan OH ionen in het water, dan daalt de pH waarde en spreken we van zuur water. En andersom, dan stijgt de pH waarde en spreken we van basisch water.

Het zijn deze waterstofionen die reageren met waterstofcarbonaat. Komen er meer H3O+ ionen voor dan OH ionen, én bevat het water waterstofcarbonaat, dan reageert het surplus aan waterstofionen met waterstofcarbonaat.

H3O++ HCO3 ​→ H2​O (water) + H2CO3 (koolzuur).

Waterstofcarbonaat zorgt er dus voor dat vrijkomende waterstofionen worden vastgebonden. Als alle waterstofcarbonaat is gebonden met waterstofionen, dan zal het restant aan waterstofionen, die als H3O+ vrij blijven, de pH doen verlagen.

Als er meer OH ionen in het water bevinden dan H3O+ ionen, én bevat het water waterstofcarbonaat, dan laat waterstofcarbonaat een waterstof ion (H+) vrij en wordt het zelf carbonaat. Zo remt alkaliteit, dus (waterstof)carbonaten, niet alleen een daling van pH maar ook een stijging van pH.

De aanwezigheid van basen (alkaliën) in het water, en meestal is dit hoofdzakelijk waterstofcarbonaten, zorgen dus voor bufferend vermogen en houden de zuurgraad stabiel.

Lees verder over de pH van water.

Koolstofdioxide

Zuren zijn chemische verbindingen die in water oplossen en waarbij de waterstofion, H+ , vrijkomt. Waar komen zuren vandaan?

Een belangrijk zuur komt voort uit diffusie van atmosferische CO2 in water. Een heel klein deel van de CO2 die in water terecht komt, reageert met water.

CO2 + H2O → H2CO3

Die laatste moet nu bekend voorkomen. Dat is koolzuur. Koolzuur zelf is niet zuur, maar reageert zelf ook met water:

H2CO3 → HCO3 + H+

En die waterstofion, H+, reageert met water tot H3O+.

CO2 maakt water dus iets zuurder. Tenzij er basen (alkaliën) in het water aanwezig zijn die zich aan de vrijgekomen H+ ionen verbinden.

De aanwezigheid van waterstofcarbonaat (KH) zal dit echter tegen gaan. De mate waarin hangt af van de hoeveelheid waterstofcarbonaat, oftewel de KH waarde. Is de concentratie waterstofcarbonaat heel laag, en daarmee de KH waarde, dan zal CO2 de pH iets doen verlagen.

Naast CO2 komen er meer zuren in een aquarium vrij als gevolg van bacteriële activiteit. De concentratie H+ zal dus door bacteriën eveneens toenemen. Deze bacteriële activiteit zorgt er overigens ook voor dat de alkaliteit van water wat daalt. Veel bacteriën gebruiken (waterstof)carbonaten als koolstofbron.

Kraanwater en aquariumwater

Zuiver water bevat geen (waterstof)carbonaten. De pH van zuiver water is 7. Zodra het in contact komt met atmosferische CO2, wordt de pH verlaagt naar ongeveer 5,7. Tenzij er wat waterstofcarbonaat in het water zit. De pH komt dan al snel rond 7 te liggen.

Veel kraanwater heeft behoorlijk wat waterstofcarbonaat. Als al het zuur (H+) aan waterstofcarbonaat is gebonden, blijft er in water een surplus aan OH- over, waarmee de pH zo rond de 7,8 komt te liggen.

In aquariumwater zal de pH echter zakken door bacteriële activiteit waarbij zuren (H+) vrijkomen. Ook zal het injecteren van CO2, de hoeveelheid H+ doen vergroten.

Het belang van alkaliteit

Zijn waterstofcarbonaten nodig? Niet per se. Een gebrek aan waterstofcarbonaten veroorzaakt niet dat daardoor de hoeveelheid waterstofionen sterk toeneemt of sterk fluctueert.

Als er geen waterstofcarbonaten zijn en er dus sprake is van 0 KH, dan verliest de pH sowieso zijn betekenis. Een beetje surplus aan waterstofionen zorgt voor een relatief sterke pH daling. En dat terwijl er maar sprake is van een beetje surplus. De pH waarde is dus eigenlijk niet zo veelzeggend bij een lage KH (dKH onder de 1).

Het belang van alkaliteit is dus volledig verbonden aan pH. Wat het belang een invloed is van pH op het leven in een aquarium lees je in het artikel over pH in een aquarium.

Dit artikel gaat over alkaliteit. Carbonaten vormen daarnaast ook een koolstofbron. Tijdens nitrificatie wordt 7,14 mg alkaliteit als CaCO3 vernietigd voor elke milligram ammoniumionen die worden geoxideerd. Gebrek aan carbonaathardheid zal de nitrificatie doen stoppen. Over tijd zal de KH dus dalen en wordt nitrificatie problematisch. Een zekere hoeveelheid carbonaten en bicarbonaten zijn gewenst. 5dKH is prima.

Dus geen nitrificatie bij een lage of gebrek aan carbonaten. Dit klopt ook weer niet helemaal. Ten eerste wijst een gebrek aan carbonaten vaak ook op een gemiddeld wat lagere pH. En dan wordt ammoniak, ammonium. Dat is veel minder gevaarlijk dan ammoniak. Althans, ammonium zal de kieuwen van een vis niet passeren.

Daarnaast zijn er weer andere type micro-organismen die wél in een zeer zacht milieu kunnen functioneren.

Wat is dan wijsheid? Als richtlijn doe je er niet onverstandig aan om, met name, dieren het milieu te geven waar ze vandaan komen. Een vissoort uit een zachtwater milieu geef je zacht water. Zelf houd ik onder meer vissen van het geslacht Parosphromenus die van nature voortkomen in wateren zonder KH. Die geef ik ze dan ook niet.

Berekening van de KH waarde

Alkaliteit of KH wordt vaak uitgedrukt in Duitse graden. De definitie voor dKH verwijst naar de hoeveelheid carbonaat in termen van 17,86 mg/l (ppm) calciumcarbonaat, CaCO3 .

Van deze 17,86 mg is 7,14 mg calcium (zie hardheid, GH). Dan blijft er 10,71 mg/l carbonaat (CO3) over. Dus 1 dKH is ook 10,71 ppm carbonaat, CO3.

In kraanwater en aquariumwater komt carbonaat hoofdzakelijk voor als waterstofcarbonaat. De omzetting van carbonaat, CO3, naar bicarbonaat HCO3 is CO3 + H2O + CO2 = 2 HCO3.

1 carbonaat ion staat dus gelijk aan (ongeveer) 2 waterstofcarbonaat ionen. 

Dus 1 dKH = 21,8 mg/l waterstofcarbonaat, HCO3

Zoek online eens naar jouw kraanwater leverancier en download het rapport waarin de inhoud van jouw kraanwater staat beschreven. Zie het artikel over kraanwater voor een aquarium. In mijn kraanwater zit 115 mg/l waterstofcarbonaat. Als ik dit deel door 21,8 mg/l, kom ik uit op 5.3 dKH.

Blijf scapen,
Ruud

PS. Heb je vragen of opmerkingen? Stuur me gerust een bericht:


Over Nature Scapes  | Privacy by design