Почему и как меняется PH

При подмене воды меняются параметры воды, на сколько сильно, можно увидеть из следующей статьи

Источник: http://www.aquaforum.lv/kb.php?mode=article&k=13

pH — активная реакция воды или кислотность

Как известно, химическая формула воды H₂O или, если угодно HOH. Структурно это выглядит так: H = O = H
Молекулы воды диссоциируют на ионы: положительный H⁺ и отрицательный OH^—.

В химически чистой воде количество положительно заряженных и отрицательно заряженных ионов одинаково, и их концентрация в одном литре равна 10^—7 моль/литр или 0,0000001 г/литр. Чтобы не писать числа с показателем степени, эту характеристику часто выражают через отрицательный логарифм концентрации ионов водорода, называя эту величину «водородным ателем» или кислотностью и обозначая ее рН:

pН = — lg[Н⁺]

Если в воду добавить кислоту, например соляную HCl, то ее молекулы в растворе тоже будут диссоциировать на ионы: положительный H⁺ и отрицательный Cl^—.

Концентрация положительных ионов возрастет, одновременно уменьшится концентрация отрицательных ионов OH^—, так как эти величины взаимосвязаны: чем больше одна, тем меньше другая, и наоборот. В результате кислотность раствора увеличится и pH упадет ниже 7. Если добавить щелочь, то процесс пойдет в обратную сторону, и pH будет увеличиваться.

Изменение значения рН на 1 соответствует изменению концентрации ионов в 10 раз, а на 2 — в 100 раз!. При рН 6 количество ионов Н⁺ в 10 раз больше, чем при рН 7.

Помните об этом, когда изменяете кислотность воды. Небольшие изменения в рН резко изменяют химию воды.

Пример: Предположим ваш аквариум имеет объем 100 литров. Показатель pH равен 7.0, концентрация ионов H⁺ 0.0000001 г/литр и вы хотите подменить в нем 30 литров воды.

pH подмениваемой воды равен 6.0, концентрация ионов в 10 раз больше, 0.0000001 г/литр.

Чтобы узнать pH воды после подмены, нужно определить количество ионов H⁺ в вашем аквариуме: в 100 литрах содержится 0.00001 г ионов H⁺ (100*0.0000001 = 0.00001 граммов). Сливаем 30 литров, получаем 0.000007 г ионов (0.0000001*70).

В в 30 литрах свежей воды содержится 0.000001*30 = 0.00003 г ионов H⁺. Смешиваем, получаем 0.00003+0.000007 = 0.000037 граммов ионов, их концентрация равна 0.00000037 г/литр, а итоговый pH = -lg (0.00000037) = 6.43

Помните, что эта зависимость не прямопропорциональная, а логарифмическая!

Например, если pH подмениваемой воды равен 8, то в итоге вы получите
pH = -lg (((100*0.0000001-30*0.0000001)+(0.00000001*30))/100) = 7.13

Если вы смените половину воды, получите

pH = -lg (((100*0.0000001-50*0.0000001)+(0.00000001*50))/100) = 7.26
Если вода в вашем аквариуме имеет pH=6, и вы подмение половину воды c pH=8, то в результате получите не среднеарифметический pH = (6+8)/2 = 7, а

pH = -lg (((100*0.000001-50*0.000001)+(0.000000001*50))/100) = 6.3

Меняя объемы и концентрации, вы легко сможете определить pH воды в вашем аквариуме после подмены.

При растворении в воде углекислого газ CO₂ образуется слабая угольная кислота H₂CO₃, которая сначала диссоциирует на ионы HCO₃^— и Н⁺, а затем происходит вторичная диссоциация иона HCO₃^— на ионы HCO₃^2— и еще один Н⁺, что значительно снижает кислотность.

kH — карбонатный буфер или временная жесткость воды

Жесткость воды определяется наличием растворенных в ней минералов и во многом определяет остальные свойства воды. Несмотря на огромное количество всяких растворенных в воде минералов, только некоторые определяют ее жесткость.

Жесткость воды делится на две части: постоянную — gH и временную или переменную (карбонатную) — kH. Карбонатная жесткость обусловлена присутствием в воде солей угольной кислоты кальция Ca (HCO₃)₂ и магния Mg (HCO₃), а точнее концентрацией ионов карбонатов CO₃^— и бикарбонатов HCO₃^—. Временной жесткость называется потому, что при кипячении гидрокарбонаты разлагаются, и образующиеся карбонаты кальция и магния в значительном количестве выпадают в осадок, а углекислый газ испаряется:

Ca (HCO₃)₂ = CaCO₃ + CO₂ + H₂O

Mg (HCO₃)₂ = MgCO₃ + CO₂ + H₂O

Выпадающий осадок образует так называемую накипь на стенках посуды, в которой кипятится вода. За счет кипячения и удаления гидрокарбонатов из воды она умягчается.

Карбонатная жесткость характеризует буферную способность воды противостоять изменению рН. Это происходит потому что ионы HCO₃^— связывают свободные ионы H⁺, происходит так называемая нейтрализация:

H⁺ + HCO₃^— = H₂O + CO₂

Когда количество свободных ионов H⁺ превысит количество ионов HCO₃^— , буфер заполнится и pH начнет снижаться. То есть этот процесс и происходит при добавлении в воду углекислого газа: сначала образуется угольная кислота, ионы H⁺ связываются буфером kH и pH при этом какое-то время остается постоянным. Потом количество свободных ионов H⁺ увеличивается и pH падает.

Почему при добавлении углекислого газа изменяется kH?

Это происходит потому, что, как уже было сказано, при подаче CO2 в воде образуется небольшое количество угольной кислоты (0.1-0.2%), она диссоциирует на ион H⁺ и бикарбонат HCO₃^— (основа KH), концентрации этих ионов увеличиваюется, что приводит к понижению рН и увеличению kH. Взаимосвязь {pH <-> KH <-> растворенный CO₂} является жесткой. В связи с тем, что pH в основном определяется наличием карбонатного буфера kH, количество подаваемого CO₂ зависит от того, какой нам нужен уровень pH.

Другими словами, значение kH — это количество бикарбонатов HCO₃^— в воде, которые нейтрализуют действие постоянно образующихся в аквариуме кислот, например нитратов, понижающих pH, удерживая тем самым pH от понижения. Соответственно чем больше бикарбонатов HCO₃^— в воде (путем подачи CO₂), тем ниже уровень pH и выше уровень kH.

Выводы

Таким образом из статьи можно сделать следующие выводы:

1. pH меняется при:

• подменах воды!
• при подаче CO2
• при накоплении в аквариуме

2. Рассчитать pH после подмены можно по следующей формуле:

pH = -lg (((V_{аквариума}-V_{подмены})*N^H+_{аквариума}+V_{подмены}*N^H+_{подмены})/V_{аквариума}),

где

N^H+ = 10^-7*10^{— (7-pH)}