CO²-Berechnung aus KH und pH

In unseren Aquarien herrscht ein komplexes Gleichgewicht zwischen den wichtigen Parametern CO², KH- und pH-Wert. In unserem kleinen Betrag wollen wir die dieses Zusammenspiel näher bringen.

Einführung: Chemie der Säuren

Gibt man Säuren in Wasser ionisieren sie. Bei starken Säuren wie HCl tritt eine komplette Ionisierung auf und es entsteht H+ und Cl. In der Chemie wird die Reaktion mit einem Pfeil dargestellt:

HCl ⇒ H+ + Cl-

In unserem Aquarium haben wir es mit gelöstem CO2 zu tun:

H2O + CO2 ⇒ H2CO3

Im Gegensatz zu starken Säuren ist das gelöste H2CO3 eine schwache Säure und nur teilweise ionisiert. Ein Teil liegt im Wasser also als H2CO3 und ein anderer Teil ionisiert als H+ und HCO3 vor. Da beide Teile im Gleichgewicht sind, wird ein Pfeil in beide Richtungen verwendet:

H2CO3 ⇔ H+  + HCO3-

Wie erwähnt ist das System im Gleichgewicht. Das heißt, dass sich ein festes Verhältnis zwischen beiden Seiten einstellt:

Konstante = K = ([H+] * [HCO3-]) / [H2CO3]

Wobei [H+ ], [HCO3 ] und [H2CO3] die Konzentrationen der jeweiligen Stoffe sind.

Das Aquarium als chemischer Puffer

Der pH Wert errechnet sich in einem solchen System zu

pH = pK + log([HCO3-] / [H2CO3])

Bei pK handelt es sich um einen Wert der je nach Säure unterschiedlich ist und leicht von der Temperatur abhängt. Werte für H2CO3 können der folgenden Tabelle entnommen werden:

Temperatur 15° 20° 25° 30°
pK 6.42 6.38 6.35 6.33

Da die Schwankung mit der Temperatur nur gering ist nehmen wir im folgenden einen pK von 6.35 an. Das heißt wenn die Konzentration von [HCO3 ] und [H2CO3] gleich groß ist, dann gilt

pH = 6.35 + log([HCO3-] / [H2CO3]) = 6.35 + log(1) = 6.35

Bei pH-Werten oberhalb von 6.35 liegt mehr Hydrogencarbonat HCO3 vor und bei kleineren pH-Werten mehr H2CO3.

Der Zusammenhang mit der Karbonathärte

Das oben für die Berechnungen verwendete Hydrogencarbonat HCO3  ist genau das Salz, dessen Konzentration die Karbonathärte definiert.

Deshalb lässt sich der pH-Wert auch durch die Karbonathärte ausdrücken:

pH = 6.35 + log(15.664 * dKH / CO2)

In obiger Formel ist nun die deutsche Karbonathärte anzugeben und die Menge an COmg/l.

Für eine Karbonathärte von 8° und eine CO2 Menge von 10mg/l ergibt sich ein pH-Wert von 7,4.

CO²-Zugabe zum Ändern des pH-Wertes

Wenn CO2 im Aquarienwasser gelöst wird, dann wird der Wert im Logarithmus kleiner und somit der pH-Wert geringer. Aus der Formel ergibt sich auch die Tatsache, dass bei einer höheren Karbonathärte deine größere Zugabe CO2 an notwendig ist um den gleichen Effekt zu erreichen wie bei kleinen Karbonathärten.

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