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alcalinita' (KH)

Da quanto abbiamo detto nella sezione precedente è evidente che che il pH è un parametro sottoposto a diverse variazioni dovuto a diverse variabili. Tuttavia è un fattore di estrema importanza per il corretto funzionamento del metabolismo cellulare degli organismi e pertanto deve necessariamente trovarsi in un preciso range di valori, nè troppo acido nè troppo basico (ovviamente ogni specie ha il suo range, definito dalle carattersitiche ambientali in cui la specie si è evoluta). Ma come fa il pH a restare in questo preciso gruppo di valori? Come possiamo rendere il pH un valore stabile?

Inevitabilmente quando si entra a far parte del mondo degli acquari ci si imbatte nel famoso KH. prima di iniziare distruggiamo un mito. il KH inteso in acquariologia non è il KH scientificamente intenso. ciò che misuriamo noi acquariofili è l'alcalinità. che poi erroneamente la si indichi come KH è tutta un'altra storia. lo vedremo meglio nel seguito di questa sezione. Ora facciamo un passo indietro.
L'acqua come abbiamo visto, e come è facilmente intuibile, non è mai H₂O pura (se non nel caso dell'acqua distillata), ma è costituita da un infinità di altre sostanze, quali ioni, molecole complesse...
si definisce durezza la quantità di elementi alcalino-terrosi (II gruppo della tavola periodica) presenti in soluzione come bicarbonati o altri sali (solfati,nitrati...). Tra tutti questi sali, vengono considerati in acquario solo i bicarbonati, e tra questi solo quelli di calcio (Ca(HCO₃)₂) e magnesio (Mg(HCO₃)₂) poichè la concetrazione di altri sali è cosi esigua da poter essere considerata trascurabile.
Comunque sia si definiscono tre tipi di durezza:

Durezza carbonatica o temporanea: è il contenuto di bicarbonati di calcio e magnesio. Viene misurata in mg/L di CaCO₃ (carbonato di calcio). Viene definita temporanea perchè se la soluzione viene fatta bollire, la temperatura provoca la rottura della molecola di bicarbonato portando alla liberazione di CO₂ e alla precipitazione dei carbonati in CaCO₃ e Mg(OH)₂. Quindi la durezza carbonatica dopo l'ebollizione è pari a zero. ogni qual volta mettiamo a bollire l'acqua della pasta si forma sui bordi della pentola una crosticina bianca, quelli sono i carbonati formatesi a causa dell'ebollizione. la durezza carbonatica è IL KH scientificamente inteso. 1 KH = 17,85 mg/L CaCO₃
Durezza permanente: è la concentrazione di Ca²⁺ e Mg²⁺ sottoforma di altri sali diversi dal bicarbonato (solfati,cloruri,nitrati...). è quello che rimane dopo l'ebollizione.
Duerzza totale: la somma tra la durezza permanente e quella temporanea. è il valore del GH, questa volta coincidente a quello misurato in acquario che definisce la durezza dell'acqua. 1 GH = 10 mg/L CaO .

come detto in precedenza i test in commercio utlizzati in acquariofilia non misurano nessuna delle appena citate durezze. I test del KH misurano l'alcalinità totale, ovvero la capacità tampone, ossia la capacità dell'acqua di opporsi a variazioni di pH in seguito all'aggiunta di elettroliti forti. Erroneamente molto spesso non si considera il concetto di alcalinità, anzi in acquariofilia il KH viene considerato appunto come durezza carbonatica e non alcalinità. tuttavia siccome noi acquariofili siamo abituati a chiamarlo KH, mi riferirò all'alcalinità chiamandola KH. non dimenticate comunque che stiamo parlando sempre e solo di alcalinità e non di durezza carbonatica.
cos'è l'effetto tampone? cerco di spiegarvelo con un piccolo esempio inerente al contesto.
Quando introduciamo CO₂ si liberano ioni H⁺. cosi facendo la concetrazione idrogenionica (parolone che semplicemente indica la concentrazione di ioni H⁺) aumenta e il pH si abbassa. Ma se gli ioni H⁺ si legassero ad altri ioni ad originare una molecola stabile l'aumento di acidità sarebbe annullato. corretto,vero? questo è quello che accade con lo ione bicarbonato. H⁺ si lega ad HCO₃^- a dare acido carbonico (questa reazione l'abbiamo incontrata in precedenza, vedi il paragrafo sul pH). In tal modo il pH viene aumentato di poco, ovvero viene tamponato. Quindi in realtà il pH cambia perchè si viene ad instaurare un nuovo equilibrio ma non subisce brusche variazioni, come invece accadrebbe se non ci fosse nulla a tamponarlo. Quest'ultimo caso accade con acqua di osmosi, prive di ioni bicarbonato e di conseguenza prive di potere tamponante.

come già detto in precedenza ciò che misuriamo con i test del KH è appunto questa capacità. chimicamente misuriamo la concentrazione di HCO₃^- in soluzione. se vogliamo essere proprio pignoli siccome misuriamo solo la concentrazione di bicarbonati ciò che andiamo a rilevare è l'alcalinità carbonatica. Tuttavia il contenuto di altri ioni è cosi esiguo da poter assumere l'alalinità totale pari a quella carbonatica.

Per dare concretezza al discorso vediamo un esempio pratico tratto da un noto libro del settore, quindi con tutta una serie di sperimentazioni e misurazioni degne di valore scientifico.L'immagine sottostante raffigura l'andamento del pH misurato in varie ore del giorno in due laghetti, uno con alcalinità elevata e l'altro con alcalinità bassa.

Si nota subito che nell'acqua con bassa alcalinità la variazione di pH è molto più elevata rispetto all'altra con alcalinità elevata. Questo per via del potere tamponante appena discusso.in acquario queste oscillazioni sono molto più accentuate, essendo un sistema con una ben limitata portata d'acqua. un esempio?
Il fenomeno delle oscillazioni diurne di pH. esso accade anche all'interno del nostro acquario. anche se è limitato al fotoperiodo cui sottoponiamo le piante, il pH oscilla. questo effetto è una diretta conseguenza della fotosintesi clorofiliana operata dalle piante.

6 CO₂ + 6 H₂O + luce (energia) → C₆H₁₂O₆ (glucosio) + 6 O₂

Come forse tutti sanno, la fotosintesi comporta un utilizzo di CO₂. Come abbiamo visto in precedenza un consumo di CO₂ porta ad un consumo di ioni H⁺ e quindi ad un innalzamento di pH. La CO₂ è la principale fonte di carbonio per le piante e viene consumata completamente nel giro di poche ore di luce se non la si somministra attreverso un impianto. Terminata la CO₂ le piante ricercano carbonio sottoforma di bicarbonato. Cosi facendo anche l'alcalinità viene abbassata e il potere tamponante ridotto causando un ulteriore sbalzo di pH. Quando la luce è insufficiente alla fotosintesi le piante attuano la respirazione (in genere di notte). Omettendo complicati passaggi, di natura cellulare, la formula chimica basilare è:

C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ → 6 CO₂ + 6 H₂O + 2879 Kjoule (energia)

Come si nota uno dei prodotti finali è la CO2 che viene quindi rimessa in acqua. Contemporaneamete anche l'alcalinità viene ripristinata (l'aggiunta di CO₂ porta alla formazione di HCO₃^-). Quindi un consumo di ioni bicarbonato può avvenire nel caso in cui la CO₂ non venga somministrata o venga somministrata in quantità troppo esigue rispetto al carico vegetale da soddisfare. tuttavia è sempre consigliato tenere periodicamente sotto controllo il KH poichè anche se somministriamo CO₂ sufficiente un consumo di ioni bicarbonato da parte dele piante è sempre possibile.
Per questo motivo in acquario si consigliano valori di KH (alcalinità) che si aggirano tra 4-5 ma valori più alti garantiscono un maggior potere tamponante e quindi una maggiore stabilità. Per lo stesso motivo è altamente sconsigliato aggiungere CO₂ a pura acqua di osmosi, anche se non avrebbe alcun senso riempire una vasca di acqua di osmosi. Infatti essendo priva di sali (KH=0) non ha potere tamponante. Ne risultano variazioni estreme di pH.

veniamo ora al lato pratico, occorre a volte innalzare il KH, magari quando si prepara l'acqua di osmosi o per altre ragioni. l'alcalinità può essere aumentata con l'aggiunta di bicarbonati di sodio, facilmente reperibile, o di potassio, reperibile solo in faramacia. la differenza tra i due sta nello ione legatio al bicarbonato. infatti entrambi innalzano il KH in ugual modo, ma mentre il bicarbonato di sodio libera ioni sodio che in elevate concentrazioni può provocare scomapensi sia nelle piante che nei pesci (i pesci ne risentono molto di più), quello di potassio invece apporta K⁺. quindi oltre ad innalzare il KH aggiunge un prezioso elemento indispensabile soprattutto per le piante.

attenzione comunque, inserendo delle sostanze di questo tipo potremmo causare un aumento non trascurabile della conducibilità. se il nostro scopo è quello di innalzare il KH di 1-2 gradi sarebbe preferibile non utilizzare grossi dosi di bicarbonato di potassio il cui fine principale è quello di fertilizzare. un buon compromesso si ottinene inserendo settimanalmente nell'acqua dei cambi una certa quantità di bicarbonati (attraverso l'acqua di rete o bicarbonati) in modo da rigenerare il KH e mantenerlo stabile. usare il bicarbonato di sodio o di potassio è indifferente a patto che non si preparino delle miscele troppo concentrate (al fine di preparare tali miscele si rimanda al software calcolatore di sali, un discorso più approfondito sul come è possibile preparare miscele calibrate invece si trova alla pagina durezza totale (GH)).
ricordiamoci che aumentare il KH provoca un aumento di pH verso valori basici (HCO₃^- si lega allo ione idrogeno a formare la forma non dissociata di acido carbonico H₂CO₃).

occore invece a volte abbassare il KH. in questo caso l'unica soluzione è quella di effettuare dei cambi parziali con acqua d'osmosi. in questo caso la concentrazione di bicarbonati diminuirà e di conseguenza il KH scende. ciò provocherà un conseguente abbassamento di pH.

infine un KH alto non implica un pH basso o alto. il KH ha l'unica funzione di tamponare le oscillazioni del pH. modificare il valore del KH invece avrà necessariamente degli effetti anche sul pH.

la misurazione del KH avviene attraverso l'uso di reagenti a goccia e il confronto con la relativa scala cromatica. esistono delle sonde elettroniche ma, oltre a necessitare una certa conoscenza in elettronica per il suo utilizzo, personalmente hanno un costo proibitivo per i nostri scopi.

nel prossimo paragrafo vedremo come pH, alcalinità e CO₂ siano influenzati l'uno dall'altro.