II.

pH

Co je to?
Jak již bylo uvedeno, část molekul vody se vyskytuje v disociovaném stavu, tj. jako H⁺ a OH^-. V chemicky čisté vodě je koncentrace těchto částic 10^-14 mol/l, přičemž H⁺ i OH^- jsou zastoupeny rovným dílem. Koncentrace H⁺ je tedy 10^-7 mol/l. pH vyjadřuje záporný logaritmus této hodnoty:

V našem případě chemicky čisté vody je tedy pH rovno 7. Taková voda se nazývá neutrální. pH se vyjadřuje pomocí stupnice 0-14, neutrální hodnota je tedy uprostřed. Koncentrace H⁺ je ve jmenovateli rovnice, znamená to, že se snižující se koncentrací H⁺ hodnota pH stoupá a naopak! Logaritmická závislost zase určuje fakt, že při pH lišícím se o jeden stupeň se koncentrace H⁺ liší desetinásobně, při hodnotách např. 6 a 8 je pak rozdíl v koncentraci H⁺ už stonásobný. Voda s nadbytkem H⁺ se nazývá kyselá, resp. má kyselou reakci a pH nižší než 7 (čím dále od sedmičky, tím silnější kyselina). Pokud je H⁺ méně než odpovídá rovnovážnému stavu, pak je voda zásaditá a pH je větší než 7 (čím dále od sedmičky, tím je voda zásaditější).

Jak nastane stav, kdy je pH jiné než neutrální? Je k tomu zapotřebí nějaké kyseliny (látka která snižuje pH, protože dodává do vody H⁺) nebo naopak zásady (látka která zvyšuje pH, protože reaguje s volnými H⁺ a tím snižuje jejich množství). Už při dešti se ve vodě rozpouští CO₂, které reaguje s vodou za vzniku kyseliny uhličité: CO₂ + H₂O = H₂CO₃. Tím dochází k značnému poklesu pH od neutrální hodnoty – běžná dešťová voda má pH asi 5,6! Ve znečištěných oblastech s vyšší koncentrací oxidu siřičitého v ovzduší dochází k podobné reakci za vzniku kyseliny sírové. Taková srážková voda má pH velmi nízké (cca 3 nebo i méně) a je označována jako kyselý déšť.
Při styku s geologickým materiálem pak voda jakožto slabá kyselina rozpouští mnohé minerály. V oblastech s kyselými horninami (např. žula) se chemismus vody mění jen málo, naopak ve vápencových oblastech je množství takto rozpuštěných látek značné a výsledkem je voda s velkou tvrdostí a také vysokým pH.
Ve vodárnách je pak voda upravována tak, aby se dosáhlo vyššího pH. Kyselá voda by rychle korodovala materiál, z kterého je rozvodná síť. Vodovodní voda ve většině oblastí má pH 7-7,8, je tedy mírně zásaditá.

Význam:
pH vody je jedním z nejdůležitějších faktorů, který ovlivňuje život pod hladinou. Jeho hodnota ovlivňuje chemickou formu ostatních látek, které jsou v ní přítomny. Důsledkem toho je fakt, že při určité hodnotě pH mohou být prvky volně dostupné, nebo naopak vázané (např. Fe²⁺, klíčový prvek pro fotosyntézu rostlin, přechází při vyšším pH do vázané formy Fe³⁺, kterou rostliny nedokáží přijímat). Pro rostliny je jěště důležitější vztah pH a množství rozpuštěného volného CO₂.
Ryby ovlivňuje pH jednak přímo (změna pH = změna osmotického tlaku), jednak nepřímo díky již zmiňovanému ovlivňování formy rozpuštěných chemických látek. Velmi podstatný je vliv pH na dusíkový cyklus – při pH nižším než 7 je prudce je prudce jedovatý amoniak NH₃ přítomný v relativně neškodné formě NH₄⁺, při zvýšení pH nad neutrální bod se pak mění rychle na NH₃, což může mít fatální následky. pH také ovlivňuje činnost nitrifikačních baktérií.

V literatuře obvykle najdeme údaje, že pro ten který druh rostliny či živočicha je vhodné určité rozpětí pH. Pokud jde o rostliny, z těchto hodnot obvykle můžeme vyčíst, je-li druh schopný využívat HCO₃^- jako zdroj uhlíku, nebo nikoliv (viz článek o příjmu uhlíku). Pro příjem mikroprvků je obecně optimální pH 6,3-6,8; rostliny, které „preferují“ zásaditou vodu, si ve skutečnosti vybraly méně přijatelné prostředí prostě proto, že je tam nižší konkurence, i za cenu, že tam není dostupný volný CO₂. Tyto druhy obvykle dobře porostou i v mírně kyselé vodě, mají však vyšší potřebu Ca²⁺ a Mg²⁺ vzhledem k tomu, že pocházejí z tvrdých vod. Nižší pH jim však samo o sobě neuškodí. Naopak rostliny, které preferují kyselou vodu, jsou většinou neschopné přijímat HCO₃^- a v zásadité vodě budou trpět nedostatkem volného CO₂, což se projeví velmi pomalým růstem, stagnací nebo odumřením.
Také ryby se po dlouhou dobu vyvíjely v konkrétních podmínkách své domoviny a na určité pH jsou dobře adaptované.

Měření:
pH zjistíme velmi snadno pomocí kolorimetrického testu zakoupeného v akvaristice. Princip testu je následující: do vzorku testované vody přidáme určené množství činidla (obvykle určitý počet kapek), zamícháme a ve správnou dobu srovnáme zabarvení vzorku s přiloženou barevnou stupnicí. Provedení testu je jednoduché, je ale třeba vědět, že hodnota pH může během dne kolísat – viz CO₂ ve vodě – a opakovaný test je tedy nutné provádět ve stejnou denní dobu.
Hodnotu pH vodovodní vody můžete spolu s dalšími základními parametry zjistit v příslušné vodárně. Pozor na skutečnost, že v některých oblastech se může konkrétní zdroj vody a tím i její parametry v průběhu roku měnit.
Pro běžná rostlinná akvária by se měly hodnoty pH pohybovat v rozmezí 6,6-7,2; dobře může akvárium fungovat ale i mimo tyto hodnoty.

Ukázka stanovení pH (test Akvin od firmy Rataj):

Úprava:
Naměřenou hodnotu pH obvykle srovnáváme s „ideální“ hodnotou pro pěstování rostlin a chov ryb. Je třeba si ale uvědomit, že podmínky v přírodě nejsme schopni dokonale napodobit a pokoušet se o změnu chemických parametrů vody může být zbytečné riziko. Většinou platí, že upravovat pH se nevyplácí a je lepší nechat ryby ve vodě s hodnotou pH mírně odlišnou od „ideálu“, ale zato stabilní – tj. s takovým pH, jaké odpovídá naší zdrojové vodě. Při upravovaném pH je nutné při každé výměně vody provést znovu korekci, kolísání pH může totiž způsobit velké problémy. V některých případech (typicky v oblastech s velmi vysokým pH pro pěstování rostlin, nebo naopak nízkým pro chov afrických cichlid a nebo při snaze o odchov náročnějších druhů) je však úprava pH nevyhnutelná.

Snižování pH je možné několika velmi odlišnými způsoby – při všech je třeba počítat s pufrační schopností vody (viz sekci ALKALITA). Pro úpravu pH dobře pufrované vody totiž bude zapotřebí větší množství chemikálie (CO₂, kyseliny nebo rašelinného výluhu), nebo může být získané pH velmi nestabilní a bude mít tendenci se stále vracet k vyšším hodnotám. Máte-li vodu s vysokou pufrační kapacitou, musí úpravě pH předcházet snížení alkality.
1) pomocí CO₂: Teoreticky asi ideální způsob, ale prakticky dost náročný. Dodáváním CO₂ do akvária snižujeme pH velmi účinně. Navíc tím pracujeme přímo s uhličitanovým pufračním systémem a můžeme dál využívat Tillmanovu tabulku pro výpočet koncentrace CO₂. Regulace množství CO₂ ale není snadná a tato metoda může být dost nákladná. Nevýhodou je i fakt, že jakmile je dodávka CO₂ přerušena, začíná se pH posouvat nahoru. Více o tom v sekci o CO₂.
2) přidáním některé kyseliny (nebo komerčního přípravku ke snižování pH – princip je stejný): Na komerčních výrobcích bývá obvykle varování, že výsledek je úměrný pufrační schopnosti vody. Na tuto metodu se lze spolehnout jen pokud máme slabě pufrovanou vodu; v opačném případě se během několika hodin až dnů vrátí pH na původní hodnotu. Stejný problém je při použití některé kyseliny (nejčastěji H₃PO₄ nebo HCl). V tvrdé vodě je ale přece jen možné dosáhnout úspěchu, tj. snížit pH pomocí kyseliny a následně ho zafixovat přidáním kyselého pufru... samozřejmě je v tom háček. Jak komerční snižovače pH, tak kyselé pufry obsahují velká množství fosfátů... a řas se už nezbavíte. Alternativou je HCl, která může slavit dočasně úspěch i v tvrdé vodě – ale nadbytek chloridů akváriu určitě neprospěje a navíc pH nebude dlouhodobě stabilní.
Chcete-li se pokusit o snížení pH touto cestou, vyzkoušejte si dávkování nejprve na malém objemu vody, nikdy ne přímo v akváriu!!!
3) s použitím rašeliny: tahle metoda v sobě zahrnuje i snížení tvrdosti a alkality. Více o tom v samostaném článku. V menší míře okyselují vodu i výluhy z kořenů nebo z tlejícího listí.
4) smícháním s vodou s nízkým pH: např. s vodou dešťovou (pH většinou 5,5-7), deionizovanou (pH cca 5,5) nebo RO (z reverzní osmózy). Pochopitelně je nutné předem změřit pH obou zdrojových vod a pak je smíchat v požadovaném poměru.

Zvyšování pH je opět spojeno s pufrační kapacitou vody. Voda s nízkou alkalitou má tendenci držet pH v mírně kyselé oblasti, takže snaze o zvýšení pH musí předcházet zvýšení alkality. Často to postačí samo o sobě.
1) komerční přípravky na zvýšení pH obsahují často i pufr, takže jejich použití je spolehlivější než při snaze o snížení pH.
2) použití vápence nebo korálové drti: dojde ke zvýšení alkality a tvrdosti vody a následně i k vzestupu pH. Tato metoda je jednoduchá, spolehlivá a trvalá, ale je třeba nejprve pokusně zjistit to správné množství materiálu. Vápenec či korálovou drť můžeme dát na dno akvária, do filtru nebo zavěsit někam bokem do propustného sáčku. Podobně jako vápenec funguje dolomit.
3) použití jedlé sody (NaHCO₃): i tady se jedná o zvyšování alkality, ale tvrdost vody zůstane nezměněná. Zato pH stoupne až na 8,2 – podle množství, které použijeme. Podobně funguje i Na₂CO₃ a NaOH.
4) použití CaCl₂, MgSO₄ nebo mořské soli: ovlivňuje i tvrdost. Stejně jako u sody je nutné dávkování vyzkoušet nejprve mimo akvárium!
5) provzdušňování vody: může za určitých okolností vést k zvýšení pH, protože je z vody vyháněn přebytečný CO₂ (pokud tam ale byl – v jiných případech může být efekt opačný).

Poznámka:
Při měření pH a kontrole parametrů mějte na paměti, že pH vody v akváriu se s časem mění. Jak už jsem zmínila, kolísá během dne, ale ke značnému posunu může dojít i během měsíců a let provozu. Obvykle má tendenci klesat, tak jak se hromadí odpadní produkty. Dusíkaté sloučeniny totiž vodu okyselují. Ve slabě pufrované vodě při zanedbání výměny vody můžeme dokonce po jisté době zaznamenat hodnoty pH o dost nižší než 6!

na další část >>