III.


TVRDOST

Co je to?
Tvrdost vody není úplně jasný pojem – rozumí se jím buď obsah Ca2+, Mg2+, Ba2+ a Sr2+ (případně i dalších dvou- a vícemocných kationtů), nebo častěji jen množství rozpuštěného vápníku a hořčíku, tj. součet Ca2+ a Mg2+. Ve většině vod také tyto prvky naprosto dominují, takže ostatní můžeme zanedbat a na definici až tak nezáleží. Na tvrdosti vody se podílí větší měrou vápník (poměr Ca:Mg je ve většině přirozených vod 2:1 až 4:1).

Do vody se vápník a hořčík dostávají rozpouštěním některých minerálů, nejčastěji vápence (CaCO3), dolomitu (CaCO3.MgCO3), magnezitu, sádrovce a mnoha dalších. Tyto minerály jsou ve vodě prakticky nerozpustné, rozpouští je však kyselina uhličitá, která vzniká ve vodě reakcí s CO2. Tady je příklad rozpouštění vápence:

CaCO3 + H20 + CO2 = Ca(HCO3)2
Hydrogenuhličitan vápenatý je dobře rozpustný a ve vodě disociuje, takže můžeme reakci zapsat i takto:
CaCO3 + H2CO3 = Ca2+ + 2HCO3-
Při reakci se do vody dostávají samozřejmě nejen kationty Ca2+, ale také anionty (v tomto případě vznikne HCO3-). Většina tvrdosti je v přirozených vodách způsobena uhličitany, v menší míře sírany, příp. dalšími látkami – důležité ale je, že pojem „tvrdost“ se týká právě jen kationtů, bez ohledu na to, z jaké sloučeniny pocházejí.
Podle množství CO2, které závisí na pH (viz článek o CO2), na teplotě a tlaku nebo na vnějším zdroji, dochází buď k rozpouštění vápníku, nebo k jeho zpětnému vysrážení. Toho můžeme být svědky i v akváriu při tzv. biogenním odvápnění (viz tento článek).

Jednotky, v kterých se tvrdost udává, se liší jak v různých zemích, tak v různých odvětvích. V akvaristice se u nás a ve střední Evropě nejčastěji používají tzv. německé stupně (v češtině někdy °n, N, jinak běžněji dGH nebo také dgH, °GH, °dH či °DH = deutsche Härte), jinde zase stupně americké (DH = Degrees of Hardness!), francouzské nebo anglické (Clarkovy). Často se také používají jako jednotky ppm (pars per milion, odpovídá množství vyjádřenému v mg/l), zejména v USA. Odborná literatura zase vyjadřuje často tvrdost v mval/l a čím dál tím častěji se objevuje v akvaristických kruzích volání po nutnosti sjednocení terminologie a hlavně ujasnění si pojmů – mval/l je prosazováno jako nejlepší vyjádření.
Celá záležitost je komplikovaná i tím, že jediným údajem vyjadřujeme sumu dvou kationtů, přičemž se obvykle Mg2+ převádějí na ekvivalentní množství Ca2+ a německá stupnice je pak dokonce sestrojena na základě množství CaO (1 dGH odpovídá 10 mg CaO/l). Jiné stupnice zase kalkulují s ekvivalnty CaCO3.
Tabulku pro převod jednotek a zjištění skutečného množství Ca2+ a Mg2+ najdete na konci článku.

Význam:
V přírodě najdeme vodu jak velmi měkkou, tak velmi tvrdou – vše záleží na tom, s jakými minerály přišla voda do styku. Vodovodní voda bývá jen zřídka velmi měkká, spíše je středně až velmi tvrdá. Vápník i hořčík jsou prvky velmi důležité pro živé organismy, jak pro živočichy, tak pro rostliny. Významně ovlivňují metabolismus organismů, nesprávné množství Ca2+ a Mg2+ může narušit činnost vnitřních orgánů. Tvrdost je třeba brát v potaz i při podávání některých léčiv, protože jejich účinek na ní může záviset – viz sekci OSMOTICKÝ TLAK (článek se připravuje).
I při běžném chovu musíme respektovat rozpětí tvrdosti, na které jsou ryby adaptované – v opačném případě se jim nedaří, jen přežívají a jsou náchylné na choroby, příp. se špatně rozmnožují (nebo nerozmnožují vůbec). Obecně platí, že např. živorodkám vyhovuje tvrdší voda, tetrám zase měkčí, cichlidy mají zástupce v obou skupinách (ale neplatí třeba běžně tradované tvrzení, že v afrických jezerech je voda tvrdá – je alkalická, ale množství Ca2+ a Mg2+ může být nízké) - ale každopádně je nutné si požadavky zjistit u každého konkrétního druhu ještě předtím, než si ho pořídíme.
Je třeba si uvědomit, že tvrdá voda znamená vždy vyšší vodivost, vyšší osmotický tlak a ovlivňuje i příjem dalších prvků membránami. U ryb se nevhodné hodnoty projeví poškozením kůže, ploutví a žaber.
Nejčastěji si všimneme nedostatku obou prvků na rostlinách (častěji chybí hořčík) – viz přehled symptomů rostlin, na chybějící vápník nás upozorní i ulity plžů – začínají se na nich objevovat malé dírky, později celé ulity křehnou a rozpadají se.
Nadbytek Ca2+ a Mg2+, tedy příliš tvrdá voda, má zase jiná úskalí – tvrdá voda znemožňuje vývoj jiker řady druhů působením na jejich membránu. Některé ryby, pocházející např. z Amazonie nebo z JV Asie, rozmnožíme úspěšně jen ve velmi měkké vodě (<2 dGH). Negativně reagují na tvrdou vodu některé náročné druhy rostlin, je porušený příjem dalších prvků, například draslíku.
Najdeme-li u nějakého druhu rostliny nebo živočicha údaj o tom, že vyžaduje tvrdou nebo měkkou vodu, vždy se tím myslí tato tvrdost a ne tzv. uhličitanová nebo jiná (viz poznámka níže).

Měření:
Měření tvrdosti provedeme běžnými akvaristickými testy (občas označované jako testy „celkové tvrdosti“ nebo „GH testy“, GH=gesamthärte). K vodě přidáme podle pokynů určité množství činidel a pak přidáváme roztok po kapkách, které počítáme až do změny zbarvení. Přesnost testů je obvykle 0,5 dGH, což pro běžné účely stačí, pro přípravu velmi měkké třecí vody ale potřebujeme přesnější metody.

Výsledek (v německých stupních a v ppm CaCO3) interpretujeme takto:
0–4 dGH / 0–70 ppm ...velmi měkká voda
4–8 dGH / 70–140 ppm ...měkká voda
8–12 dGH / 140–210 ppm ...středně tvrdá (polotvrdá) voda
12–18 dGH / 210–320 ppm ...tvrdá voda
18–30 dGH / 320–530 ppm ...velmi tvrdá voda

Z výsledku běžných testů není možné určit, jaký podíl tvrdosti připadá na Ca2+ a jaký na Mg2+, stanovuje se suma obou kationtů.

Tvrdost vody je stabilní parametr, který nekolísá během dne, i když určitou závislost na množství CO2 ve vodě má. Je tedy jedno, v kterou denní dobu měříme. Většinou se významně neliší tvrdost naměřená ve vstupní vodě a v akváriu. Pozor ale, pokud neměníme pravidelně vodu, ale jen doléváme za vodu odpařenou. Výparem se voda v akváriu relativně obohacuje o rozpuštěné látky, takže časem se může voda stávat tvrdší. Protiváhou této kumulaci látek je činnost rostlin, které zase prvky odčerpávají. Množství spotřebovaného Ca2+ a Mg2+ je ale obvykle zanedbatelné (viz experiment popsaný na Kribu).

Úprava:
Opět platí, že nejlepší možnou cestou dosáhnutí optimální tvrdosti pro naše ryby a rostliny je prostě zvolit si takové druhy, kterým vyhovuje naše vodovodní voda. Jakékoliv úpravy znamenají nutnost testování a neustálého monitorování parametrů a také dělají složitějším tak základní a jednoduchý úkon údržby akvária, jakým je pravidelná výměna vody.
Úprava tvrdosti patří mezi ty snadnější – v tom smyslu, že na rozdíl od pH nebo alkality nedochází ke kolísání tvrdosti při pouhém styku vody se vzduchem nad hladinou. Ca2+ a Mg2+ nám do vzduchu nevyprchají. Ale pozor, množství rozpuštěného a vysráženého vápníku a hořčíku závisí na množství CO2 obsaženého ve vodě, jak už jsem zmínila v úvodu, takže při poklesu množství CO2 se mohou kationty Ca2+ a Mg2+ vysrážet, čímž tvrdost klesne. Při úpravě tvrdosti mějme tedy na paměti, že může dojít i k ovlivnění alkality nebo pH, a naopak při úpravě těchto parametrů je často změněna i tvrdost vody.

Snižování tvrdosti musí předcházet ujištění, že štěrk a kameny použité v akváriu neobsahují vápník nebo hořčík. To je častou příčinnou nezdaru v jakýchkoliv pokusech o snížení tvrdosti. Stačí na vzorek kápnout trochu octu, pokud zašumí, musíme štěrk (kámen) vyměnit. Samotné snížení tvrdosti můžeme provést těmito způsoby:
1) ředěním vstupní vody s vodou demineralizovanou, destilovanou nebo jinak technicky připravovanou. Pozor na běžné domácí změkčovače vody – většinou fungují tak, že Ca2+ a Mg2+ nahrazují dvěma kationty Na+. To nás sice zbaví tvrdosti, ale vzroste celková mineralizace a vodivost, což rybám vyžadujícím měkkou vodu rozhodně neprospěje. Proti vodnímu kameni sice tyto změkčovače zabírají, ale potřebujeme-li připravit vodu do akvária, sodík není řešením!!! Ředěním samozřejmě měníme i veškeré další parametry vody.
2) ředěním s vodou dešťovou, příp. s rozpuštěným sněhem: obdoba předchozího, tento způsob je méně spolehlivý (kolísající parametry dešťové vody, riziko obsahu škodlivin), zato levnější. Eventuálně je možné nechat částečně zmrznout vodu v láhvi a použít roztopený led (zbylou ještě nezmrzlou vodu vylít) – efekt může být ale slabý.
3) s použitím rašeliny: tahle metoda v sobě zahrnuje i snížení pH a alkality. Více o tom v samostaném článku. V menší míře okyselují vodu i výluhy z kořenů nebo z tlejícího listí.
4) tvrdost mohou odčerpávat i rostliny (a také plži na stavbu ulit), ale měníme-li často vodu, je tento vliv většinou zanedbatelný
5) převaření, které má odstranit část tvrdosti způsobenou uhličitany (označovanou jako přechodná - viz poznámka níže), moc dobře nefunguje. Dojde při něm k vyprchání CO2 z vody, tím pádem se vysráží CaCO3. Testem tak zjistíme nižší tvrdost, ale pozor, vysrážené uhličitany jsou pořád ve vodě a pokud je nějak neodfiltrujeme, po zpětném obohacení vody o CO2 (po vychladnutí v průběhu cca 48 hodin) se zase znovu rozpustí. Nicméně část CaCO3 se usadí na stěnách nádoby (vodní kámen), takže stačí vodu slít a nechat vychladnout jinde. K účinnému vysrážení je potřeba alespoň několikaminitový var.

Zvyšování tvrdosti je možné přidáním některých sloučenin, které uvolňují kationty Ca2+ a Mg2+. Jsou to buď:
1) různé minerály - jednoduše vložíme do akvária kus vápence nebo dolomitu (stejně tak poslouží různé ulity, škeble nebo drcený korál, které tvoří z velké části CaCO3) – ale je nutné počítat s tím, že čím vyšší pH, tím hůře se vápenec bude rozpouštět
2) čisté chemikálie: MgSO4.7H20, CaCl2, práškový CaCO3, přípravky pro mořskou akvaristiku atd.
Vždy je třeba vzít do úvahy, že kromě kationtů (=tvrdosti) se voda obohacuje i o anionty, které mohou různým způsobem ovlivňovat alkalitu, pH a další vlastnosti vody – podle tohoto kritéria pak vybíráme, jakou látku použít.
Při zvyšování tvrdosti samozřejmě zvyšujeme i vodivost, resp. celkovou mineralizaci vody.

Důležitá poznámka:
V akvaristických kruzích se s železnou vytrvalostí hovoří o tzv. tvrdosti celkové, uhličitanové, přechodné, stálé, síranové atd. Je třeba si uvědomit, že „tvrdost“ vody je jen jedna (a to právě ta „celková“) - všechny ostatní veličiny označují množství některých látek, ale s tvrdostí jako takovou (obsahem Ca2+ a Mg2+) nemusejí mít nic společného. Navíc počítání těchto „tvrdostí“ je jen hypotetické, skutečně je změřit akvaristickými testy neumíme (popravdě řečeno, k ničemu by nám to ani nebylo). Význam mají pro nás jedině výsledky testu tzv. uhličitanové tvrdosti, které ale ve skutečnosti měří alkalitu - ta se skutečnou uhličitanovou tvrdostí nemusí vůbec souviset (více v článku o ALKALITĚ). Jak jsem psala v úvodní kapitole o vodě, rozpuštěné látky se vyskytují ve vodě samostatně jako kationty a anionty a není možné dávat do souvislosti jablka a hrušky – druhou polovinu sloučeniny totiž můžeme jen odhadovat.

Výpočty a převody jednotek:
německý ° ppm mval/l anglický ° francouzský ° americký °
německý ° (dGH) 1 17,86 0,357 1,25 1,78 1,04
ppm 0,056 1 0,02 0,07 0,1 0,058
mval/l 2,8 56 1 3,5 5 2,91
anglický ° 0,8 14,3 0,286 1 1,43 0,85
francouzský ° 0,56 10 0,2 0,7 1 0,58
americký ° 0,96 17,2 0,345 1,2 1,72 1

Tabulky se nemusíte lekat, v naprosté většině případů nám postačí převod mezi německými stupni, ppm a mval/l. Například 1 dGH odpovídá 17,86 ppm CaCO3.

Abychom mohli počítat se skutečným množstvím Ca2+ či Mg2+, nikoliv CaCO3 nebo CaO, je ještě třeba znát tato čísla:
1 dGH odpovídá 7,143 mg Ca2+ nebo 4,3 mg Mg2+
1 mg Ca2+ odpovídá 0,05 mval/l Ca2+ (nebo 0,14 dGH)
1 mg Mg2+ odpovídá 0,082 mval/l Mg2+ (nebo 0,22 dGH)
1 mg CaCO3 obsahuje 0,4 mg Ca2+

na další část >>


© 2005 Markéta Rejlková