pH-Wert Skala

Der pH-Wert des Wassers zeigt dessen natürliche Reaktion an, das heißt, ob das Wasser sauer, neutral oder alkalisch ist. Der pH-Wert ist aber keine Größe an sich, sondern muß im Zusammenhang mit anderen Faktoren betrachtet werden, insbesondere aber mit der Wasserhärte.

Der pH-Wert ist weder in der freien Natur noch im Aquarium ein konstanter Faktor, sondern ist durch Einflüsse der Witterung, des Wasserzuflusses, der Einlagerung von Stoffen, insbesondere aber durch den Kohlensäuregehalt und die diesen beeinflussende Assimilation der Wasserpflanzen (biogene Entkalkung und Kalkung) dauernden Schwankungen unterworfen. Dies sind um so stärker, je geringer der Gehalt des Wassers an gelösten Kalzium- und Magnesiumverbindungen ist, da diese in der Lage sind, starke Säuren und Basen auszugleichen, insbesondere aber auftretende Kohlensäureschwankungen zu binden (puffern).

Da die Kalzium- und Magnesiumsalze ausschlaggebend für die Härte des Wassers sind, ist damit zugleich gesagt, daß pH-Wert und Härte zwei eng miteinander verknüpfte Faktoren sind.

Die natürlichr Reaktion des Wassers wird bestimmt durch das Gewicht der darin befindlichen

  • freien, negativen Hydroxylionen (OH-)
  • freien, positiven Wasserstoffionen H+)

Durch eine Zahlenreihe von 1-14 wird das Gewicht der in einem Liter Wasser bei 20° C befindlichen Wasserstoffionen (elektrisch geladene Wasserstoffatome) angegeben. Das dabei nicht angegebene Gewicht der negativen Hydroxylionen steht dementsprechend im umgekehrtrn Verhältnis. In einem neutralen Wasser, also bei pH 7, halten sich die Wasserstoff. und Hydroxylionen die Waage. Ihr beiderseitiges Gewicht beträgt in diesem Falle 0,0000001 g (10 7g).

Die pH-Wert Skala geht von 1.14, wobei der Kürze halber lediglich der Nennwert des Ionengewichts angegeben ist. Hierbei bezeichnet pH 7 den Neutralpunkt, 1-6,99 den sauren, 7,01 -14 den alkalischen (basischen) Bereich. Da es sich bei den einzelnen Zahlenwerten der pH-Werte um potentielle Unterschiede handelt, können schon kleine Verschiebungen von großem Einfluß auf die im Wasser lebenden Organismen sein. Bei einer Erniedrigung des PH-Wertes um nur eine Einheit im sauren Bereich liegt bereits eine Verzehnfachung des Säuregehaltes vor,

Die Bedeutung des pH-Wertes für den Aquarianer:

Die meisten Fischarten leben in einem pH-Bereich von 6-8, der optimale pH-Wert ist von Art zu Art verschieden. Wird im Aquarium dieser pH-Bereich deutlich über- oder unterschritten, so können bei pH-Werten unter 5 Säureschäden bei pH-Werten über 9 Laugenschäden auftreten.

Die Säurekrankheit äußert sich durch ruckartige Schwimmbewegungen, Luftschnappen und durch das Bestreben, aus dem Wasser zu springen.

Die Laugenkrankheit zeigt sich durch das ausfasern der Flossen, Hauttrübungen, Verätzungen der Kiemen.

Neben diesen direkten Schäden durch extreme pH-Werte sind auch indirekte, oft noch schwerwiegendere Schäden möglich. So können im Wasser vorhandene Ammoniumverbindungen durch den pH-Wert-Anstieg in alkalische Bereiche zu giftigem Ammoniak umgewandelt werden und so zu Fischverlusten führen.

Bei ungewöhnlichem Verhalten der Fische unbedingt pH-Wert messen und bei extremen pH-Werten langsamen Wasserwechsel vornehmen. Um Fischverluste durch pH-Schwankungen zu verhindern, sind pH-Kontrollen in regelmäßigen Zeitabständen dringend erforderlich.

Der pH-Wert ist keine unveränderliche Größe im Aquarium, die von Anfang an feststeht, sondern wird durch die Lebensvorgänge im Aquarium beeinflußt.

 

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Pufferung:

Zum Glück befindet sich in fast allen Aquarienwässern ein System, das pH-Schwankungen nur in geringen Masse stattfinden lässt. Ein solches System wird pH-Puffer genannt.

Diese Puffer sind die Hydrogencarbonat.Ionen (HGO3), die bei der Messung der Karbonathärte bestimmt werden. Ein besseres Wort für Karbonathärte ist Säurebindevermögen (SBV). Die Messung der KH gibt uns also Auskunft über die Pufferkapazität des Aquarienwassers.

Werden dem Wasser z. B. Säuren (also Wasserstoffionen) in Form von Huminsäuren durch Torffilterung, von Kohlensäuredüngung, Ionenaustauschern und der dauernd im Aquarium stattfindenden Nitrifikation zugesetzt, so bilden sich aus den Wasserstoffionen und dem Hydrogencarbonat Wasser und CO2 (das zum größten Teil entweicht). Die Säuren werden also chemisch gebunden, was aber zur F0lge hat, daß die Menge an Hydrogencarbonat immer geringer wird.

Werden dem Wasser OH--Ionen zugesetzt, z. B. durch Denitrifikation, so bilden sich aus den OH--Ionen und den Hydrogencarbonationen Wasser und Carbonationen.

Der pH-Wert bleibt in beiden Fällen praktisch konstant, weil die H+- oder OH--Ionen durch die chemische Umwandlung mit den Hydrogencarbonationen unwirksam geworden sind.

Problematisch wird es also erst, wenn die Hydrogencarbonationen durch die Umsetzung mit den Wasserstoffionen verbraucht worden sind und die Karbonathärte 0 beträgt. Dann bleiben die H+-Ionen in freier Form im Wasser und der pH-Wert fällt in saure Bereiche, es kommt zum Säuresturz.

Diese Probleme lassen sich leicht durch rechtzeitiges bzw. regelmäßigen Wasserwechsel lösen.

Sehr weiches Wasser, d.h. einer Karbonathärte von 0-2° kann durch Zusatz von käuflichem Natriumhydrogencarbonat die Pufferkapazität des Aquarienwassers erhöhen.

0,3g Natriumhydrogencarbonat pro Liter Wasser ergibt 10° Kh.

Beeinflußung des pH-Wertes:

Um einen nachhaltigen Effekt der pH-Absenkung zu erreichen, ist es erforderlich, die Pufferkapazität des Wassers fast bis auf 0° KH zu senken. Das kann mit Säuren (also H+-Ionen) erfolgen. Der Nachteil der Säureabgaben besteht darin, daß plötzlich hohe Konzentrationen von Kohlensäure (CO2) entstehen, die toxisch für die Fische sind. Diese Methode kann daher nur außerhalb des Aquariums erfolgen. Das Wasser ist erst nach dem Austreiben des CO2 durch intensive Belüftung verwertbar. Ein weiterer Nachteil der Ansäuerung besteht darin das Probleme herbeischaffen. Organische Säuren wie Zitronensäure, essigsäure oder Ionenverhältnis des Wassers stark verändert wird. Je nach angewendeter Säure also deutliche Erhöhung des Chlorid-, Sulfat- oder Phosphatgehaltes, die wieder andere Weinsäure erzeugen einen ausgezeichneten Nährboden für die entsprechenden Bakterien, die sich dann im Aquarium explosionsartig vermehren und so als Sauerstoffkonkurrenten auftreten.

Eine gute Methode besteht in der Anwendung von Kunstharzionenaustauschern. Man entsalzt das Wasser völlig und mischt wieder entsprechend der gewünschten Karbonathärte mit dem Ausgangswasser.

Derartige Wässer mit geringer Pufferkapazität lassen sich gut auf pH-Werte unter pH 7 einstellen, z. B. durch Filterung über Torf, CO2-Düngung und Wasserzusätzen »Aqua Safe« oder »JBL Biotopol«.

Dies ist besonders für Züchter von Interesse, denn Erfolge lassen oft nur bei optimalem pH-Wert erreichen.

Die Veränderung des pH-Wertes und der Härte:

Das verwendete Leitungswasser ist meist alkalisch. Der saure Bereich des pH-Wertes wird durch Säuren verursacht, die teilweise in enger Wechselbeziehung zu den Bikarbonaten stehen. Es ist einleuchtend, daß wegen dieser Wechselbeziehung bei Absinkung der Pufferungskapazität des Wassers und Verbrauch der Härtebildner, der pH-Wert immer mehr in den sauren Bereich absinkt.

Die ständige Kalkaufnahme durch die Tiere, das Ausfällen des Kalkes im Bodengrund oder im Filter und der Verbrauch durch die ständig entstehenden Säuren entziehen dem Wasser ständig Kalk. Die Härte sinkt und der pH-Wert gleitet in den sauren Bereich ab.

Bei einem pH-Wert um 6,5 beginnt die Nitrifikation schlecht zu arbeiten und bei einem pH-Wert von unter 6 kann das Redoxpotential nicht mehr funktionieren; die Nitrifikation wird ganz eingestellt.

Bei den Um- bzw. Abbauvorgängen des Eiweißes entstehen ständig Säurereste, sodaß schließlich ein Mißverhältnis zwischen Säure und Härte entsteht, das für ein unkontrolliertes Absinken des pH-Wertes verantwortlich ist. In diesen Fällen ist die Pufferkapazität des Aquarienwassers erschöpft.

Im Seewasser darf er nicht unter 6 absinken, noch besser wäre, nicht unter 6,5. Als obere Grenze ist 7,5 bis 7,8 anzunehmen. Durch Pufferung mit einer gesättigten Kalklösung (Kalziumhydroxid) ist das zu tiefe Absinken vermeidbar. Die Pufferung muß insbesondere im Süßwasser sehr vorsichtig vorgenommen werden, damit es nicht zu pH-Sprüngen über 7,5 kommt.nFür das Seewasser gilt der Wert von 8,5.

Bei diesen pH-Sprüngen ändert sich der %-Satz zwischen Ammonium und Ammoniak, das 100 mal giftiger ist.

Die Tabelle gibt den %-Satz an giftigem Ammoniak bei den Verschiedenen pH-Werten an:

Durch Filtern über Torf bringen wir in das Wasser Huminstoffe und Huminsäuren, allgemeiner gesagt, organische Säuren, ein bewährtes Verfahren vor allem zur Fischzucht. In einem derart behandelten Aquariumwasser wird der pH-Wert nicht nur der Kohlensäure, sondern vor allem von Huminsäuren beeinflußt.

Durch biologische Einflüsse ist der Kohlensäuregehalt wenig stabil. Es können deshalb starke pH-Schwankungen auftreten, vor allem in einem weichen Wasser.

Huminsäuren jedoch können den pH-Wert im erwünschten schwach sauren Bereich festhalten.

Eine direkte Messung der Huminsäuren ist schwierig. Wir gehen deshalb einen indirekten Weg. wir entfernen aus dem Untersuchungswasser die Kohlensäure, indem wir die Wasserprobe (ein Glas randvoll füllen) etwa 15 Minuten lang kräftig durchlüften. Dadurch wird die Kohlensäure weitgehend entfernt. Messen wir anschließend sofort den pH-Wert, erfassen wir die Wirkung der Huminsäuren. Liegt der Meßwert noch im sauren pH-Bereich und ist der Unterschied im pH-Wert zwischen der belüfteten und unbelüfteten Wasserprobe kleiner als eine volle pH-Stufe, ist das Wasser wirklich huminsauer und enthält Kohlensäure in erträglichem Ausmaß.

Kalk bleibt nur dann gelöst, wenn eine bestimmte Menge freier Kohlensäure vorhanden ist, die sogenannte zugehörige oder Gleichgewichtskohlensäure. Wird nun dem Wasser diese freie Kohlensäure entzogen, z. B. durch die Wasserpflanzen, für deren Wachstum Kohlensäure lebenswichtig ist, dann verliert der Kalk einen Teil seines Gleichgewichts. Die Folge ist, der Kalk kann nicht mehr völlig gelöst bleiben, ein Teil davon fällt als festes Calciumkarbonat aus. Der Vorgang der Kalklösung verläuft also in umgekerter Richtung:

  • doppeltkohlensaurer Kalk, gelöst Ca(HCO2)2
  • Kohlensäureentzug - einfach Kohlensaurer Kalk, ungelöst = CaCO3 + Kohlen- + Wassersäure + CO2 + H2O

Durch diesen Prozess ist nun im Wasser neue freie Kohlensäure vorhanden, das Gleichgewicht zunächst wiederhergestellt. Da jedoch der Gesamtgehalt an Kohlensäure dabei vermindert wird (Aufnahme durch die Pflanzen), verschiebt sich der pH-Wert nach der alkalischen Seite. Bei einem Wasser mit hoher Karbonathärte, und dementsprechend hohem Gehalt an freier zugehöriger Kohlensäure, macht sich ein Hohlensäureentzug nicht wesentlich bemerkbar. Der pH-Wert ist deshalb recht stabil, er schwankt wenig.

Anders ist es in einem weichen Wasser mit geringer Karbonathärte. Solches Wasser braucht nur sehr wenig Gleigewichtskohlensäure. In einem weichen Wasser können die Wasserpflanzen sehr rasch die wenige Kohlensäure „wegfressen”, aus dem doppeltsauren Kalk entsteht deshalb sehr bald einfachkohlensaurer Kalk. Viele Wasserpflanzen (Elodea), haben einen derartigen Hunger auf Kohlensäure, daß sie es fertigbringen, auch noch dem einfachkohlensauren Kalk die chemisch gebundene Kohlensäure zu entziehen:

  • einfachkohlensaurer Kalk —› Kohlensäureentzug - Ätzkalk (Ca(OH2) + Kolensäure(CO2) 2CaCO3 

Die biologische Folge ist: Die Pflanzen haben zwar für sich Kohlensäure gewonnen, jedoch entsteht dabei im Wasser Ätzkalk! Durch die nun reichlich auftretenden OH-Ionen, bekanntlich Träger der alkalischen Reaktion, schnellt der pH-Wert des Wassers in den stark alkalischen Bereich empor. In Extremfällen kann durch die Ätzkalk-Wirkung der fischverträgliche pH-Wert von etwa 9,2 weit überschritten werden. Die Fische gehen dann an Erscheinungen der „Laugenkrankheit” ein, wie Verätzung der Kiemen und Flossen, Ausfaserung der Flossen durch Zerstörung der Flossenhäute. Laugenkrankheit ist vor allem in einem sehr weichen, karbonathärtearmen Wasser mit starkem Pflanzenbestand zu befürchten. In einem hartem Wasser dagegen bildet der Kalkvorrat einen Puffer gegen fischschädliche pH-Schwankungen.

Auch auf einem anderen, für die aquaristische Praxis genau so wichtigen Gebiet macht sich der Kalk bzw. die Karbonathärte als Puffer sehr bemerkbar. Eine schwach saure Wasserreaktion begünstigt die Pflege und Zucht vieler tropische Fische. Um nun den pH-Wert auf 5,5 - 6,5 herabzudrücken, wird dem Aquariumwasser eine Säure zugesetzt. Der Erfolg solcher Ansäuerung ist aber ganz unterschiedlich, das liegt zum entscheidenden Teil an der Pufferwirkung eines karbonatharten Wasser. Gibt man nämlich einem solchen Wasser z. B. Salzsäure zu, wird die im Calziumbikarbonat gebundene Kohlensäure durch die chemisch viel stärkere Salzsäure verdrängt. Die Salzsäure wird dabei gebunden, die Säurewirkung abgepuffert. Dafür wird die Menge an freier Kohlensäure im Wasser vergrößert. Bei der Ansäuerung eines karbonatharten Wasser mit einer starken Mineralsäure (Salzsäure, Schwefelsäure) wird soviel Kohlensäure in Freiheit gesetzt, daß für Fische die Gefahr einer Kohlensäurevergiftung entsteht.

Ein Ansäuern des Aquariumwassers durch Zusatz einer verdünnten Mineralsäure darf deshalb nur langsam im Verlauf mehrerer Stunden durchgeführt werden; dabei ist das Wasser kräftig zu belüften. Bei einem karbonatharten Wasser benötigt man große Säuremengen, um das Wasser dauernd in einem, schwach sauren Bereich zu halten. Durch den Säurezusatz steigt zugleich der Gehalt an Calciumchlorid (CaCI2) im Wasser an. Man erhöht also den Chloridgehalt und damit auch den osmotischen Wert des Wassers. Derartige Folgewirkungen können recht nachteilig sein. Es ist deshalb biologisch wenig sinnvoll, ein Wasser mit hoher Karbonathärte durch einen Salzsäurezusatz verbessern zu wollen. Nur ein Wasser mit geringer Karbonathärte kann biologisch wirkungsvoll angesäuert werden, wozu die Torffilterung besonders geeignet ist.

Die beschriebene Pufferwirkung der Karbonathärte ist für die aquaristische Praxis von fundamentaler Bedeutung. Die Höhe der Karbonathärte, ihr Zusammenspiel mit der Kohlensäure und die daraus entstehenden Folgewirkungen z. B. auf den pH-Wert sind der Angelpunkt für alle Maßnahmen, ein ungeeignetes Wasser durch technische Maßnahmen „aufzubereiten”, also in günstigem Sinne zu verändern und dadurch zu einem wirklichen Erfolg zu Kommen!

Zusammenfassung;

  1. Die Auffassung, daß ein Weiches Wasser zwangsläufig eine saure Reaktion, also einen pH-Wert unter 7 besitzen müsse, ist falsch.
  2. DieKarbonathärte des Wassers bildet einen Puffer gegen Veränderungen der Wasserreaktion. Je höher die Karbonathärte, desto stabiler ist der pH-Wert. Wasser mit höherer Karbonathärte können deshalb nicht in biologisch sinnvoller Weise zuverlässig—stetig in den schwach sauren Bereich mit pH unter 6,5 gebracht werden.
  3. Soll das zur Verfügung stehende Wasser aufbereitet werden, ist zuvor unbedingt die Gesamhärte und der Anteil der Karbonathärte zu bestimmen. Erst dann, wenn diese Werte genau gemessen vorliegen, kann das zweckmässigste Verfahren zur Wasseraufbereitung gewählt und mit Erfolg durchgeführt werden.