Karbonathärte

Definition der Karbonathärte

KH Karbonathärte
solut_rai / Pixabay

Die Karbonathärte (KH) ist ein Teil der Gesamthärte des Wassers. Die Gesamthärte setzt sich aus der Permanenthärte und der Temporärhärte, der hier beschriebenen Karbonathärte, zusammen. In deutschem Leitungswasser beträgt die Karbonathärte meistens ca. 60 % der Gesamthärte.

Die Karbonathärte ist der Gehalt an Erdalkali-Ionen, in der Hauptsache Magnesium (Mg) und Calcium (Ca) in Spuren Barium und Strontium, der zusammen mit Carbonat-Ionen (CO32-) und Hydrogenkarbonat-Ionen (HCO3), im Wasser gelöst sind. Die Karbonathärte umfasst also nur die Erdalkali-Ionen, die als gelöste Karbonate oder Hydrogencarbonate vorliegen. Karbonate sind chemische Verbindungen, die Kohlenstoff (C) und Sauerstoff (O) enthalten und Salze der Kohlensäure sind. Um als Karbonathärtebildner zu gelten, muss also jedes Karbonat- und jedes Hydrogenkarbonat-Ion ein Kalzium- oder Magnesium-Kation finden können.

Wird z. B. Natriumhydrogenkarbonat (NaHCO3) in Wasser gegeben, dessen Karbonathärte kleiner ist als die Gesamthärte, erhöht sich die Karbonathärte so lange, bis sie gleich der Gesamthärte ist. Weil die zugegebenen Hydrogenkarbonat-Ionen nun aber keinen Kalzium- oder Magnesiumionen zuzuordnen sind, steigt die Karbonathärte nicht weiter. Das zugebenene Natrium-Ion zählt nicht für die Härte, da es ein Alkali-Ion ist. Die Konzentration von Natriumhydrogenkarbonat kann also höher sein als die entsprechende Konzentration von Kalzium und Magnesium zusammen. Aber die Karbonathärte kann nicht weiter steigen, da keine weiteren Erdalkali-Ionen vorliegen.

Die Karbonathärte wird auch Temporärhärte genannt, weil es sich dabei um den Anteil an der Gesamthärte handelt, der durch Kochen des Wassers ausgeschieden wird. Beim Kochen werden die Hydrogenkarbonate in schwer lösliche Karbonate umgewandelt. Es setzt sich Kesselstein ab, eine Mischung aus Magnesium- und Calciumcarbonat.

Die Karbonathärte kann also bestimmt werden, indem die Gesamthärte vor und nach dem Kochen gemessen wird. Die Karbonathärte ist Gesamthärte vor dem Kochen – Gesamthärte nach dem Kochen. Die durch Kochen nicht zu beseitigende Härte ist die Permanenthärte. Vor mehr als 100 Jahren wurde die Karbonathärte so gemessen. Heute stehen Tropfentests sowohl für die Messung der Karbonathärte als auch für die Messung der Gesamthärte zur Verfügung. Bei den Tropfentests hat sich allerdings der einfache Test des Säurebindungsvermögens durchgesetzt. Da die Hydrogencarbonat-Ionen bei der Zugabe von stärkerer Säure nach und nach zersetzt werden, kann direkt gemessen werden, wie viel Säure benötigt wird um alles HCO3umzusetzen. Das ist bei einem pH von 4,3 erfolgt. Die meisten Tests sind somit ein pH-Indikator der bei pH 4,5 bis 4,3 seine Farbe ändert und eine definierte Säure, z. B. 1 Tropfen bedeutet bei 5 ml Wasser einen Wert von umgerechnet 1 kH. Da hier aber nicht die Partner des Hydrogencarbonats betrachtet werden, ist diese Messung nich 100 % korrekt. Da sie aber einfach ist, ist sie sehr verbreitet. Diese Testmethode heißt Säurebindungsvermögen (SBV).

© underdogstudios Fotolia.com
© underdogstudios Fotolia.com

Die Karbonat-Ionen und die Hydrogenkarbonat-Ionen bilden ein Gleichgewicht nach der Formel CO2 + H2O <-> H2CO3 <-> H+ + HCO3. Hier gilt das Massenwirkungsgesetz. Das Gleichgewicht hängt vom pH-Wert ab. Bei höheren pH-Werten steigt die Zahl der Hydrogenkarbonat-Ionen. Bei niedrigeren pH-Werten steigt die Zahl der Karbonat-Ionen. Bei einem pH-Wert von 10,3 liegen die Karbonat-Ionen und die Hydrogenkarbonat-Ionen in gleicher Konzentration vor.

Wird Kohlendioxid in vollentsalztes Wasser gegeben, z. B. in Osmosewasser, sinkt entsprechend der Formel der pH-Wert durch die entstehende Kohlensäure schnell auf etwa 4,5 ab. An diesem Punkt steht das gelöste CO2 mit dem Hydrogenkarbonat im Gleichgewicht.

Ist aber wasserunlöslicher Kalk im Wasser, entsteht durch eine Reaktion mit Kohlensäure wasserlösliches Kalziumhydrogenkarbonat Ca(HCO3)2 nach der Formel CaCO3 + H2CO3 <-> Ca(HCO3)2. Der pH-Wert steigt. Kalziumkarbonat im Wasser wirkt also zusätzlichem Kohlendioxid entgegen. Die Karbonathärte puffert den pH-Wert gegen plötzlichen Abfall.

Wird durch Belüftung oder Erhitzen Kohlendioxid aus vollentsalztem Wasser ausgetrieben, steigt der pH-Wert schnell an, weil Hydrogenkarbonat-Ionen verlorengehen. Bei vorhandener Karbonathärte, wenn also Ca(HCO3)2 im Wasser ist, wird ein Teil des Ca(HCO3)2 nach der Formel CaCO3 + H2CO3 <-> Ca(HCO3)2 in Kalk CaCO3 und Kohlensäure H2CO3 umgewandelt. Die Karbonathärte puffert also gegen den plötzlichen Anstieg des pH-Werts.

Weil bei pH-Werten unter 8,3 fast kein Karbonation CO32- mehr vorhanden ist, sind Karbonat-Ionen für die Aquaristik weitgehend uninteressant, sondern es wird praktisch nur das Hydrogenkarbonat-Ionen betrachtet.

Die optimale Karbonathärte

Der Wert der Karbonathärte für die Aquaristik liegt darin, dass sie den pH-Wert stabilisiert. Für die meisten Aquarien ist ein pH-Wert zwischen 3 und 10° dKH optimal. In der Regel hat eine höhere Karbonathärte einen höheren pH-Wert zur Folge (*weitere Säuren sind denkbar*). Sollen Fische gepflegt werden, die eine sehr niedrige Karbonathärte benötigen, müssen besondere Maßnahmen ergriffen werden, damit der pH-Wert stabil bleibt.

Maßnahmen, um den pH-Wert bei niedriger Karbonathärte stabil zu halten
  • Filterung über Torf
  • Geringer Fischbesatz, weil der Stoffwechsel der Fische den pH-Wert verringert
  • Wenige oder keine Pflanzen
  • Geringe Lichtstärke

Viele der sauren Gewässer in Südamerika weisen ebenfalls eine sehr geringe Fischdichte und fast keine Wasserpflanzen auf. Mit geringer Fischdichte ist nicht der cm Fisch auf 2l Beckenvolumen gemeint, sondern wirklich wenig Fische!

Pflanzen verbrauchen bei der Photosynthese Kohlendioxid. Bei großer Lichtstärke ist die Photosynthese entsprechend stark. Der pH-Wert schwankt im Verlauf des Tages stärker. Dabei darf nicht außer Acht gelassen werden, dass Pflanzen in der Nacht CO2 produzieren. Das ist zwar weniger als tagsüber wieder per Photosynthese verbraucht wird, aber doch merklich. Diese Verbrauch am Tag und die Produktion in der Nacht führen zu den Schwankungen, wenn das Becken nicht über einen entsprechenden Puffer verfügt.

Einige Pflanzen entziehen dem Wasser Hydrogenkarbonat-Ionen als Quelle für Kohlendioxid (biogene Entkalkung). Die Karbonathärte kann weiter sinken, bis der pH-Wert gefährlich instabil ist. Ein Verlust von 1° kH pro Tag ist dabei realistisch. Um Nitrat oder Phosphat aus dem Wasser zu verbrauchen, können deshalb auch einige Zimmerpflanzen – Efeutute oder Philodendron – genutzt werden. Auch bei Schwimmpflanzen, z. B. Muschelblumen, wird zumindest ein Teil des CO2 aus der Luft genutzt.

Biogene Entkalkung

Bei pH-Werten zwischen 7 und 8 zerfällt das Kalciumhydrogenkarbonat nach der Formel Ca(HCO3)2 <-> CaCO3 + H2CO3. Wenn der pH-Wert so hoch ist, dass sowohl Hydrogenkarbonat-Ionen als auch Karbonat-Ionen vorhanden sind, kann Kalk (CaCO3) ausfallen. Weil dazu auch viel Kalzium (Ca) vorhanden sein muss, kann das nur bei pH-Werten über 8,3 geschehen.

Bei starker Assimilation der Pflanzen kann der Kalk direkt auf der Blattoberfläche anfallen. Dieser Effekt wird biogene Entkalkung genannt. Bei biogener Entkalkung sinkt die Karbonathärte im Wasser bei gleichzeitig hohen pH-Werten. Einige Pflanzenarten, z. B. Wasserpest, entnehmen dabei benötigtes Kohlendioxid (CO2) aus dem Wasser auf. Biogene Entkalkung ist deshalb ein Anzeichen, dass eine zusätzliche CO2-Versorgung notwendig ist.

Zu erkennen ist die biogene Entkalkung an sandig-rauen Blättern. Wird das Blatt, z. B. einer Vallisnerie, durch die Finger gezogen, spürt man die vielen kleinen Calcit-Kristalle wie feinen Schmirgel.

„Aquaristische“ Karbonathärte = Säurebindungsvermögen

In der Aquaristik wird der Begriff Karbonathärte oftmals missverständlich verwendet.

Tests für die Karbonathärte in der Aquaristik messen alle Karbonat- und Hydrogenkarbonat-Ionen ohne Rücksicht auf die Erdalkali-Ionen. Gemessen wird also nicht die oben definierte Karbonathärte. Gemessen wird die Säurekapazität. Die Säurekapazität wird auch als Säurebindungsvermögen (SBV) bezeichnet.

Die Säurekapazität misst die Pufferkapazität des Wassers gegenüber Säuren. Sie bestimmt damit, wie stabil der pH-Wert ist. Die Säurekapazität gibt an, wie viel Säure benötigt wird, um bei einer bestimmten Wassermenge einen pH-Wert von 4,3 zu erreichen. Dabei wird in der Praxis meistens 0,1 mol/Liter Salzsäure zusammen mit einem Indikator, der bei pH 4,3 seine Farbe wechselt, verwendet.

In der Aquaristik wird die Karbonathärte deshalb häufig als der Gehalt an Hydrogenkarbonaten bezeichnet, die die Zugabe von Säure abpuffern können. Weil auch andere Kationen als Kalzium und Magnesium Hydrogenkarbonate binden, z. B. Natrium, ist die Karbonathärte nach dieser Definition mindestens ein Teil der Gesamthärte. Die Karbonathärte kann nach dieser Definition aber auch größer als die Gesamthärte sein. Eigentlich ist dann aber das Säurebindungsvermögen größer als die Gesamthärte.

In den meisten natürlichen Gewässern entspricht die Karbonathärte der Säurekapazität bis pH 4,3. Ausnahmen sind z. B. die Sodagewässer in Zentralafrika.

Mittel zur Erhöhung der Karbonathärte, wie KH-Plus, enthalten dementsprechend kein Kalziumsalz, das die Karbonathärte erhöhen würde. Sie enthalten Natriumhydrogenkarbonat und erhöhen das Säurebindungsvermögen. Da in der Regel die Gesamthärte hoch genug ist, d. h. genug Erdalkali-Ionen vorhanden sind, erhöht sich aber auch die Karbonathärte.

  • Die Karbonathärte ist immer kleiner oder gleich der Gesamthärte.
  • Die Karbonathärte ist nicht immer gleich dem Säurebindungsvermögen.
  • Das Säurebindungsvermögen kann höher sein als die Gesamthärte.
  • In der Aquaristik wird das Säurebindungsvermögen gemessen und als Karbonathärte bezeichnet.

Weil für die Aquaristik das Säurebindungsvermögen bzw. die Stabilität des pH-Werts die eigentlich für Fische und Pflanzen interessante Größe ist, kommt es durch die falsche Bezeichnung als Karbonathärte zwar immer wieder zur Verwirrung, aber normalerweise nicht zu kritischen Fehlern.

Die Karbonathärte aus der Säurekapazität berechnen

Auf Anfrage stellen die Wasserversorger kostenlos die Wasserwerte des Trinkwassers zur Verfügung. Die Karbonathärte kann aus der Säurekapazität berechnet werden:

  • Karbonathärte = Säurekapazität x 2,8

Steigende Karbonathärte

In einigen Aquarien ist die Karbonathärte höher als die Karbonathärte im Leitungswasser. Dabei handelt es sich in der Regel um einen normalen Vorgang, der keinen Grund zur Beunruhigung darstellt.

Ein biologisches Gleichgewicht kann nur entstehen, wenn in ein Aquarium nur vollentsalztes Wasser nachgefüllt wird, um verdunstetes Wasser nachzufüllen. Düngung, Beleuchtung und vor allem die Fütterung führen dem Aquarium immer neue Stoffe zu, die zu Konsequenzen bei der Wasserchemie führen und bestimmte Werte verändern können.

Faktoren, die die Karbonathärte erhöhen
  • Denitrifikation
  • CO2-Düngung
  • Viele schnellwachsende Pflanzen
Faktoren, die die Karbonathärte verringern
  • Starker Eintrag von Stickstoff
  • Mineralisation
  • Viele Schnecken

Durch starken Stickstoffeintrag entsteht Nitrat (NO3). NO3 verdrängt die Karbonathärte.

Bei der Mineralisation bzw. Nitrifikation durch Bakterien entsteht Nitrat. Durch Oxidation sinkt die Karbonathärte.

Bei der Denitrifikation bzw. Nitratatmung, wird Nitrat durch Bakterien unter Verbrauch von Sauerstoff in Nitrit und weiter in gasförmigen Stickstoff umgewandelt. Dabei wird Nitrat durch Karbonathärte verdrängt.

Eine Denitrifikation findet in Aquarien mit viel Mulm oder Filterschlamm statt. Auch in speziellen Nitratfiltern findet eine Denitrifikation statt.

Durch die Düngung mit CO2 gehen Kalkgestein und Schneckengehäuse in Lösung.

In Pflanzen findet die so genannte assimilatorische Nitratreduktion statt. Dabei wird Nitrat über Nitrit und Ammonium (NH3) zu Ammoniak (NH4) umgewandelt.

Schnellwachsende Pflanzen nehmen NO3 auf, wodurch letztendlich wieder die Karbonathärte steigt. Wie Ammonium (NH3) wird Nitrat von den Pflanzen als Nährstoff verbraucht. Viele Pflanzen können Nitrat in ihrem Pflanzensaft und in ihren Wurzeln speichern.
Im Aquarium ist es erwünscht, wenn der Nitratwert sinkt, weil mehr Nitrat verbraucht als erzeugt wird. Solange die Pflanzen wachsen, steht ihnen genug Ammonium und Nitrat als Nahrung zur Verfügung. Es muss dann kein Nitrat zugeführt werden, z. B. durch verstärkte Fütterung.
Ammonium reichert sich im Aquarium nur an, wenn der pH-Wert hoch und keine Mikroflora vorhanden ist.

Wenn in einem Aquarium genau so viel Nitrat entsteht, wie durch Pflanzen, Bakterien und Wasserwechsel verbraucht bzw. entfernt wird, steigt automatisch die Karbonathärte. Die Mineralisation von Futter setzt außer Nitrat vor allem Kalzium, Magnesium und Kalium frei. Zusätzlich kann Kalk durch Kohlendioxid gelöst werden.

Alle diese Effekte wirken in einem Aquarium gleichzeitig und beeinflussen die Karbonathärte. Abhängig von den jeweils vorliegenden Verhältnissen kann sich in der Summe eine Erhöhung der Karbonathärte ergeben. Verringert werden kann die Karbonathärte dann wieder durch Wasserwechsel mit weichem Wasser, durch Stutzen oder Entfernen der Pflanzen oder durch stärkere Fütterung.

Wie die Karbonathärte erhöht werden kann

Die Karbonathärte kann mit Kalium (K) oder Natriumhydrogenkarbonat (NaHCO3) erhöht werden. Natriumhydrogenkarbonat ist als Kaisernatron z. B. in Apotheken erhältlich. Mit 3 g auf 100 Liter Wasser werden die Karbonathärte um 1° und der Natriumgehalt um 8,2 mg/Liter erhöht.

Durch die Zugabe von Kalium und Natriumhydrogenkarbonat wird das Standardionenverhältnis verändert, d. h das Verhältnis der im Wasser gelösten Salze untereinander verändert sich.

Sollen z. B. die Wasserwerte des Tanganjikasees eingestellt werden, sollte für die Karbonathärte eine Mischung aus NaHCO3 und KHCO3 verwendet werden, die dem Verhältnis zwischen Natrium (Na) und Kalium (K) im See entspricht. Die Gesamthärte wird mit einer Mischung aus Kaliumchlorid und Magnesiumsulfat oder Magnesiumchlorid eingestellt. Im Tanganjikasee ist der Magnesiumgehalt viermal so hoch wie der Kalziumgehalt. Aus diesem Grund ist der pH-Wert im See sehr hoch und liegt zwischen 8 und 9. Magnesiumkarbonat fällt bei einem viel höheren pH-Wert aus, als Kaziumkarbonat. Der pH-Wert stabilisiert sich deshalb auf einem höheren Wert.

Einfacher, aber auch teurer, ist die Verwendung fertiger Mineral- oder Aufhärtesalze, die im Aquaristikhandel angeboten werden.

Warum die Karbonathärte manchmal größer ist als die Gesamthärte

In der Aquaristik kann die Karbonathärte größer werden als die Gesamthärte, weil in der Aquaristik das Säurebindungsvermögen (SBV) statt der eigentlichen Karbonathärte gemessen wird. Das Säurebindungsvermögen beschreibt die Konzentration an Hydrogenkarbonat. Hydrogenkarbonate sind jedoch nicht nur Kalzium- und Magnesiumhydrogenkarbonat, sondern können auch aus anderen Salzen stammen. Alle diese Hydrogenkarbonate werden mit Tropfentests gemessen, gehören aber eben nicht alle zur Karbonathärte.

Wird z. B. viel Natriumhydrogenkarbonat (NaHCO3) in vollentsalztem Wasser, z. B. Osmosewasser, aufgelöst, enthält das Wasser Hydrogenkarbonationen. Da diese Ionen laut Definition nicht zur Karbonathärte gehören, sind in diesem Fall Karbonathärte und Gesamthärte Null. Dennoch messen die Tropfentests eine Karbonathärte größer als Null. In Wirklichkeit wird das Säurebindungsvermögen gemessen. Dieses Wasser ist weich, weil KH und GH gleich Null ist. Gleichzeitig ist das Säurebindungsvermögen und damit die Pufferwirkung auf den pH-Wert hoch, weil die Hydrogenkarbonatkonzentration groß ist.

Die Hydrogenkarbonatkonzentration ist also nicht immer gleich der Karbonathärte. In der Regel liegen nur ca. 80 % der Kalzium- und Magnesiumionen als Hydrogenkarbonate vor. Die Karbonathärte ist dann gleich der Hydrogenkarbonatkonzentration, also gleich dem SBV.

Sind im Wasser zusätzliche Hydrogenkarbonate, wie NaHCO3, ist die Hydrogenkarbonatkonzentration bzw. das SBV größer als die Karbonathärte. Da die Tropfentests das SBV messen und als Karbonathärte ausgeben, ist die Karbonathärte in diesen Fällen scheinbar größer als die Gesamthärte.

Tropfentests sind eine Titration mit verdünnter Salzsäure gegen einen Indikator. Die Farbe des Indikators schlägt bei einem pH-Wert von 4,3 um. Wenn viele Puffer im Wasser sind, z. B. Huminstoffe oder Phospate durch pH-Wert senkende Mittel, misst ein Tropfentest für die Karbonathärte deshalb falsch.

Bei der Berechnung des CO2-Gehalts muss die Gesamtkonzentration an Hydrogenkarbonat eingerechnet werden, also das SBV. Es wird der Wert genommen, den die Tropfentests anzeigen und nicht die chemisch korrekt definierte Karbonathärte.

Aquaristisch interessant ist das SBV. Eigentlich wird also nur der falsche Name verwendet.

Wie der KH-Wert gesenkt werden kann

Die vier wichtigsten Maßnahmen um die Karbonathärte zu senken sind:

  • Umkehrosmose – Osmoseanlagen erzeugen ca. 6 Liter Reinwasser pro Stunde. Der genaue Wert hängt von der Anlage und dem Wasserdruck ab. Das erzeugte Wasser wird häufig in Fässern oder Regentonnen aufbewahrt. Es fällt viel Abfallwasser an.
  • Ionenaustauscher erzeugen ca. 60 Liter Reinwasser pro Stunde. Ionenaustauscher sind in der Anschaffung teuer und müssen mit starken Säuren und Laugen regeneriert werden. Auch hier wird für die Aufbewahrung des Wassers Platz benötigt.
  • Filterung über Torf – Bei hoher Karbonathärte muss so viel Torf verwendet werden, dass das Wasser dunkelbraun wird und kaum Licht für die Pflanzen durchkommt. Kleine Mengen Torf färben das Waser zwar nur leicht gelblich, senken die Karbonathärte aber kaum.
  • Chemische Mittel aus dem Zoohandel, z. B. pH-Minus – Diese Mittel sollten nur von Aquarianern eingesetzt werden, die Vor- und Nachteile der Mittel gut beurteilen können. Das gilt auch für Säuren, z. B. Salzsäure, die als preiswerter Ersatz verwendet werden können.

Eine „exotischere“ Methode ist das Einsetzen vieler Schnecken, die Kalk zur Ausbildung des Gehäuses benötigen. Die amerikanische Tellerschnecke Helisoma verbraucht z. B. viel Kalzium, muss aber auch in großen Mengen gehalten werden. Auch durch biogene Entkalkung durch Wasserpest oder Hornkraut kann die Karbonathärte gesenkt werden.

Theoretisch kann die Karbonathärte auch durch Kochen des Wassers gesenkt werden. Bei hohen Temperaturen fällt die Karbonathärte als unlöslicher Kalk, auch Kesselstein genannt, aus. Deshalb verkalken Kaffeemaschinen, Waschmaschinen usw.
Allerdings verdunstet beim Kochen auch viel Wasser, so dass im Restwasser die Karbonathärte wieder steigt.
In der Praxis sinkt die Karbonathärte beim Kochen nur sehr langsam. D.h, das Wasser muss sehr lange gekocht werden, um die Karbonathärte zu senken. Diese Methode ist deshalb sehr energieaufwändig und teuer. Für die Aquaristik ist sie nicht zu empfehlen.

Karbonathärte mit Salzsäure senken

Anwendungen mit Säure bitte nur mit Schutzkleidung vornehmen. Die Anwendung sollte nie von Kindern oder Personen ohne entsprechende Fach- und Sicherheitskenntnis durchgeführt werden.

OpenIcons / Pixabay

Die Karbonathärte kann mit verschiedenen Säuren gesenkt werden, z. B. mit Salzsäure. Unsachgemäßer Umgang mit Säuren kann zu Schäden bei Menschen und Tieren führen. Säuren dürfen nicht mit der Haut, den Augen usw. in Berührung kommen. Es sollten immer nur verdünnte Säuren verwendet werden.

Für Unkundige ist die Verwendung anderer Methoden, z. B. von Osmoseanlagen, ungefährlich und zu empfehlen.

Osmoseanlagen entfernen zusätzlich weitere Schadstoffe aus dem Wasser und senken neben der Karbonathärte auch die Gesamthärte und den Leitwert.

Eine Osmoseanlage verdünnt alle Ionen im Wasser im gleichen Verhältnis. Solange bestimmte Ionen nicht extrem häufig vorhanden sind, spielen kleine Unterschiede bei der Durchlässigkeit der Membranen keine Rolle.

Wie Salzsäure wirkt

Die Karbonathärte besteht vor allem aus Kalziumhydrogenkarbonat Ca(HCO3)2. Wenn dazu Salzsäure (HCl) gegeben wird, verdrängt die Salzsäure die Kohlensäure vom Kalzium, weil Salzsäure stärker ist als Kohlensäure. Die Formel lautet: Ca(HCO3)2+ 2 HCl = CaCl2 + 2 CO2 + H2O. Das H+ der Salzsäure (HCl) reagiert mit HCO3 zu H2CO3. Das H2CO3 reagiert zu CO2 und H2O. Das übrig gebliebene Cl ersetzt das HCO3. Bei genauer Dosierung liegt kein CaHCO3 usw. mehr vor, sondern CaCl usw. Weil die Menge der gelösten Ionen gleichbleibt, ändert sich der Leitwert nicht. Die Gesamthärte bleibt gleich, weil die Konzentration an Erdalkaliionen gleich bleibt. Die Karbonathärte verringert sich und der Chloridgehalt erhöht sich.

Durch die Ansäuerung entsteht Kalziumchlorid, Kohlendioxid und Wasser. Dadurch ändert sich das Verhältnis von Hydrogenkarbonat (HCO3) zu Kohlendioxid (CO2). Weil dieses Verhältnis den pH-Wert bestimmt, sinkt also indirekt der pH-Wert.

Der pH-Wert wird durch die Karbonathärte und die Menge an Kohlendioxid bestimmt. Durch das Ansäuern des Wassers mit Salzsäure entsteht zunächst viel Kohlendioxid. Durch Belüftung entweicht das Kohlendioxid innerhalb eines Tages. Dann beeinflusst nur noch die verringerte Karbonathärte den pH-Wert. Da sich die Karbonathärte nur langsam ändert, ändert sich der pH-Wert auch langsam.
Das durch Ansäuern entstehende Kohlendioxid beeinflusst den pH-Wert also relativ kurzfristig, die Senkung der Karbonathärte beeinflusst den pH-Wert langfristig.

Wie mit Salzsäure gearbeitet wird

Es wird immer stark verdünnte Salzsäurelösung verwendet. Es kann z. B. 3,6 %ige Salzsäure benutzt werden. Es wird immer nur das Wechselwasser vor dem Wasserwechsel mit Säure behandelt, nie das Wasser im Aquarium.

Vorgehen, um die benötigte Menge Salzsäure zu bestimmen:

  • Eine bestimmte Menge Wasser wird bereitgestellt, z. B. 20 Liter in einem Eimer.
  • Die Karbonathärte des Wassers wird gemessen.
  • Mit einer Pipette wird Salzsäure milliliterweise in das Wasser gegeben.
  • Das Wasser wird gut umgerührt.
  • Das Wasser bleibt ca. eine Stunde stehen.
  • Die Karbonathärte wird wieder gemessen.
  • Der Vorgang wird so lange wiederholt, bis die gewünschte Karbonathärte erreicht ist.
  • Der pH-Wert wird gemessen, um festzustellen, ob das Wasser zu sauer geworden ist.
  • Die benötigte Menge Salzsäure wird aufgeschrieben.

Die Karbonathärte wird nur so weit gesenkt, dass immer ein Rest Karbonathärte im Wasser bleibt. Durch den niedrigen pH-Wert kann es sonst zu Problemen kommen.

Beim nächsten Wasserwechsel wird anhand der Menge Salzsäure die für 20 Liter Wasser benötigt wurde berechnet, wie viel Salzsäure für das Wechselwasser benötigt wird. Die Karbonathärte im Frischwasser wird mit der berechneten Menge Salzsäure gesenkt. Das Wasser wird gut umgerührt. Karbonathärte und pH-Wert werden gemessen. Das Wasser wird gewechselt und anschließend werden im Aquarium die Karbonathärte und der pH-Wert noch einmal überprüft.

Häufig wird auch ein Teil des Wechselwassers stark angesäuert. Dieser Teil wird dann mit Leitungswasser verschnitten, d. h. gemischt, so dass die gesamte Wassermenge schließlich die gewünschte Karbonathärte hat.

Aquarianer mit guten Chemiekenntnissen können die benötigte Menge Salzsäure auch ausrechnen, weil Karbonathärte, Kohlendioxid und pH-Wert in einem festen Verhältnis stehen. Allerdings ist die Abstufung der Härtegrade zu gering, um die benötigte Menge Salzsäure genau zu berechnen. Obwohl die Menge abgeschätzt werden kann, muss immer wieder nachgemessen werden und die Menge Salzsäure ggf. korrigiert werden.

Um z. B. die Karbonathärte mit einer 3 %igen Salzsäurelösung von 8 auf 4 zu senken, wird 1,68 ml je Liter Wasser benötigt. Dabei steigt die Leitfähigkeit um ca. 50 mikroSiemens.

Chlorid und Leitwert

Durch die Verwendung von Salzsäure wird Chlorid in das Wasser gebracht. Hydrogenkarbonationen werden gegen Chloridionen getauscht. Weil die spezifische Leitfähigkeit von Chlorid höher ist als die von Hydrogenkarbonat, erhöht sich der Leitwert. Die zusätzliche Chloridmenge ist relativ gering und für Bakterien, Pflanzen und viele Fischarten unschädlich.
Für je 1° dKH zerstörter Karbonathärte entstehen ca. 16 mg/Liter Kohlendioxid und 13 mg/Liter Chloridionen. Die Leitfähigkeit erhöht sich um ca. 20 µS/cm.
Einige Aquarianer geben je nach gepflegter Fischart extra Salz in das Wasser. Die dabei verwendeten Mengen sind wesentlich größer als die Mengen, die durch Salzsäure in das Wasser kommen.

Bei Fischen, die sehr empfindlich auf Salz reagieren bzw. eine geringe Leitfähigkeit benötigen, ist aber Vorsicht angebracht. Besonders bei Zuchtversuchen kann das zusätzliche Chlorid problematisch werden.

Der osmotische Druck in den Zellen der Fische wird mit Na+ und Cl reguliert. Die Details variieren bei den verschiedenen Fischarten stark.
Fische deren Ursprungsgewässer einen mittleren bis hohen Leitwert und eine entsprechende Gesamthärte haben, haben in der Regel mit hohen Chloridwerten keine Schwierigkeiten. Für Fische aus extremem Weichwasser sind hohe Chloridwerte aber ein starker Stressfaktor. Die Regelmechanismen dieser Fische arbeiten bei hohen Chloridwerten an der Grenze ihrer Leistungsfähigkeit oder überschreiten diese Grenze sogar. Die Fische verbrauchen dafür viel Energie. Bei solchen Fischarten verändern sich die Konzentrationen verschiedener Ionen im Körper der Fische stark. Das führt zu Störungen im Stoffwechsel.

Wenn überschüssige Salzsäure in das Wasser gegeben wird, steigt der Leitwert stark. Die Steigerung wird dann zum größten Teil nicht durch Chloridionen, sondern durch Protonen verursacht. Die Leitfähigkeit hängt zusätzlich vom pH-Wert ab, weil die spezifische Leiffähigkeit von H+ und OH Ionen wesentlich besser ist als die von anderen Ionen. Allerdings macht es eigentlich keinen Sinn weiter Salzsäure zuzugeben, wenn die Karbonathärte bereits extrem niedrig ist.

Chloridgehalt messen

Mit aquaristischen Mitteln kann der Chloridgehalt im Wasser nicht gemessen werden. Die zuständigen Wasserwerke stellen kostenlos Analysedaten zur Verfügung, in denen alle Ionen und andere Stoffe aufgeführt sind. Damit erhält man einen groben Überblick.

Aus der benötigten Menge Salzsäure kann die Menge an zusätzlich entstehendem Chlorid berechnet werden. Bei der Mineralisation im Aquarium entsteht ebenfalls Chlorid. Die Pflanzen nehmen relativ wenig Chlorid auf. Im Laufe der Zeit salzt sich das Aquarienwasser immer stärker auf. Wasserwechsel beugen der Aufsalzung vor. Je mehr Wasser gewechselt wird, desto ähnlicher ist der Chloridgehalt im Aquarium dem Chloridgehalt im Leitungswasser. Der Chloridgehalt im Leitungswasser ist bekannt bzw. kann beim Wasserwerk in Erfahrung gebracht werden.

Chlorid gehört mit den Härtebildnern und eventuell Sulfat zu den häufigsten Salzen im Wasser. 1° dH erzeugen 33 µS/cm. Der Chloridgehalt kann deshalb mit Hilfe des Leitwerts grob geschätzt werden. Dabei werden Sulfat, Nitrat etc. berücksichtigt. Eisenionen etc. sind nur in Spuren vorhanden. Andere Ionen, die mit aquaristischen Mitteln nicht gemessen werden können, bleiben unberücksichtigt. Die Schätzung ist deshalb ungenau, gibt aber einen Eindruck. Weil die Toleranzbereiche der verschiedenen Fischarten unbekannt sind, reicht es aus, die Größenordnungen zu kennen und sich an den Herkunftsgewässern der Fische zu orientieren.
Der Toleranzbereich ist bei einigen Fischarten, z. B. Regenbogenfischen, so groß, dass sie kurzzeitig in Meerwasser gehalten werden können. Für Fische aus Schwarzwasserflüssen sollte der Chloridgehalt aber so niedrig wie möglich sein.

Kohlendioxid

Durch die Verwendung von Salzsäure kann kurzfristig soviel CO2 freigesetzt werden, dass die Fische Vergiftungserscheinungen zeigen und geschädigt werden. Das Frischwasser sollte deshalb vor der Verwendung lange genug abstehen oder durchlüftet werden, damit überschüssiges Kohlendioxid entweicht.

Es kann einen Tag dauern, bis das zusätzlich entstandene Kohlendioxid aus dem Wasser entwichen ist. Bis im Aquarienwasser der ursprüngliche Gehalt an Kohlendioxid wiederhergestellt ist, sind die Fische einer ungewohnt hohen Konzentration an Kohlendioxid ausgesetzt. Eine Hyperkapnie entsteht, d. h. der Gehalt an Kohlendioxid im Blut erhöht sich über die Normalwerte hinaus. Über die Atmung entsteht eine Störung des Säure-Basehaushalts, eine so genannte Acidose. Es kommt zu sinkenden pH-Werten im Blut. Das kann wieder zu körperlichen Schäden führen. Die Acidose tritt schon ein, wenn noch keine sonstigen äußerlichen Symptome feststellbar sind, z. B. eine schnellere Atmung.

Die Werte, ab denen Kohlendioxid schädlich ist, hängen vom Sauerstoffgehalt und von der Fischart ab. Bei hohem Sauerstoffgehalt sind hohe Kohlendioxidkonzentrationen gefährlicher als bei einem mittleren Sauerstoffgehalt. Bisher wurde nur bei wenigen Fischarten untersucht, welche Kohlendioxidwerte sie vertragen. Deshalb sollte jedes Risiko vermieden werden.

Das Wasser muss schon aus diesem Grund immer außerhalb des Aquariums entkarbonisiert werden, wenn Salzsäure verwendet wird.

Säuren nie direkt im Aquarium verwenden

Wird Salzsäure direkt in das Aquarienwasser gegeben, kann es zu Schäden bei den Fischen kommen, wenn Fische vor dem Vermischen der Säure mit dem Aquarienwasser direkt durch die Salzsäurewolke schwimmen.

Das plötzlich entstehende Kohlendioxid kann zu Schäden führen.

Die Ansäuerung verändert nur die Karbonathärte. Gesamthärte und Leitwert ändern sich nicht. Die Gesamthärte wird durch Kalzium- und Magnesiumionen gebildet. Diese Ionen sind ebenfalls wichtig für die Ionenregulation der Fische. Eine zu hohe Kalziumkonzentration kann bei Weichwasserfischen zur so genannten Nephrocalcinose und zur Unfruchtbarkeit führen.
Bei der Nephocalcinose lagern sich Kalzium und Phosphat in den Nieren ab. Wenn die Ablagerungen nicht zu akuten Krankheitssymptomen führen, kann eine Nephocalcinose kaum erkannt werden. Die Fische werden jedoch anfälliger für Krankheiten.

Weil schon im Fischkörper Kalzium in die Eimembran eingelagert wird, können die Spermien nicht in das Ei eindringen und die Fische werden unfruchtbar.

Die Auswirkungen des erhöhten Chloridgehalts hängen also stark von den gepflegten Fischarten ab und natürlich auch davon, wie stark die Karbonathärte gesenkt wird. Eine Senkung der Karbonathärte um 1 bis 2° dH ist unkritischer als größere Senkungen. Diese kleinen Senkungen vertragen fast alle Fischarten. Fische aus Gewässern mit mittlerer bis hoher Gesamthärte oder aus Gewässern in denen sich Gesamthärte und Leitwert stark ändern können, vertragen auch größere Senkungen der Karbonathärte mit Säuren.

Ausgesprochene Weichwasserfische z. B. aus den Schwarzwasserflüssen in Südamerika sollten nicht in Wasser gehalten werden, bei dem die Karbonathärte mit Salzsäure gesenkt wurde.



Hinterlasse jetzt einen Kommentar

🐠 Fragen, Anregungen und Berichte zur Karbonathärte » Hilf anderen und teile deine Erfahrungen:

E-Mail Adresse wird nicht veröffentlicht.


*


Letzte Aktualisierung am 15.01.2019 / Affiliate Links / Bilder von der Amazon Product Advertising API

Karbonathärte
4 (80%) 14 votes