Význam: Přírodní vody pravidelně obsahují větší množství iontů uhličitanu a hydrogenuhličitanu (CO₃^2- a HCO₃^–). Tyto ionty jsou považovány za stavitelé tvrdosti uhličitanu, za předpokladu, že je alespoň ekvivalentní množství iontů vápníku nebo hořčíku současnosti (stavitele celkové tvrdosti!). Jinými slovy: každý uhličitanový a hydrogenuhličitanový iont musí být schopen najít odpovídajícího partnera vápníku nebo hořčíku, aby mohl být považován za tvůrce uhličitanové tvrdosti. Karbonátová tvrdost tedy nemůže být podle definice nikdy větší než celková tvrdost. Ve většině vod je uhličitanová tvrdost ve skutečnosti výrazně nižší než celková tvrdost. Výjimky budou vysvětleny níže.  

Tvůrci uhličitanové tvrdosti mají alkalickou reakci. Proto mají vody s vyšší uhličitanovou tvrdostí vyšší hodnoty pH. Naopak vody s nízkým obsahem uhlíku mají obvykle nízké hodnoty pH, protože převažuje vliv kyseliny uhličité. Uhličitanová tvrdost hraje ve vodě akvária nesmírně důležitou roli. Pokud je dostatečně vysoká, může chránit před nebezpečným zvýšením hodnoty pH. Pokud například hodnota pH v důsledku odstranění oxidu uhličitého stoupne na více než pH 7-8 (v závislosti na vodě), začne se hydrogenuhličitan vápenatý rozpadat podle následující rovnice:  

Ca(HCO₃)₂ -> CaCO₃ + H₂CO₃ 

Hydrogenuhličitan vápenatý se převádí na vápno (CaC0₃); toto je nerozpustné ve vodě. Část alkalické složky je proto odebírána z vody. Současně vzniká kyselina uhličitá (H₂CO₃) a zvyšuje se kyselá složka! Oba procesy inhibují další zvýšení pH.  

Tento proces lze snadno sledovat při poklesu uhličitanové tvrdosti. Pokud v některých akváriích uhličitanová tvrdost „zjevně klesá sama o sobě“, není to v žádném případě příjemné, ale jasné varování: zde chybí kyselina uhličitá nebo kysličník uhličitý! Když uhličitanová tvrdost klesla na nulu, již není k dispozici žádný hydrogenuhličitan vápenatý a nedochází k žádným dalšímu vysrážení vápníku. Pokud stále existuje nedostatek CO₂, hodnota pH může nekontrolovaně stoupnout až vysoko nad 8!  

Situace karbonátová tvrdost = nula je také dána, pokud je výsledek měření KH kladný, ale nelze určit celkovou tvrdost. Voda poté obsahuje hydrogenuhličitany, ale žádný hydrogenuhličitan hořečnatý nebo vápenatý! Místo toho jsou přítomny další hydrogenuhličitany, například NaHCO₃; když však hodnota pH stoupne, nedochází k jejímu vysrážení jako vápník, ale zůstávají ve vodě jako alkalická složka a způsobují další zvýšení hodnoty pH.  

Měření: Vzorek vody je zbarven indikátorem pH, který se mění při pH 4,3. Potom se po kapkách přidá kyselina chlorovodíková; tím se zničí (hydrogen-)uhličitany a hodnota pH pomalu klesá. Jakmile jsou všechny (hydrogen-) uhličitany zničeny, hodnota pH klesne pod 4,3; to ukáže barevný indikátor. Množství kyseliny použité do tohoto bodu je měřítkem uhličitanové tvrdosti.  

Výsledek měření je uveden odlišně v závislosti na odvětvi:  

• V laboratoři na měření pitné vody jako spotřeba kyseliny v milimolech na litr vzorku vody. Výsledek měření se nazývá „kyselinová kapacita do 4,3 pH (mmol/1)“. V limnologii (hydrologii) se k tomu používá termín „kapacita vázání kyselin SBV (mmol/1)“.  

• V laboratoři pro koupací a minerální vodu se spotřeba kyseliny v mmol/1 vynásobí molární hmotností hydrogenuhličitanu. Výsledek je: „Obsah iontů hydrogenuhličitanu HCO₃“ (mg/1) “.  

• Obecně se v německy mluvících zemích používá měření v „německých stupních (° d KH)“.  

Obvykle se indikátor pH a kyselina chlorovodíková kombinují v jedné kapce činidla. Vody nad asi 3 ° d lze bez problémů měřit. Ve vodě s nižším KH se do vzorku dostane příliš málo indikátoru pH, takže není vidět žádná změna barvy. Pokud je přidán další indikátor, lze očekávat nesprávné výsledky; protože voda s nízkým obsahem uhličitanu je často současně s nízkým obsahem elektrolytů a barevné indikátory pH obecně reagují nesprávně ve vodě s nízkým obsahem elektrolytů.  

Chcete-li to napravit, odeberte přesně desetinásobné množství vzorku vody a změřte jeho hodnotu pH elektrickým (!) PH metrem. Poté se po kapkách přidá tolik činidla KH za současného víření, dokud pH neklesne pod 4,3. Mezní hodnota pH 4,3 prošla náhle; vždy je jasné, zda kapka činidla KH stále chybí nebo ne. Každá kapka použitého činidla je jedna desetina původní jmenovité hodnoty, obvykle 0,1 °d. Pomocí této metody můžete měřit přesně až na 0,1 °d KH. Takto lze provádět měření v extrémně měkkých a zabarvených černých vodách tropů!  

Kontrola: 0,300 g hydrogenuhličitanu sodného (NaHCO₃) se rozpustí v 500 ml vody. V tomto řešení se získá naměřená hodnota KH přesně 20,0 °dKH.  

Mezní hodnoty. Závisí na typu chovaných nebo chovných ryb a na cílových představách akvária. Obecně jsou vody mezi 3 a 12 °dKH ideální pro hobby akvária. Voda pod 3 °dKH může být extrémně nestabilní: pokud hodnota pH vzroste kvůli nedostatku CO₂, brzy se vyčerpá tlumivý účinek malého množství Ca(HCO₃)₂ a hodnota pH může nebezpečně stoupnout vysoko nad 8 (viz výše). Na druhou stranu, i relativně malá množství CO₂ jsou dostatečná například k poklesu hodnoty pH pod 6. Proto musí být hodnota pH často kontrolována ve vodě s nízkým KH!  

Voda s vysokou uhličitanovou tvrdostí je mnohem stabilnější proti kolísání hodnoty pH. Mohou však potřebovat mírně vyšší obsah oxidu uhličitého, aby se zabránilo vysrážení vápníku. Další nevýhoda: některé rybí chovy vyžadují nízké hodnoty pH. To často vyžaduje více CO₂, než je pro ryby vhodné. V tomto bodě je také třeba zdůraznit, že okyselení, například kyselinou chlorovodíkovou nebo fosforečnou, ničí formující látky KH, a hodnota pH se tak stává nestabilní; navíc vzniká nepřirozené iontové spektrum a tedy voda, která není biologicky vhodná. Důrazně se nedoporučuje!  

V zásadě musí být KH vždy posuzována v souvislosti s GH. Ze standardního poměru iontů lze vypočítat, že KH je obvykle kolem 80 % GH. Většina obyvatel sladkovodních akvárií je přizpůsobena podobným hodnotám, což je třeba vzít v úvahu při změně složení vody.  

Zvýšení. Ke zvýšení KH o 1 °d ve 100 litrech vody se přidají 3,0 g hydrogenuhličitanu sodného (NaHCO₃). Současně se zvyšuje obsah sodíku o 8,2 mg/l. Hodnota pH také stoupá, ale lze ji znovu snížit pomocí oxidu uhličitého (CO₂).  

Doporučujeme nejprve rozpustit potřebné množství v kádince s trochou vody a poté za míchání přidat roztok do akvária. Hydrogenuhličitan sodný je levně dostupný v drogeriích a lékárnách; tam se často stále označuje jako uhličitan sodný nebo nesprávně jako soda. Pokud uhličitanová tvrdost dosáhla přibližně 80 % naměřené hodnoty celkové tvrdosti a je-li požadováno další zvýšení, měla by se uhličitanová a celková tvrdost zvýšit společně.  

Nanejvýš lze přidat pouze tolik NaHCO₃, dokud naměřená hodnota KH nedosáhne úrovně celkové tvrdosti GH. Je třeba se vyhnout stavu „KH větší než GH“! Jinak existují dvě závažné nevýhody:  

• Uhličitanová tvrdost je zvýšena jen zjevně. Pokud je nedostatek CO₂, NaHCO₃ se na rozdíl od Ca(HCO₃)₂ nevysráží jako uhličitan a hodnota pH může nerušeně stoupnout vysoko nad 8!  
• Voda má nepříznivé iontové spektrum, protože poměr sodíku k vápníku plus hořčíku se nepřirozeně zvyšuje. Tím se také posune poměr jednomocných k dvojmocným iontům k fyziologicky nepříznivým hodnotám.  

Snížení. Přidání plně demineralizované vody. Viz také v části „Celková tvrdost“.  

Celková tvrdost GH 

Význam: V závislosti na původu vody se může měnit její celková tvrdost. Velmi tvrdá voda nad 20 °dGH pravidelně pochází z oblastí s výskytem vápna, sádry nebo dolomitu. Velmi měkkou vodu s pouze 1–2° d GH najdete například v oblastech s čedičem, žulou, rulou nebo pískovcem. Velmi měkká voda i pod 1° d se často vyskytuje v deštných pralesích tropů (půdy latosolu). Ale všechny tropické vody nejsou v žádném případě měkké! Také v tropech existují vápencové oblasti s odpovídající tvrdou vodou kolem 20 °d nebo více.  

Celková tvrdost je součtem všech takzvaných iontů „alkalických zemin“ rozpuštěných ve vodě. Patří sem především ionty vápníku a hořčíku, zatímco ionty stroncia a bária jsou obvykle přítomny pouze ve stopovém množství. Ve většině přírodních vod tvoří vápník a hořčík zdaleka největší podíl kationtů, konkrétně kolem 80 %. Celková tvrdost tedy dává docela dobrou představu o celkovém obsahu solí ve vodě.  

Vápník (Ca) je základní látkou pro různé formy vápencových sloučenin (CaO, CaCO₃ atd.). Proto je vápník nezbytný pro ryby pro tvorbu jejich koster. Někteří plži a mlži jej také potřebují pro svou schránku. Vápník také hraje důležitou roli při tvorbě buněčné stěny, dělení buněk, v nervovém systému, v konečném důsledku v celém organismu. Rostliny vyžadují velmi málo vápníku. Příznaky nedostatku u akvarijních rostlin nejsou známy, ani ve velmi měkké vodě.  

Zvířata potřebují hořčík (Mg) pouze jako stopový prvek; aktivuje rozklad cukru a může ovlivnit dráždivost nervů a svalů. Hořčík je pro rostliny nezbytný. Mimo jiné aktivuje zásadně důležitý cyklus kyseliny citronové a tvoří centrální atom v chlorofylu, životně důležité listové zeleni. Není známo, že by v akváriu existovaly příznaky nedostatku, a to ani ve velmi měkké vodě, ani u zvířat, ani u rostlin.  

Důležitost celkové tvrdosti je v akvaristice často přeceňována. Úspěch nebo neúspěch většinou závisí na dalších faktorech, jako je obsah kyslíku, oxidu uhličitého, železa atd. Při přemisťování zvířat nebo rostlin do vody s výrazně odlišnou tvrdostí se však doporučuje opatrnost; měnící se celkový obsah solí může způsobit poškození v důsledku osmózy.  

Měření. Do vzorku vody se přidá indikátorové barvivo (např. Eriochromová černá T), které vytváří silné zbarvení s ionty Ca a Mg (např. červená). Poté se po kapkách pomalu přidává chelátor (např. Na-EDTA), který vytáhne ionty Ca a Mg ze sloučeniny barviva a váže je na sebe.  

Jakmile indikátorové barvivo ztratilo všechny ionty Ca a Mg, změní se jeho barva (např. na zelenou); množství chelátoru použitého do tohoto bodu je měřítkem celkové tvrdosti.  

Legální měrná jednotka pro celkovou tvrdost je mmol/1 (milimol na litr). Jednotka °d německých stupňů je zastaralá. Stále je však velmi běžná a obvykle je lépe srozumitelná, a proto se v tomto stále používá. Označení °dH je velmi zastaralé. V zahraničí se často používají jiné jednotky. Následující tabulka pomůže s převodem:  

V mnoha případech se indikátorové barvivo a skutečné testovací činidlo (zde komplexotvorné činidlo) spojí do jedné lahvičky s kapátkem. To usnadňuje manipulaci. Počet kapek použitých do změny barvy obvykle odpovídá celkové tvrdosti ve ° d (německé stupně).   

Měření ve vodě nad 3 ° d probíhají bez problémů. Při méně než 3 ° d jsou zapotřebí pouze 1–2 kapky; do vzorku se však dostane příliš málo indikátoru a změna barvy není rozpoznatelná.  

Z tohoto důvodu musí být pro velmi měkkou vodu (souprava se dvěma lahvemi) použita činidla GH se samostatným barevným indikátorem. Pro měření odeberte 10 násobný vzorek vody a přidávejte tolik barevného indikátoru, dokud není vzorek dostatečně zbarvený. Teprve poté se po kapkách přidává skutečné činidlo, přičemž každá kapka s činidly se přidává až ke změně počtu barev je 1/10° d. Je možné měření až do 0,1 °d! Pokud vzorek změní barvu ihned po přidání barevného indikátoru, je přítomno alespoň 0,05 °d.  

Zkouška. Zkušební roztok s celkovou tvrdostí 20,0° d se získá rozpuštěním jedné z následujících látek v 500 ml demineralizované vody:  

0,262 g 2-hydrátu chloridu vápenatého 

(CaCl₂ * 2H₂O) nebo 

0,326 g 4- hydrátu chloridu vápenatého 

(CaCl₂ * 4H₂O) nebo 

0,390 g 6- hydrátu chloridu vápenatého 

(CaCl₂ * 6H₂O) 

Hraniční hodnoty. Jsou silně závislé na cílech akvária. Měkká až středně tvrdá voda mezi 4 a 14 °dGH je ideální pro akvarijní rostliny a chov všech běžných akvarijních ryb, většina z nich se v nich také dá odchovávat. Celková tvrdost 20 °d a vyšší je obvykle tolerována bez problémů.  

Při chovu však poměrně málo druhů ryb vyžaduje celkovou tvrdost podobnou tvrdosti jejich domácích vod. Například pro chov některých cichlid z jezera Tanganika a jezera Malawi je vyžadována voda s asi 8–14 °dGH. Na druhou stranu, některé druhy ryb z oblastí s měkkou vodou, např. terčovci nebo neonky, vyžadují velmi měkkou vodu pod 2 °dGH. Přísně vzato, nevyžadují měkkou vodu, protože by se mohla vyrábět např. také v neutrální výměně, ale spíše vodu s nízkým celkovým obsahem soli.  

Vodní rostliny často prospívají lépe v tvrdších vodách než v měkkých. Problémy s růstem kvůli nedostatečné tvrdosti však nejsou známy. Zasazená akvária se však mohou stát chemicky nestabilní s celkovou tvrdostí menší než 2 °d, protože uhličitanová tvrdost je pak nevyhnutelně velmi nízká, a tím i kapacita pH pufru. Poznámka: Uhličitanová tvrdost nikdy nemůže být větší než celková tvrdost.  

Zvýšení. Chcete-li zvýšit celkovou tvrdost o 1 °d ve 100 litrech vody, můžete přidat například 3,07 g síranu vápenatého (CaSO₄ * 2H₂O); současně se zvyšuje obsah síranů o 13,6 mg/l. Nebo použijete 3,26 g chloridu vápenatého (CaCl₂ * 4H₂O); obsah chloridů se zvyšuje o 12,8 mg/l.  

Pokud se má uhličitanová tvrdost zvýšit současně s celkovou tvrdostí, je třeba jednoduše přidat do vody hydrogenuhličitan vápenatý (Ca(HCO₃) ₂); ale v práškové formě tato látka vůbec neexistuje!  

Pokud se například pokusíte získat Ca(HCO₃)₂ jako suchý prášek odpařením vody obsahující vápno, vždy se změní na vápenec téměř nerozpustný ve vodě (CaCO₃)!  

Jsou možné následující možnosti:  

Filtrování přes vápenec. Filtr je naplněn vápenatým materiálem, např. dolomitovou horninou nebo mramorovou drtí. Mramorový odpad lze získat levně, např. v kamenických dílnách. Materiál je rozdrcen kladivem, vzniklý vápenný prášek se nepoužívá (viz níže). Vápno (CaCO₃) reaguje s oxidem uhličitým ve filtru (H₂CO₃) tekoucí vody podle následující rovnice:  

CaCO₃+ H₂CO₃ -> Ca(HCO₃)_2- 

 Výsledný hydrogenuhličitan vápenatý Ca(HCO₃)₂ zvyšuje jak celkovou tvrdost (ionty Ca²⁺!), Tak uhličitanovou tvrdost (ionty HC0₃^– !). Ke zvýšení o 1 °dGH a KH ve 100 litrech vody je teoreticky zapotřebí 1,8 g vápence, nejčistší materiál a úplné rozpuštění. Protože se během procesu rozpouštění spotřebovává oxid uhličitý, hodnota pH stoupá; v případě potřeby je třeba chybějící CO₂ doplnit. Během procesu jsou nutné časté kontroly GH, KH a CO₂. Proces je poměrně pomalý.  

Zrychlený postup. Vápno se mnohem rychleji rozpouští v práškové formě, např. „vysrážený“ uhličitan vápenatý (chemický obchod); jedná se o extrémně jemný vápenný prášek vyráběný srážením. Obvykle postačuje mnohem levnější plavená křída (drogerie, malířské potřeby); přestože obsahuje určité nečistoty, nejsou v akvaristice známy žádné problémy. Drcená křída na tabuli není vhodná; na rozdíl od všeobecného přesvědčení se není z vápna, ale ze sádry. Vápno v prášku se však nesmí přidávat přímo do akvária s rybami. Snadno se rozvíří a může způsobit smrtelné podráždění žáber! Naplňte kbelík 3-5 litry vody z vodovodu, na každý 1 °d a 100 litrů akvarijní vody přidejte asi 2 g vápenného prášku a provzdušněte jím dostatečně CO₂. Proběhne výše popsaná reakce. Po úplném rozpuštění bylo získáno 3 až 5 litrů extrémně tvrdé vody. To lze nyní přidat do akvarijní vody jako koncentrát. Nejprve zkontrolujte hodnotu pH a v případě potřeby odstraňte přebytečný CO2 krátkým provzdušněním! 

Koncentrát musí být použit brzy po přípravě. Pokud se nechá dlouho stát, zakalí se, protože se vypaří CO2 a poté se vápno znovu vysráží a tvrdost podle toho klesá.  

Vápenaté dno. Pokud je dostupná voda vždy příliš měkká a musíte ji proto neustále přitvrzovat, může být výhodné vápenaté dno. V půdě je vždy dostatek kyseliny uhličité na pomalé rozpuštění vápna podle výše uvedené rovnice; díky neustálé postupné výměně vody mezi substrátem a volným vodním prostorem se voda v akváriu časem přitvrzuje. Celková tvrdost musí být pravidelně kontrolována. Pokud překročí požadovanou hodnotu, lze ji opět snížit částečnou výměnou vody pomocí příliš měkké vody z vodovodu.  

Vápenatou dno lze rozeznat například takto: na malý vzorek dna se nakape malé množství kyseliny chlorovodíkové nebo alespoň 6 % kyseliny octové; v přítomnosti vápence se začne tvořit pěna. Pokud není k dispozici žádný vápenatý substrát, můžete si ho vyrobit sami přidáním mramorové drtě.  

Snížení. Voda je smíchána s plně demineralizovanou vodou na požadovaný stupeň tvrdosti.  

Plně demineralizovaná voda se vyrábí z běžné vodovodní vody, např. reverzní osmózou nebo iontoměniči. Voda získaná při neutrální výměně je pro akvaristiku naprosto nevhodná!  

Částečné odsolování lze také doporučit pouze v omezené míře. V některých případech pomáhá filtrování přes rašelinu.  

KH vyšší než GH? 

Ve většině vod, měřeno v °d, je uhličitanová tvrdost (KH) výrazně nižší než celková tvrdost (GH). Průměrná KH je kolem 80 % GH. Rozdíl mezi KH a vyšším GH se někdy označuje jako nekarbonátová tvrdost (NKH). Je to způsobeno např. dusičnany, sírany nebo chloridy. Platí tedy následující:  

Celková tvrdost – uhličitanová tvrdost = nekarbonátová tvrdost 

GH – KH = NKH 

Ve výjimečných případech existují vody, ve kterých se měří vyšší hodnoty uhličitanové tvrdosti než celkové tvrdosti. Faktem však je, že uhličitanová tvrdost nikdy nemůže být vyšší než celková tvrdost! Co to má znamenat? Zde je krátké ohlédnutí za historií analýzy vody:  

Termín „tvrdost vody“ se zrodil kolem roku 1900 v počátcích chemie vody jako měřítko obsahu vápenatých a hořečnatých solí. Tvrdost vody byla pro mnoho prádelen nesmírně důležitá, protože složky tvrdosti se spojily s mastnými kyselinami v mýdle a vytvořily nerozpustné, nečistící vápenné mýdlo; tvrdá voda znamenala vysokou spotřebu mýdla! Pro měření tvrdosti vody byl do vzorku vody kapán standardizovaný mýdlový roztok, dokud nevznikla stálá pěna. (Tento postup byl běžný také v akvaristice asi až do roku 1955). Poté bylo zjištěno, že část tvrdosti vody při vaření zmizí. Příčina: při zahřátí se hydrogenuhličitany přeměňují na uhličitany. Uhličitany alkalických zemin, které rovněž zahrnují vápník a hořčík, jsou však nerozpustné ve vodě a vysrážejí se jako vodní kámen. Výsledkem je, že voda nyní obsahuje méně solí vápníku a hořčíku!  

Příklad tvorby vodního kamene:  

Ca(HCO₃)₂ – teplo -> CaCO₃ +H₂CO₃ 

hydrogenuhličitan vápenatý -> uhličitan vápenatý + kyselina uhličitá 

Vysrážející se část celkové tvrdosti se nazývá „uhličitanová tvrdost“. Tolik k historii vzniku výrazů tvrdosti. 

Je důležité vědět, že přeměna hydrogenuhličitanů na uhličitany v zásadě ovlivňuje všechny soli, ale že uhličitany alkalických zemin nejsou rozpustné ve vodě. Naproti tomu mnoho dalších uhličitanů je velmi dobře rozpustných ve vodě, například uhličitan sodný (Na₂CO₃).  

A nyní k měření: měření GH zaznamenává všechny ionty alkalických zemin, tj. barnaté, vápenaté, hořečnaté a stronciové ionty. Měření KH na druhé straně zaznamenává hydrogenuhličitanové ionty a rozpuštěné uhličitanové ionty. Z nich však mohou uhličitanovou tvrdost tvořit pouze ti, kteří mají při reakci vodního kamene partnera s alkalických zemin. Pokud je partnerů příliš málo, je výsledek měření KH větší než GH!  

Takový výsledek měření říká, že kromě hydrogenuhličitanů alkalických zemin (které tvoří uhličitanovou tvrdost) jsou přítomny také další hydrogenuhličitany nebo uhličitany. Mohou to být např. NaHCO₃, Na₂CO₃, K₂CO₃ atd. V takových případech je nastaveno následující:  

Uhličitanová tvrdost = celková tvrdost. 

Přebytek měření KH se obvykle považuje bez ohledu na skutečné složení za obsah hydrogenuhličitanu sodného, ​​konkrétně na 1 °d přebytku odpovídá množství 30 mg/1 NaHCO₃.  

Profesionální chemik používá elegantnější řešení: měří přesně stejnou metodou, ale výsledek nazývá „kapacita kyseliny až do pH 4,3 v milimolech na litr (mmol  )“. Nebo udává, například v případě minerální vody, obsah hydrogenuhličitanových iontů v mg/l. Pojem „uhličitanová tvrdost“ zcela ignoruje a vyhne se tak souvisejícím problémům!  

25.6.2021