خیابان سراج ,تقاطع دلاوران,پلاک 133
| آکواریوم اندازه گیری میزان کربن دی اکسید(قسمت اول)

اندازه گیری میزان کربن دی اکسید(قسمت اول)

زمانی که شما به اکواریوم خود کربن دی اکسید اضافه میکنید، دانستن این نکته که چه میزان کربن دی اکسید در آب حل شده است میتواند بسیار مفید باشد. خوشبختانه نسبت ساده ای بین pH، سختی ناشی از یون کربنات (KH) و میزان کربن دی اکسید موجود در آب وجود دارد . زمانی که شما میزان کربن دی اکسید را افزایش میدهید pH تانک کاهش میابد و اگر شما افزودن کربن دی اکسید را متوقف کنید pH بالا رفته و کربن دی اکسید اضافی از آب خارج میشود.

اطلاعت پایه:  pH یک محلول بیانگر غلظت یون H+ در محلول است. رابطه بین pH و غلظت یون H+ یک رابطه لگاریتمی است. (pH = -Log [H+]) این معادله بیانگر دو نکته است: اول این که هرگاه pH محلول کاهش یابد غلظت یون H+ در محلول افزایش میابد و محلول خصلت اسیدی پیدا میکند. نکته دوم این است که از آنجا که رابطه بین pH محلول و غلظت یون H+ یک رابطه لگاریتمی است، اگر عدد pH یک واحد کاهش یابد غلظت یون H+ ده واحد افزایش میابد. به عبارت ساده تر، عدد pH بیانگر میزان اسیدی بودن یا بازی بودن یک محلول است. محلولهایی با pH بین 0-7 محلول های اسیدی و محلول هایی با pH بین 7-14 محلول های بازی هستند. pH برابر 7 بیانگر یک محلول خنثی است یعنی نه خصلت اسیدی دارد نه بازی.

وقتی به تانک خود کربن دی اکسید اضافه میکنیم، CO2 با آب واکنش میدهد و کربنیک اسید H2CO3)) تشکیل میدهد که pH آب را کاهش میدهد. هر چه CO2 بیشتری در آب حل شود میزان pH آب بیشتر کاهش میابد. بر خلاف  CO2که با تشکیل کربنیک اسید باعث کاهش pH تانک میشود، یون کربنات (CO3-2) که با KH اندازه گیری میشود  pHتانک را افزایش میدهد.

 در حالی که KH سختی ناشی از یون کربنات را نشان میدهد، چیزی که در واقع با کیت های تست KH اندازه گیری میشود ظرفیت بافری آب است. در بیشتر منابع آبی تنها یون کربنات است که به آب خاصیت بافری میبخشد در این حالت ظرفیت بافری آب با غلظت یون کربنات یکی است. اگر غلظت کربن دی اکسید را در آب ثابت در نظر بگیریم هر چه غلظت یون کربنات یا عدد KH بیشتر شود، pH محلول نیز بیشتر میشود.

یک باور اشتباه: اگر KH آب آکواریوم پایین باشد، هنگام اضافه کردن کربن دی اکسید میزان تغییر pH تانک بیشتر خواهد بود. پاسخ: بیشتر مردم دچار این باور غلط هستند که اگر KH آب آکواریوم پایین باشد، هنگام اضافه کردن کربن دی اکسید محدوده تغییر pH آب آکواریوم بیشتر خواهد بود و بالا بودن KH باعث کاهش محدوده تغییر pHمیشود. این باور اشتباه است؛ به این صورت که افزایش KH بیانگر افزایش یون کربنات در تانک است و وجود یون کربنات به تانک خاصیت بافری میبخشد که موجب تغییر در گستره pH آب میشود یعنی محدوده pH دیگر از 0 تا 14 نخواهد بود، اما میزان تغییر pH برای غلظت یکسانی از CO2 مشابه خواهد بود. برای فهم بهتر این مساله میتوانید از جدول زیر استفاده کنید یا به مثال های زیر توجه کنید.

مثال اول: فرض کنید تانکی داریم که مقدار KH آن برابر با 15 درجه و غلظت اولیه CO2 در آن برابر با  ppm 4.5 است که به pH برابر با 8 منجر میشود. اگر ما مقدار CO2 را افزایش دهیم تا غلظت آن به ppm 28 برسد pH تانک به 7.2 کاهش میابد یعنی pH به اندازه 0.8 واحد تغییر میکند.

مثال دوم: حال تانکی را در نظر بگیرید که  مقدار KH در آن 1.5 درجه است و غلظت اولیه CO2 در آن برابر با همان   ppm 4.5 است که به pH برابر با 7 منجر میشود. اگر ما مقدار CO2 را افزایش دهیم تا مانند مثال قبل غلظت آن به   ppm 28 برسد، pH تانک به 6.2 کاهش میابد که مانند مثال قبل تغییرات pH برابر با همان 0.8 واحد است.

پس همان طورکه در مثال های بالا نشان داده شد کم بودن میزان KH  باعث افزایش گستره تغییر pH تانک نخواهد شد. قانونی که در بالا بدان اشاره شد در مواردی که میزان KH تانک زیر 1 درجه باشد صدق نمیکند چون در این صورت غلظت یون کربنات در حدی نیست که به آب خاصیت بافری ببخشد. در این حالت با اضافه کردن CO2، pH تانک به سرعت کاهش میابد؛ اما هنگامی که درجه KH یک یا بزرگتر باشد میزان تغییر pH تانک هنگام اضافه کردن  CO2فقط به مقدار CO2 محلول در تانک بستگی دارد.

رابطه بین pH، KH و  : CO2تا زمانی که یون کربنات تنها بافر موجود در تانک باشد بین pH، KH و  CO2یک رابطه مشخص وجود دارد. در بعضی از نقاط کشور مقادیر بالایی از یون فسفات  (PO43-)در منابع آبی وجود دارد؛ اندازه گیری مقدار CO2 در چنین شرایطی مشکل خواهد بود چون یون فسفات رابطه بین pH، KH و  CO2 را از بین میبرد و دیگر نمودارهای مربوطه نمیتواند مورد استفاده قرار بگیرد. توجه داشته باشید همچنین در صورت وجود یون فسفات در آب تانک کیت های اندازه گیری میزان CO2 نیز کاربردی نخواهند داشت و فاقد ارزش هستند. برای اندازه گیری میزان CO2 محلول در تانک بر اساس pH و KH، میتوانید از نمودار زیر استفاده کنید.

 توجه کنید: اگر شما به تانک خود CO2 اضافه نکرده اید و میزان CO2 بر اساس pH و KH بیشتر از ppm 5 میشود وجود بافر دیگری در تانک شما مانند یون فسفات بسیار محتمل است. در یک تانک دارای ماهی میزان CO2 حاصل از تنفس ماهیها تاثیری در میزان CO2 محلول در تانک نخواهد داشت زیرا گاز CO2 تولید شده از این طریق وارد هوا میشود و میزان CO2 محلول در تانک بینppm  3-4 ثابت میماند. اگر شما میزان pH و KH را در تانک خود اندازه گرفتید و بدون اضافه کردن CO2 میزان کربن دی اکسید محلول در تانک بر اساس نمودارppm  20 محاسبه شد، این عدد اشتباه است. در بعضی موارد آبی که مستقیم از شیر به دست میاید میتواند حاوی مقادیر زیاد یا کمی از CO2 باشد. اگر آب شیر مقادیر بالایی از CO2 را در بر داشته باشد موجب میشود این آب pH پایین و KH بالایی داشته باشد، برعکس اگر آب شیر حاوی مقادیر ناچیزی از CO2 باشد، pH بالا و KH پایینی خواهد داشت. در هر دو مورد بعد از گذشت چند ساعت میزان CO2 اضافی از تانک خارج و در هوا پخش میشود و میزان pH تانک به مقدار نرمال ppm 3-4 میرسد.