Основные параметры воды (показатели GH, KH и pH)

К основным параметрам воды в аквариуме относят: общую жёсткость (GH), карбонатную или временную жёсткость (KH) и водородный показатель (pH). Данные показатели имеют ключевое значение при содержании рыб и пресноводных креветок и о них следует знать каждому аквариумисту.

Для начала вспомним школьный курс химии о растворении веществ. При растворении в воде какого-либо вещества оно диссоциирует, т. е. распадается на отрицательные (анион) и положительные (катион) ионы. Например, если в воде размешать обычную поваренную соль — хлорид натрия (NaCl), то она диссоциирует катион Na+ и анион Cl-.

Диссоциация хлорида натрия (NaCl)

Поваренная соль распадётся на ионы: катион Na+ и анион Cl-

Аналогичным образом ведут себя растворённые вещества, от которых напрямую зависят показатели GH, KH и косвенно pH.

Общая жёсткость воды GH

Жёсткость воды определяется суммой ионов щёлочноземельных металлов, растворённых в воде. В основном это ионы Кальция (катионов Са+) и Магния (катионов Mg+). Если они присутствуют в большом количестве, значит вода жёсткая, если их мало — мягкая.

Общая жёсткость воды

Содержание ионов Mg+, Ca+ и анионов SO4-, Cl- в воде

Исторически сложилось так, что в аквариумистике жёсткость воды обозначается как GH (Grad Härte) и выражается в немецких градусах dGH (или сокращённо dH), либо в американских ppm (part per million — одна часть на миллион). Обе единицы измерения можно легко конвертировать друг в друга.

В Европе и страх на постсоветском пространстве широко используются немецкие градусы и градацию жёсткости, принятые в Германии. Именно в них выражается жёсткость в тестах анализа воды у большинства популярных брендов (JBL, API, Tetra, ADA, Sera и другие).

С 2007 года для адаптации к европейским стандартам в Германии действует следующая градация жёсткости воды:
от 0 до 8.4 dGH — мягкая,
от 8.4 до 14 dGH — средней жесткости,
Больше 14 dGH — жесткая.

Оптимальный диапазон GH для большинства видов рыб находится между 4 и 16 градусами dGH.

Стоит отметить, что некоторые производители тестов для аквариумной воды продолжают использовать старый диапазон жёсткости воды (действовавший до 2007 года), который выглядит следующим образом:
от 0 до 5 dGH — очень мягкая,
от 5 до 10 dGH — мягкая,
от 10 до 20 dGH — средней жесткости,
от 20 до 30 dGH — жёсткая
свыше 30 dGH — очень жесткая

В данной градации оптимальным считается диапазон между 5 и 20 градусами dGH.

Почему важен показатель GH?

В дикой природе параметры воды отличаются от региона к региону. В каждой конкретной местности рыбки приспособились к собственной уникальной среде обитания. Виды, живущие в мягкой воде, оказавшись в среде с высоким GH будут испытывать повышенное осмотическое давление, что приводит к стрессу и нарушению обмена веществ. С другой стороны, в условиях дефицита ионов некоторых щелочноземельных металлов, в особенности кальция и магния, будут наблюдаться проблемы роста, что особенно критично для декоративных креветок.

Таким образом, чтобы обеспечить благоприятные условия содержания, важно поддерживать значения GH на том уровне, которые указаны в описании аквариумных рыбок.

Карбонатная жёсткость KH

Щелочноземельные металлы оказываются в воде в составе других веществ. Напарниками Са и Mg обычно выступают хлориды (Cl2), сульфаты (SO4), карбонаты (CO3) и гидрокарбонаты (НСО3). Именно присутствие в воде анионов CO3- и НСО3- обозначается как карбонатная жёсткость. Её также называют временная, поскольку карбонаты легко удаляются из воды кипячением, осаждаясь в виде всем известной накипи.

В противоположность временной жёсткости существует постоянная, которая обусловлена присутствием в воде оставшихся анионов Cl2- и SO4-. Определение «постоянная» используется потому, что удалить хлориды и сульфаты кипячением не получится.

Временная или карбонатная жёсткость воды

Содержание в воде с временной жёсткостью дополнительных гидрокарбонатов HCO3

Карбонатная жёсткость является частью общей жёсткости и по аналогии с ней её принято измерять в немецких единицах измерения dKH и обозначать как KH (Karbonathärte hängt). Градация аналогична GH, но чаще применяется старый диапазон жёсткости (действовавший до 2007 года), который, как правило, ограничен диапазоном от 0 до 20 dKH.

Стоит отметить, что карбонатные соединения могут быть связаны не только с щелочноземельными металлами (Са и Mg), яркий тому пример обычная пищевая сода — гидрокарбонат натрия (NaHCO3). Если соду растворить в воде она не повысит карбонатную и, соответственно, общую жёсткость. Однако, существующие тесты KH для аквариумной воды тем не менее зафиксируют повышение. Дело в том, что они реагируют на все карбонатные и гидрокарбонатные соединения, независимо от того, попали они в воду вместе с щелочноземельными металлами или нет.

Почему важен показатель KH?

KH тесно взаимосвязана с другим важным показателем — pH, имеющим для рыб и растений не меньшее значение чем общая жёсткость.

Оба показателя напрямую зависят друг от друга. Высокие значения pH означают высокие значения KH. И наоборот, кислые значения pH могут быть достигнуты только при низких значениях карбонатной жёсткости (подробнее в Таблице ниже).

В аквариуме для KH отводится особая роль. Карбонатная жёсткость не только взаимосвязана с pH, то также служит для поддержания его стабильного значения. KH выступает своего рода буфером, который препятствует быстрым и значительным изменениям pH.

Водородный показатель pH

Водородный показатель или показатель pH воды указывает на количество свободных ионов водорода (H+), а точнее на соотношение H+ и OH- (вместе образуют знакомую формулу H2O). Вода сама по себе практически не диссоциирует на H+ и OH-, но поскольку в ней присутствует большое растворённых веществ (например, соли щелочноземельных металлов), некоторые из них дают химическую реакцию, смещая водородный показатель в ту или иную сторону. Если ионов водорода в воде много, она кислая, если мало — щелочная.

Ионный состав нейтрального значения pH

Количество ионов водорода (H+) равно ионам гидроксида (OH−)

Ионный состав кислого значения pH

Количество ионов водорода (H+) больше ионов гидроксида (OH−)

Ионный состав щелочного значения pH

Количество ионов водорода (H+) меньше ионов гидроксида (OH−)

Показатель pH измеряется по шкале от 0 (очень кислая вода) до 14 (очень щелочная вода). В отличие от общей жёсткости воды обозначение водородного показателя одинакового во всех странах, поэтому путаницы не происходит.

Рыбы могут жить в пределах от 5 до 9 pH. Середина шкалы под номером 7 (pH7) считается нейтральным значением.

pH <5 — сильно кислая
pH 5–6 — кислая
pH 6–6,8 слабокислая
pH 6,8–7,2 — нейтральная
pH 7,2–8,0 слабо щелочная
pH 8,0–9,0 — щелочная
pH >9 — сильнощелочная

В аквариуме показатель pH очень нестабилен, особенно в мягкой воде. В течение дня возможны небольшие изменения в ту или иную сторону. На суточные колебания наибольшее влияние оказывает углекислый газ, производимый рыбами и растениями (в ночное время), и различные органические отходы (экскременты, не съеденные остатки пищи), которые активно участвуют в окислении воды.

Как было отмечено выше, KH служит буфером для pH, удерживая его в определённом диапазоне значений. Между ними существует прямая зависимость, которую можно описать таблицей. В таблицу третьим показателем включают углекислый газ, поскольку степень растворения CO2 также зависит от соотношения карбонатной жёсткости и водородного показателя.

Таблица соотношения pH, KH и CO2

Взаимосвязь между водородным показателем (pH) и карбонатной жёсткостью (KH) и её влияние на содержание углекислого газа

Почему важен показатель pH?

Наряду с температурой и показателем GH водородный показатель имеет ключевое значение при содержании аквариумных рыб, креветок и выращивании водных растений.

Будучи родом из различных биотопов обитатели аквариума нуждаются в определённом составе воды. Например, африканские цихлиды из рифтовых озёр приспособились к щелочной воде, а рыбки из Амазонии напротив, могут жить только при кислых значениях pH. Для здорового роста растений необходимы питательные вещества, которые наиболее эффективно усваиваются при низких значениях водородного показателя (например, железо, марганец, бор, медь и цинк).