La quimica del agua

Miér Jun 12, 2013 5:37 pm

Introducción

Cualquiera sean los peces que tengamos en un primer contacto con la acuariofilia, todos nosotros debemos tener un conocimiento detallado de los aspectos químicos (y biológicos, porque están íntimamente ligados) del agua que utilizamos y mantenemos en nuestros acuarios. De ella depende el bienestar de nuestros "huéspedes", siendo un factor condicionante de su reproducción y hasta del simple mantenimiento. En efecto, muchos peces toleran características del agua extremas, pero debemos distinguir la situación en que un pez se encuentra bien ambientado a las condiciones que le son ofrecidas (el que se refleja, de forma nítida, en su coloración, crecimiento, dimensiones alcanzadas y propensión a reproducirse) y la situación en que él sólo soporta (o sobrevive) en un medio que le es hostil.

Dicho esto, se repite que la mayoría de los peces no son particularmente exigentes con gran parte de las características químicas del agua en que vive, hasta porque, en muchos casos, en su hábitat, estas varían profundamente a lo largo de sus vidas. Este hecho es particularmente evidente en el caso de las especies anuales o killis.

Hay dos reglas importantes a seguir:
1 - Se deben efectuar cambios de agua tan frecuentemente como sea posible, particularmente en el caso de acuarios pequeños, sobrepoblados o donde se efectúe una sobrealimentación
2 - Los cambios de agua deben ser realizadas con moderación en lo que se refiere
al porcentaje de agua cambiada, ya que se debe evitar cambios bruscos de la química del agua (a veces puede ser peor un cambio que mantener una agua vieja y ya ligeramente polucionada).
Veamos entonces cuáles los principales parámetros del agua la que debemos estar atentos:

El pH

Es difícil explicar de forma extremadamente simple qué es el pH del agua. Para quien se interese trataremos de hacerlo de la forma más sencilla posible.
En cualquier forma que se presente el agua además de moléculas (de H₂0), siempre habrá iones libres de Hidrógeno. El peso de esos iones en su conjunto determina el valor pH. Esos iones libres pueden ser negativos de radical hidroxilo (HO-) (aniones) o positivos de Hidrógeno (H+) (cationes). De éstos dos grupos de iones libres los H+ son los que determinan la acidez. El grado de acidez se determina por el peso de los mismos (en gramos) por litro de agua.
Cada ión de Hidrógeno se acopla a una molécula de agua. De ese modo una molécula con un ión agregado deja de ser H2O y pasa a ser H3O+. Es así que se forma un ión hidrónio. Un agua neutra contiene igual peso de iones hidróxilo (HO-) que de Hidrógeno (H+). Mediante cuidadosas mediciones se pudo establecer que en un litro de agua neutra existen 1/107 gramos de cada tipo de ión. Esto significa que existe una molécula de agua disociada en sus iones componentes (H+ y HO-) cada diez millones de moléculas de agua. En la relación logarítmica entre 1/102 y 1/103 (pH 2 y pH 3 respectivamente) pH 2 representa una concentración de un centésimo (1/102) y pH 3 representa una concentración de un milésimo 1/103 (o sea 10 veces menor). Esta escala llevada a un pH muy extremo convertirá el agua en un medio corrosivo (con extrema acidez) o cáustico (con extrema alcalinidad).
La importancia que esto tiene en un acuario, en el cual los valores pH deben mantenerse dentro de ciertos parámetros, se pone en evidencia. Un punto de pH significa una concentración diez veces mayor o menor que la anterior o posterior que en algunos casos puede significar una concentración de un millonésimo = 1/106 (pH 6), un diez millonésimos 1/107 (pH 7) o un cien millonésimos 1/108 (pH Cool

. Son simplemente dos puntos de pH pero la concentración es sustancialmente diferente.

Medición

El pH puede ser medido con indicadores (tiras de papel o productos líquidos que se colocan en contacto con una pequeña muestra del agua del acuario).
El color que adquieren da una indicación del valor del pH. Una alternativa, más exacta pero más costosa, es el recurso a instrumentos electrónicos que hacen una lectura directa del valor del pH. En la mayoría de los casos para uso diario en acuarios domésticos, los indicadores líquidos son adecuados.

Modificación del pH del agua del acuario
a) Bajar el valor del pH

La alternativa más natural es la adición de turba. Colocando turba, que no haya sido exhaustivamente hervida o neutralizada químicamente en el filtro externo o en el fondo del acuario (dentro de una media de mujer), se va a liberar lentamente ácidos orgánicos (ácidos húmicos) que harán bajar progresivamente el valor del pH. En los primeros días el pH deberá ser medido periódicamente de modo a verificar si no baja demasiado. En aguas muy duras, sin embargo, la adición de turba no será muy efectiva ya que los compuestos presentes en el agua neutralizan los ácidos húmicos. Este método tiene el inconveniente de colorear ligeramente el agua de color ambarino.

Otra alternativa es la adición, lenta y cuidadosa, de dihidrogenofosfato (bifosfato ácido) de potasio (KH2PO4) o de dihidrogenofosfato (bifosfato ácido) de sodio (NaH2PO4). En este caso, la adición deberá ser acompañada por mediciones alternadas del valor de pH. Estas mediciones deberán ser hechas 30 a 60 minutos después de la adición del producto, y caso a descendida del valor del pH no haya sido suficiente se agregará una nueva dosis.
Esto no es recomendable en acuarios plantados porque cualquier adición de fosfatos favorece la proliferación de algas. En estos casos se sugiere utilizar ácido clorhídrico comercial, aplicado gota a gota separadas unas horas entre si y controlando el pH.

b) Aumentar el valor del pH

El pH puede ser aumentado incrementando la presencia de algunas sales en el agua - tal es, pero, acompañado por el aumento de la dureza del agua. Colocando algunas piedras calcáreas o conchilla molida en el agua estas sufrirán una ligera disolución y el carbonato de calcio que entonces se libera va a participar en reacciones que harán subir el pH. Hay que tener en cuenta que esta disolución, lenta y gradual es permanente por el que los valores del pH (y de la dureza) deberán ser atentamente controlados.
La solución de emergencia para un aumento del valor pH es aplicar bicarbonato de sodio. No obstante esta es una solución transitoria ya que de no haber en el agua un buffer natural, el pH tenderá a descender nuevamente en poco tiempo.

Qué es un buffer

En lo que podemos denominar "química del acuario" buffer es una o varias sustancias químicas que afectan la concentración de los iones de hidrógeno (o hidrogeniones) en el agua. Siendo que pH no significa otra cosa que potencial de hidrogeniones (o peso de hidrógeno), un "buffer" (o "amortiguador") lo que hace es regular el pH.
Cuando un "buffer" es adicionado o se forma naturalmente en el agua, el primer cambio que se produce es que el pH del agua se vuelve constante.De esta manera, ácidos o bases (álcalis = bases) adicionales no podrán tener efecto alguno sobre el agua, ya que esta siempre se estabilizará de inmediato.
En general, los buffer consisten en sales hidrolíticamente activas que se disuelven en el agua. Los iones de estas sales se combinan con ácidos y álcalis. Estas sales hidrolíticamente activas son los productos que resultan de la reacción entre los ácidos débiles y los álcalis fuertes como el carbonato de calcio (a partir del ácido carbónico e hidróxido de calcio) o entre ácidos fuertes y álcalis débiles como el cloruro de amonio (a partir del ácido clorhídrico e hidróxido de amonio).

Dureza del agua

La dureza traduce, de cierto modo, la mineralización del agua, esto es, la cantidad de minerales en ella disueltos.
El agua de la lluvia es, en general, muy poco mineralizada a menos que atraviese zonas donde haya mucha materia en suspensión. El agua de zonas calcáreas es en compensación fuertemente mineralizada ya que las rocas calcáreas se disuelven con relativa facilidad. En zonas de florestas, en particular en los charcos y arroyos que cruzan zonas donde hay una gran cantidad de materia vegetal en descomposición, la dureza del agua es muy baja y es en general ácida (estos dos factores están, en general, interligados).
La dureza se puede subdividir en dos grupos:

La dureza permanente, o sea la relativa a la presencia de los iones calcio ymagnesio;

La dureza “temporal” o de carbonatos (alcalinidad).

Dureza permanente (GH):
Los iones calcio (Ca2+) y magnesio (Mg2+) son los principales iones positivos que se pueden encontrar en el agua de ríos y lagos. Están asociados normalmente a los iones carbonato (CO32-), sulfato (SO42-) y clorato (Cl-). Su presencia está muchas veces asociada a la disolución de rocas ya que el carbonato de calcio es el principal constituyente del calcio.
Es pues necesario prestar atención el tipo de piedras y otros ornamentos (caracoles, corales) que eventualmente coloquemos en nuestros acuarios. Piedras de calcio o mármol y cualquier caracol o corales irán a entrar en un lento pero permanente proceso de disolución, contribuyendo, mucho, para el aumento de la dureza del agua. Un método para verificar si una piedra tendrá tendencia a liberar sales será añadir unas gotas de ácido diluido y verificar si la piedra queda "atacada". Si se forma una pequeña espuma o erosión es señal de que la piedra irá a sufrir un desgaste en el agua del acuario. Granito y piedras volcánicas serán preferibles, si quisiéramos evitar el aumento de la dureza del agua.

Modificación de la dureza permanente del agua del acuario

El agua con sales disueltas de nuestros acuarios va tendiendo a ponerse progresivamente más dura.
Esto se debe a la disolución de materiales, como se ha mencionado antes, pero también al hecho de cuando el agua se evapora las sales permanecen en el agua, aumenando su concentración. Cuando añadimos más agua para reponer el nivel estamos también a añadiendo más sales y así su concentración, y de este modo la dureza aumenta.
Los cambios de agua regulares en aquellas zonas donde el agua disponible es naturalmente dura, evitará la concentración excesiva de sales y por consecuencia el aumento de la dureza.

a) Bajar el valor de la dureza permanente
Para disminuir la dureza permanente lo más conveniente es la mezcla del agua más dura con agua más blanda, obteniéndose entonces una dureza intermedia.
Si mezclamos agua de dureza 20 en partes iguales con agua de dureza cero, el resultado será agua de dureza 10. En la dureza del agua la relación es matemática, a diferencia del pH que tiene relación logarítmica.
Si pretendiéramos un agua muy blanda podremos recurrir al agua destilada o agua de ósmosis. Existe también la posibilidad de utilizar agua de la lluvia, pero debido a la creciente polución del medio ambiente hay que tener algunos cuidados. Por lo tanto es aconsejable recoger el agua de lluvia sólo varios minutos después de comenzar la lluvia, ya que de este modo la gran mayoría de los polucionantes en suspensión en la atmósfera ya habrán sido arrastrados.

b) Elevar el valor de la dureza permanente
La solución más natural es la colocación de rocas calcáreas, conchilla molida o coral molido en el agua del acuario. Por ejemplo, utilizando el método recomendado para subir el pH.

Dureza temporal o de los carbonatos (KH):

Esta dureza es debida a la presencia de iones carbonato (CO32-) o bicarbonato (HCO32-) disueltos en el agua.
La existencia de estos iones en el agua va a provocar la aparición del poder tampón, ya referido anteriormente en la sección del pH. En un agua de elevada dureza de carbonatos se torna particularmente difícil la alteración de los valores del pH ya que los carbonatos/bicarbonatos van "absorber" las alteraciones que se intente efectuar en el pH del agua.
Como ya se ha explicado este efecto es generalmente beneficioso y así la presencia de alguna dureza de los carbonatos permite evitar que haya fluctuaciones bruscas y significativas del valor del pH en nuestros acuarios.
Pero algunos peces, y particularmente sus huevos y embriones principalmente los originarios de zonas de aguas muy blandas (por ejemplo los Tetras y los Killis de zonas selváticas), son sensibles a los valores de KH elevados, por ello hay que bajar el valor del pH cuando presente valores muy altos (alcalinos), frecuentemente indeseables (mayor KH generalmente implica mayor pH).

Alteración de la dureza temporal del agua del acuario
Siendo la dureza temporal debida a la presencia de iones carbonato (CO32-) o bicarbonato (HCO32-), está íntimamente conectada a la disolución de dióxido de carbono (CO2) en el agua, aunque parte de estos iones provengan de la disolución de material calcáreo, como se ha explicado anteriormente.
Como el dióxido de carbono es un gas es posible removerlo del agua con alguna facilidad. Los gases son, en general, tanto menos solubles en un líquido cuanto mayor sea la temperatura. Hervir o calentar fuertemente el agua a utilizar en nuestros acuarios va a permitir que los carbonatos se liberen a la atmósfera bajo la forma de dióxido de carbono. Hay que atender que en este proceso también se elimina el oxígeno disuelto en el agua (el cual se recupera batiendo fuertemente el agua antes de introducirla al acuario).

Escalas de dureza
Tal como el pH la dureza también puede ser medida en una escala. Sin embargo, mientras que el ph es medido en una escala única, universalmente utilizada, para la dureza existe una variedad de escalas diferentes. Tenemos así, entre las más utilizadas, las escalas francesa, inglesa, alemana, americana y aún una escala basada en la cantidad equivalente de ácido clorhídrico necesaria para neutralizar la dureza (carbonatos, bicarbonatos hidróxidos) - en este caso se expresa en miliequivalentes por litro (meq/l).
Todas estas escalas se pueden relacionar y convertir entre sí (por ejemplo un grado francés, ºF, equivale la 0.56 ºdH alemanes). Haciendo la correspondencia para la cantidad de carbonato de calcio (CaCO3) disuelta en el agua, en miligramos por litro, tenemos:

Grados Mg/l CaCO3 (que a su vez equivale a ppm o partes por millón).

Franceses 10.

Ingleses 14.3

Alemanes 17.8

Americanos 17.2

meq/l. 50.

Considerando su dureza una agua puede ser:

Muy blanda entre 0 y 50 mg/l CaCO3. (equivale a entre 0 y 50 ppm, o entre 0º dH y 3,5º dH)

Blanda entre 50 y 100 mg/l CaCO3. (equivale a entre 50 y 100 ppm o 3,5º dH y 7º dH)

Poco dura entre 100 y 150 mg/l CaCO3. (equivale a entre 100 y 150 ppm o entre 7º dH y 10,5º dH)

Dura entre 150 y 300 mg/l CaCO3. (equivale a entre 150 y 300 ppm o entre 10,5º dH y 21º dH)

Muy dura más de 300 mg/l CaCO3. (más de 300 ppm o 21º dH)

El Agua del acuario

Después que hayamos terminado con la preparación del agua de nuestros acuarios y esté en perfectas condiciones para recibir nuestros peces, ellos mismos, con nuestra ayuda, van rápidamente a deteriorarla. En efecto, las excreciones de su ciclo metabólico, así como los restos de comida que inadvertidamente quedan en el acuario van a constituir fuentes de desechos orgánicos, que en breve se acumulan y disminuyen la calidad del agua. En su hábitat natural los peces, normalmente, no se enfrentan con este problema. En efecto, debido al volumen de agua donde viven (la relación volumen de peces/volumen de agua es muy superior en uno acuario del que se da en un curso de agua o lago), por la constante renovación de agua que ocurre en el caso de los ríos, y principalmente, por las cadenas biológicas bien establecidas en el medio natural, los valores de estos desechos normalmente no alcanzan proporciones elevadas. Además de eso, los peces en un acuario son en general mucho más sensibles a la concentración de desechos. Para bajar los valores de esos contaminantes en el agua, en el fondo, sólo tenemos que respetar los tres factores presentes en un medio natural y, tanto cuanto posible, repetirlo en nuestro acuario:
I - Mantener una relación volumen de peces/volumen de agua. Cuanto mayor el número de peces en el mismo acuario más rápidamente sus detritos se acumulan.
II - Proceder a las renovaciones de agua frecuentes. A medida que van siendo producidos los desechos estos van siendo retirados con el agua vieja que es sustituida por agua nueva y limpia.
III - Establecer una cadena biológica que "procese" los desechos, transformándolos en compuestos más inofensivos. Este es el fenómeno más complejo y que ya hemos visto al hablar del filtro biológico
La cadena biológica en cuestión se establece, primordialmente en los sistemas de filtración de los acuarios, yendo a constituir así el llamado "filtro biológico". Esta denominación viene del hecho de ser constituida por colonias de microorganismos (básicamente bacterias) que, en etapas diferenciadas, van a "procesar" los compuestos orgánicos contaminantes, transformándolos en compuestos inofensivos o que puedan ser integrados en los tejidos de algas y plantas del acuario.
La fijación primordial de estas colonias de bacterias en los filtros se realiza mediante dos factores principales:
1 - La circulación de agua por los filtros lleva los compuestos orgánicos presentes en el agua directamente hasta a las bacterias, permitiendo que estas reciban un gran flujo de nutrientes.
2 - Parte de estas bacterias son aeróbicas, esto es, necesitan de oxígeno para realizar su ciclo biológico. Debido a la circulación el agua que pasa por los filtros tiene siempre oxígeno disuelto. Es por este motivo que NUNCA se deben desconectar los filtros más durante algunos minutos. Sin la constante circulación del agua, las bacterias rápidamente consumen el oxígeno disuelto circundante, asfixiándose en poco tiempo. Además de interrumpirse el ciclo descrito, impidiendo la destrucción de los compuestos contaminantes, la muerte de las bacterias va a liberar al agua muchos otros compuestos de elevada toxicidad.
Lo primordial en toda esta cadena biológica es el ciclo del nitrógeno, sobre todo por el tipo de compuestos químicos que involucra, algunos de ellos potencialmente peligrosos para la vida en el acuario. Los alimentos de los peces contienen, en general, alguna forma de nitrógeno. Cuando los peces digieren los alimentos parte de este nitrógeno es integrado en su organismo, constituyendo tejido vivo, y la otra parte es excretada. En esas excreciones el nitrógeno aparece bajo diversas formas (urea, aminos ácidos, proteínas). Otras fuentes de compuestos de nitrógeno son los restos de comida, cadáveres de peces y caracoles, hojas y tallos de plantas muertas. Por descomposición microbiana de esos compuestos el nitrógeno va entonces aparecer combinado con hidrógeno, formando amoníaco (muy tóxico) o amonio (menos tóxica), conforme el pH (cuanto mayor el pH mayor la cantidad de amoníaco formado, proporcionalmente a la cantidad de amonio).
Algunas de las bacterias (de los géneros Nitrosomonas y Nitrosococus) existentes en el acuario van a decomponer el amoníaco/amonio transformándolos en nitritos. Los nitritos son extremamente tóxicos, y su acumulación rápidamente provoca una hecatombe entre la generalidad de los seres vivos del acuario. Sin embargo, en un acuario con un ciclo biológico bien establecido este rápidamente es transformado (por acción de otras bacterias, del género Nitrobacter/Nitrocystis) en nitratos. Estos son mucho menos tóxicos y son fácilmente incorporados como nutrientes de algas y plantas.
Hay un factor extremamente importante a tener en cuenta en este ciclo biológico: el tiempo.
En efecto, no basta incorporar agua fresca, conectar un filtro y listo! Siendo un sistema biológico tarda bastante tiempo a estabilizarse: entre cuatro y seis semanas (aunque este sea un número variable, dependiente de múltiples factores).
Este es el tiempo necesario para que cada una de las colonias de bacterias se desarrollede una forma estable (nótese que sólo después de una plena actividad de las bacterias que transforman la amonio en nitritos se van a establecer las bacterias que transforman nitritos en nitratos).
Así, después de la primera introducción de peces en el acuario van comenzando a producirse compuestos con nitrógeno, desarrollándose las bacterias que los transforman en amonio . Hay entonces un gran aumento de la concentración de amoníaco /amonio en el agua del acuario pudiéndose alcanzar niveles peligrosos. Posteriormente van a surgir las bacterias que transforman el amoniaco/amonio en nitritos, por el que va a haber un gran aumento de la concentración de este último compuesto a costa de la desaparición de los primeros. Cuando finalmente las bacterias responsables por transformar los nitritos en nitratos surgen en número suficiente tenemos entonces el ciclo completo. Es importante destacar que SÓLO a esta altura tenemos un acuario estabilizado biológicamente, esto es, sin propensión la que haya fluctuaciones bruscas de la composición del agua, con la consecuente aparición de compuestos tóxicos en niveles preocupantes. Hasta que se alcance esta estabilidad debemos tener el acuario poblado con pocos peces, muy resistentes, eliminar todos los restos de comida, cadáveres y hojas muertas y proceder a cambios parciales del agua con frecuencia.
Existen sin embargo hay maneras de reducir, y mucho, este tiempo de espera o aminorar los riesgos inherentes al establecimiento de la cadena biológica. Si en lugar de llenar el acuario sólo con agua nueva utilizáramos, en parte, agua vieja de un acuario saludable, vamos a introducir un elevado número de bacterias pertenecientes cada una de las fases del ciclo. Mejor aún será poner a trabajar en el acuario ya establecido un segundo filtro (interior o exterior) que después
colocaremos, al cabo de algunos días, en el acuario nuevo - obviamente que esto no se aplica a los filtros de fondo. Existen también en el mercado productos para "arranque" rápido de los ciclos biológicos.
Vele mencionar que, si el acuario no estuviera abundantemente Plantado, los nitratos no son absorbidos y estarán siempre presentes, alcanzando niveles preocupantes. Cambios regulares de agua evitan grandes concentraciones de este y otros compuestos. Estos mismos cambios, si son efectuadas con mucha frecuencia y en cantidades significativas permiten mantener la concentración de cualquier desecho tan baja que no se tornaría ni siquiera necesario el establecimiento del ciclo atrás descrito. Sin embargo muchas especies de peces, y particularmente los de mayor edad, son poco tolerantes a cambios de grandes cantidades de agua.

Conductividad

Ya hemos mencionado la existencia de sales disueltas en el agua, particularmente las sales de calcio y magnesio, que contribuyen para ladureza del agua. Pero, además de estos, existen muchos otros compuestos disueltos, y que no son "contabilizados" en la dureza. Así, por ejemplo, una de las substancias que normalmente contribuye a la salinidad del agua es el cloruro de sodio, la vulgar sal de cocina. El cloruro de sodio es muchas veces utilizado por nosotros como medida de control/radicación de parásitos, como por ejemplo el Oodinium en los Nothobranchius y otros peces, ya que muchos de ellos toleran con facilidad concentraciones elevadas de sal, contrariamente al parásito. Pero, muchos otros peces son absolutamente intolerantes a la sal.
La salinidad se puede expresar en mg/l, lo cual expresa la masa total de sales (en mg) disueltos por litro de agua.
Sin embargo, normalmente los acuariófilos no nos referimos directamente a la concentración de sales en un agua reportándose a la salinidad pero sí a través de la conductividad ("facilidad" de conducción eléctrica), medida en mS/cm2 (micro-Siemens por centímetro cuadrado). La conductividad es fácilmente medible, con un aparato especial.
La asociación es simple: genéricamente podremos considerar una sal como una sustancia constituida por iones positivos (calcio, magnesio, sodio, potasio...) y negativos (carbonato, bicarbonato, clorato, nitrato, sulfato,...) que en general se separan, hasta cierto punto, al disolverse en agua. Esas partículas con carga eléctrica (positiva o negativa) van a permitir el pasaje de la cadena eléctrica por el agua. De este modo, cuanto mayor sea la cantidad de iones de un agua (mayor salinidad), mayor va a ser su conductividad. A pesar de eso, esta relación no es lineal, ya que diferentes sales (diferentes iones) van a conducir la cadena eléctrica de forma desigual. Se puede sin embargo establecer una relación aproximada. Por ejemplo, si consideráramos que una conductividad de 100 mS/cm2 corresponde la una salinidad de 50 mg/l, entonces, y retomando a lo que fue expuesto m{as arriba (Dureza), vemos que un agua blanda tendrá una conductividad entre 0 y 200 mS/cm2, mientras que una agua dura podrá pasar de los 600 mS/cm2. Recordando uva vez más que no sólo la dureza contribuye a la conductividad.
Al añadir sal de cocina (cloruro de sodio) al agua del acuario estaremos aumentando (y mucho) la conductividad de esta, pero dejamos la dureza inalterada