El PH en el acuario Marino

publicado en la revista electrónica Blue Polyp en 2004

Introducción

En este artículo se van a tratar los aspectos fundamentales para la comprensión de qué es y qué implicaciones tiene el pH en un acuario marino. Este artículo le podrá parecer básico a un aficionado con cierto nivel, pero la casa se construye por los cimientos y en un próximo número explicaremos con detalle la relación entre el pH, la dureza de carbonatos y el calcio.

Definición

El pH se define como:

pH = -log [H⁺]        Ec. 1

En el agua algunas moléculas se encuentran disociadas según el siguiente equilibrio:

H₂O « H⁺ + OH^–        Ec. 2

de manera que hay las concentraciones de iones hidroxilo (OH-) y protones (H+) son iguales:

[H⁺] = [OH^–] = 7        Ec. 3

Por lo tanto, en agua pura:

pH = 7        Ec. 4

Se definen tres rangos de pH:

ü  pH igual a 7                  neutro

ü  pH mayor de 7              básico

ü  pH menor de 7              ácido

Hay que tener en cuenta que el pH es una escala logarítmica, luego un pH=6 es 10 veces más ácido que un pH=7 y un pH=8 es diez veces más básico que un pH=7.

En el agua de mar hay una elevada cantidad de sales minerales disueltas que repercuten en el valor del pH haciendo que éste sea básico (8,2-8,3). Las principales especies químicas que contribuyen al pH del agua de mar son por orden de importancia: carbonato/bicarbonato, borato y sulfato.

El Buffer de pH carbonato/bicarbonato

El pH del agua de mar viene determinado principalmente por la relación entre el dióxido de carbono (CO₂), el bicarbonato (HCO₃^–) y el carbonato (CO₃⁼) que se rige según las siguientes reacciones químicas:

CO₂(g) + H₂O « H₂CO₃(aq)         Ec.5

H₂CO₃(aq) « H⁺(aq) + HCO₃^–(aq)         Ec.6

HCO₃^–(aq) « H⁺(aq) + CO₃⁼(aq)         Ec.7

El valor del pH en el acuario marino va a depender fundamentalmente de la relación entre el carbonato y el bicarbonato. A los valores típicos de pH en un acuario marino de 8,2-8,3, la especie predominante va a ser HCO₃^– (90%) y sólo un 9,4% estará como CO₃⁼, mientras que el CO₂ presenta una concentración muy baja (0,6%). Si la relación HCO₃^–/CO₃⁼ aumenta de valor el pH disminuye, mientras que si dicha relación disminuye el pH aumenta. Este efecto se denomina efecto tampón o buffer de pH e implica que la adición de un ácido (H⁺) es neutralizada por el carbonato para dar bicarbonato, produciéndose sólo una ligera variación del pH.

Alcalinidad y dureza de carbonatos (KH).

La alcalinidad es una medida de la cantidad de especies químicas presentes en el agua que van a neutralizar la adición de un ácido y representa la suma de la concentración de bicarbonato (HCO₃^–), carbonato (CO₃⁼), borato (BO₃^3-), sulfato (SO₄⁼) e hidroxilo (OH^–) principalmente.

La dureza de carbonatos (KH) es una medida de la cantidad de iones carbonato y bicarbonato presentes en el agua.

El KH se mide generalmente en:

• grados alemanes (dKH). 1dKH=17,8 mg/l de CaCO₃
• miliequivalentes por litro (meq/l). 1meq/l=2,8dKH

Los tests de medida de la dureza de carbonatos, factor muy importante en el mantenimiento de los invertebrados del acuario marino, no sólo por su efecto en el pH, realmente miden la alcalinidad del agua, pues el cambio de color del reactivo se produce cuando se consumen todos las especies químicas que neutralizan el ácido, no sólo los carbonatos y bicarbonatos. Por lo tanto, el valor de KH obtenido con estos test colorimétricos es ligeramente superior al real.

Como se ha visto anteriormente, el pH va a ser regulado por el tampón carbonato/bicarbonato por lo que la medida del KH o dureza de carbonatos va a ser muy importante para el mantenimiento de un pH estable en el acuario. Si se tienen valores bajos de KH se producirán más fácilmente variaciones de pH al haber menos iones carbonato y bicarbonato para regular el pH. Se deben mantener valores de KH entre 8 y 10 dKH para mantener un pH estable.

Pero no sólo es importante el valor del KH sino también, como hemos visto, la relación relativa entre ambos iones. De ahí, la importancia de utilizar un buen aditivo para aumentar la dureza de carbonatos, que tenga una relación equilibrada de concentraciones de carbonato y bicarbonato.

Factores que influyen en el pH. Efecto de la iluminación.

Hay tres factores fundamentales que van a influir en el pH del agua del acuario:

1.- Disminución del pH por efecto de la nitrificación bacteriana: 

NH₄⁺ + 2O₂ ® NO₃^– + H₂O + 2H⁺         Ec.8

2.- Aumento del pH por efecto de la desnitrificación bacteriana

5C₆H₁₂O₆ + 24NO₃^– ® 30CO₂ + 18H₂O + 24OH^– + 12N₂         Ec.9

    La disminución del pH (aumento de H⁺) debido a la nitrificación bacteriana se ve ligeramente contrarrestada por la producción de iones OH^– en los procesos de desnitrificación, pero el resultado neto en el acuario es una disminución progresiva del pH, de la alcalinidad y la dureza de carbonatos

3.- Variación del contenido de CO₂ en el agua.

    Si se produce un aumento de la concentración de CO₂ disuelto, según las ecuaciones 5 y 6 se va producir un aumento del contenido de HCO₃^– y según la ecuación 7 una disminución del contenido de CO₃⁼, por lo que el pH disminuye. Al contrario. Si el contenido de CO₂ disminuye, el pH aumenta.

En el acuario, a lo largo del día se producen variaciones significativas del contenido de CO₂ debido al consumo de CO₂ durante la fotosíntesis y la producción de CO₂ por la respiración de los seres vivos. Cuando la iluminación del acuario está encendida, la actividad fotosintética de las algas y las zooxantelas de los corales consume CO₂ disuelto, lo que provoca una drástica disminución de su concentración y un ligero aumento del pH. Cuando la iluminación está apagada no se produce fotosíntesis y el contenido de CO₂ aumenta por la respiración de los seres vivos del acuario, por lo que el pH disminuye.

Debido al efecto de la iluminación en el acuario se producen fluctuaciones del pH que pueden variar entre 7,9 y 8,5, dependiendo de los acuarios. Este cambio en el pH no parece afectar ni a los peces ni a los invertebrados del acuario pero, como veremos en un próximo artículo, favorece la precipitación de carbonato cálcico en el acuario con la consiguiente reducción de los niveles de calcio y KH. Este efecto es inevitable, pero se puede mitigar manteniendo un refugio con abundante población de macroalgas iluminado por la noche, de forma que la variación de pH es menor.

Las fluctuaciones del pH a lo largo del día, por efecto del CO₂, tienen una implicación muy importante en el control del pH del acuario marino. Es necesario medir el pH siempre a la misma hora, más o menos, para poder comparar los valores a lo largo del tiempo. Si el pH de un acuario con muchos corales y algas varía entre 8,0 y 8,4, no tiene sentido medir el pH por la mañana antes de encenderse las luces y otro día medirlo a media tarde con los HQI encendidos varias horas.

Cuando se habla de que un acuario tiene un pH de un valor determinado es necesario especificar cuándo se ha medido, si se ha hecho con la luz encendida, nada más encenderse o cuando el acuario lleva varias horas a oscuras.

Estabilización del pH en el acuario.

En los acuarios marinos se añaden periódicamente aditivos para mantener el KH en sus valores adecuados y que los corales puedan realizar la calcificación de forma adecuada. Existen dos tipos de aditivos cuya composición fundamental es una mezcla de bicarbonato y carbonato sódico. Unos se venden como aditivos para mantener la dureza de carbonatos y otros como buffer de pH. Si realizamos medidas periódicas y vemos que a la misma hora del día el pH se mantiene estable, es recomendable añadir un aditivo para mantener el KH, pero si el pH tiene tendencia a bajar es recomendable usar un aditivo de buffer de pH. La diferencia entre ambos, como explicaré en el apartado de aditivos caseros es que los aditivos de buffer de pH tienen una mayor proporción de carbonato sódico para aumentar el valor del pH del acuario.

Con el tiempo, el pH del acuario tiende a bajar debido a los ácidos generados en los procesos de nitrificación bacteriana para convertir el tóxico amonio en el molesto nitrato. Por este motivo, de cuando en cuando conviene añadir un buffer de pH además del aditivo para mantener el KH. No es recomendable utilizar el buffer de pH como aditivo para mantener la dureza de carbonatos porque, con el tiempo, el pH tiende a aumentar y se produce la precipitación abiótica del carbonato calcio, disminuyendo el KH y los niveles de calcio.

Aditivo casero para buffer de pH.

Como se ha visto anteriormente, a un pH normal de 8,2-8,3 la relación HCO₃^–:CO₃⁼ es de 9:1, es decir hay 9 veces más bicarbonato que carbonato. Por lo tanto, si usamos un aditivo para mantener el KH y no tenemos problemas con la estabilidad del pH, se debe emplear un aditivo con esas proporciones de bicarbonato y carbonato.

Yo he comprobado, a lo largo de los años que mantengo mi acuario que, para mantener el pH y el KH en los márgenes recomendados, a mi acuario le viene mejor usar 8 partes de bicarbonato y una de carbonato. De esta manera, el pH es ligeramente superior y ayuda a mantener el pH en el margen correcto. El citado aditivo se prepara disolviendo en 2500 ml de agua los siguientes compuestos:

• sodio bicarbonato 220 gramos
• sodio carbonato anhidro 36 gramos

Para favorecer la disolución de ambas sales utilizo agua caliente. Yo añado diariamente 150 ml de dicho aditivo en mi acuario de 300 litros. Este volumen de aditivo en mi acuario implica subir la dureza de carbonatos en 2,8 dKH cada vez que se añade. El pH se mantiene a lo largo del día entre 8,1 y 8,4.

Si usando este aditivo se observa que el pH tiende a bajar, no hay más que añadir un poco más de carbonato sódico a la mezcla.

Hemos visto anteriormente que valores bajos de KH dan lugar a inestabilidades en el pH. Muchos aficionados tienen problemas en el mantenimiento del pH debido a un inadecuado control del KH. En los acuarios se produce un consumo constante de carbonatos debido a los procesos de calcificación de corales y algas coralinas y calcáreas como la Halimeda, que se traduce en una reducción del KH. A continuación se muestra una tabla con los consumos típicos diarios de KH en un acuario:

Si tenemos en cuenta que el valor recomendado de KH es de 10 dKH y en algunos acuarios se consumen diariamente hasta 4,2 dKH, vemos la importancia del control del KH para mantener el pH. En acuarios con un consumo tan elevado es recomendable mantener la dureza de carbonatos con un reactor de calcio/carbonato y mantener el pH usando Kalkwasser o un buffer de pH. En acuarios con demanda media de carbonatos se pueden usar aditivos pero se deben añadir, al menos, diariamente. En acuarios con baja demanda se puede realizar un mantenimiento más espaciado, como por ejemplo, dos veces por semana.

Curiosidades del pH marino.

Algunos aficionados tienen problemas para mantener el pH de su acuario marino o durante la noche se producen fuertes bajadas del pH, a pesar de un correcto mantenimiento y el uso de aditivos para mantener el pH. En muchos casos la explicación es sencilla. El agua del acuario presenta un constante intercambio gaseoso, tanto en la superficie del agua, como en el espumador. El agua alcanza un equilibrio con los gases del aire solubles en el agua que, principalmente son el oxígeno y el CO₂. En el interior de las viviendas, la respiración de las personas, mascotas y plantas, los calentadores de gas, calefacciones de gas o chimeneas, el uso de reactores de calcio/carbonatos producen un aumento del contenido del aire de la casa. Fácilmente, se alcanzan concentraciones de CO₂ del doble que el aire fresco. En esas condiciones el dióxido de carbono no es tóxico ni peligroso, pero se disuelve en mayor cantidad en el agua del acuario dando lugar a una disminución del pH, especialmente acusado por la noche.

Este problema se puede evitar ventilando adecuadamente la vivienda por la mañana, lo cual es muy saludable también para el resto de los inquilinos aparte de los del acuario. Renovando periódicamente el aire de la casa se evita la acumulación de CO₂ en el aire y se reducen las fluctuaciones de pH.

Si tenemos un acuario con estos problemas y abrimos las ventanas, pasados un par de días cuando se equilibre el agua con el aire fresco, se observará un aumento del pH.

Otra consideración importante a tener en cuenta es que, al igual que se disuelve el dióxido de carbono del aire en el agua, lo hacen los cientos de compuestos nocivos del humo del tabaco o constituyentes de los aerosoles de productos limpiadores o insecticidas. Nunca se deben usar este tipo de artículos en las proximidades del acuario.

Otro aspecto curioso del pH del acuario marino es el uso de reactores de calcio/carbonatos. En cualquier libro o publicación de acuariofilia marina leemos que, para mantener el pH en valores adecuados, es necesario mantener valores elevados de la dureza de carbonatos. Un aficionado que tenga un reactor de este tipo tendrá valores de KH elevados, hasta 12-14 dKH, pero encuentra serios problemas para mantener el valor del pH. La respuesta es la misma, el CO₂. Para que el agua de la salida del reactor esté sobresaturada de bicarbonato de calcio es necesario una elevada concentración de dióxido de carbono en el efluente. Se puede reducir ligeramente el contenido de CO2 en el efluente, burbujeando aire con un compresor y un difusor o haciéndolo pasar por otra cámara con aragonito, al igual que en el propio reactor. De esta manera se puede reducir el pH del agua de salida del reactor pero con el peligro de disminuir la sobresaturación del bicarbonato cálcico y restando eficiencia al reactor.

La manera más habitual de controlar el pH cuando se emplea un reactor de calcio/carbonatos es usar agua de calcio (Kalkwasser) o buffer de pH.

Por último, otro aspecto curioso del pH y la dureza de carbonatos del acuario marino es el uso de agua de calcio. El agua de calcio se debe emplear exclusivamente si el contenido de CO₂ en el agua es elevado. En el agua de calcio se produce la siguiente reacción:

Ca(OH)₂(s)  ® Ca²⁺ + 2OH^–         Ec.10

Los iones hidroxilo generados (OH^–) van a combinarse con el CO₂ disuelto en el agua para dar ión bicarbonato HCO₃^– de manera que va a subir el contenido de calcio y de carbonatos en el agua. Pero si no hay suficiente CO₂ disuelto, el pH va a subir y parte del bicarbonato pasará a carbonato y se producirá la precipitación abiótica de carbonato cálcico, por lo que tras la adición de agua de calcio, el calcio sube ligeramente y la dureza de carbonatos disminuye. Por este motivo se recomienda usar el agua de calcio sólo por la noche, cuando el contenido de CO₂ en el agua es mayor al no haber fotosíntesis. Nunca se debe usar el agua de calcio con un sistema de rellenado automático para evitar su adición con las luces del acuario encendidas.