Acuariofilia Madrid

Como soy de culo inquieto, y me gusta saber lo que hago, me puse a investigar un poco sobre el CO2, cómo se comporta, cómo afecta al pH y la influencia del kH en todo ello, y por qué es tan importante que el agua con la que llenamos nuestro drop checker sea de kH=4.

No soy químico, y es algo que nunca se me ha dado bien, así que no vamos a profundizar en esos temas (ni falta que hace), pero sí quiero dejar claro algunas nociones básicas sobre qué hace el CO2 en nuestros acuarios, y cómo se comporta. Si queréis profundizar más, os recomiendo las lecturas [1] y [2].

Relación entre CO2, pH y kH:

Básicamente, se producen las siguientes reacciones:


El contenido de dióxido de carbono en aguas estancadas está determinado, como el de oxígeno, principalmente por la fotosíntesis y la respiración (una lo consume y otra lo produce). Una entrada y salida adicional de dióxido de carbono se realiza por el movimiento del agua a través del intercambio de gases con el aire. El dióxido de carbono se disuelve mucho más fácilmente en el agua que el oxígeno, dado que junto con el agua forma el ácido carbónico, muy soluble.

Por otro lado, si tenemos carbonatos en nuestro acuario (rocas calizas), el ácido carbónico disuelve el carbonato de calcio (sólido y muy insoluble) formando bicarbonato de calcio, altamente soluble y generando una aumento de la dureza de nuestras aguas. Este fenómeno se conoce como karstificación, y se produce cuando combinamos aguas ácidas con rocas calizas.


El contenido de CO2 presente en el agua del grifo, suele situarse entre 3 y 4 ppm, lo que corresponde a valores bajos para acuarios plantados. Los valores ideales para un acuario con plantas sería entre 25 y 45 ppm, aunque estos no tienen por qué ser los valores más adecuados para nuestros peces.

Es por ello que añadimos CO2 a nuestros acuarios, para favorecer el crecimiento de las plantas. Pero, ¿cómo sé que estoy añadiendo la cantidad de CO2 adecuada a mi acuario?

Para ello, tradicionalmente se ha venido utilizando la formula simplificada de Chuck Gadd [3], que vemos a continuación:


Esta es una fórmula simplificada, y es la que emplean casi todas las tablas que muestran la relación entre CO2, pH y kH. Esta fórmula produce márgenes de error aceptables, considerando los errores que presentan los test con los que medimos estos valores.

Sin embargo, ¿por qué utilizar una formula simplificada en unas tablas? No tiene sentido, y más ahora que disponemos de hojas de cálculo. Por tanto, podemos tener tablas con referencias más precisas, aunque el error fundamental lo tendremos en nuestros test de mediciones.

Disponemos de una formula precisa, basada en la ecuación de Henderson-Hasselbalch.


donde [H+], [HCO3-] y [H2CO3] son las concentraciones de los iones respectivos. Es decir, esa proporción responde a una constante de disociación. 

Si lo pasamos a logaritmos, resulta que el logaritmo de [H+] es precisamente el pH. Así, podemos despejarlo, y obtenemos:


Además la constante pK es variable en función de la temperatura, y para el ácido carbónico adopta los siguientes valores (ver [6]):
Temperatura: 15°    20°   25°   30°
pK:                6.42  6.38  6.35  6.33

Se puede establecer una ecuación de 2º grado con correlación perfecta entre estos valores, quedando:
pK = 0.0002*T^2 - 0.015*T + 6.6

Donde T es la temperatura. De esta forma, tenemos identificada la variación de la constante de disociación pK en función de la temperatura. Aunque tiene poca repercusión, es una factor que fácilmente podemos calcular, y por eso lo vamos a incluir.

Volviendo a la fórmula de Henderson-Hasselbalck en términos de logaritmos, resulta que el [HCO3-] es precisamente la sal con la que se define la dureza de los carbonatos, es decir el kH. Podemos operar estas concentraciones y teniendo en cuenta las masas molares (si a alguien le interesa, puede ver las discusiones al respecto en [4] y [5]), se puede transformar esa ecuación en esta otra, que es precisamente lo que estamos buscando:


que es la fórmula particularizada para el caso de 25º C.

Esta expresión la podemos hacer más general, sustituyendo el valor de 6.35 por pK, que lo podemos calcular en función de la temperatura según la ecuación anteriormente indicada. De esta forma, nos quedaría la siguiente expresión generalizada:


de la cual podemos despejar la concentración de CO2, quedando:


Estas dos últimas ecuaciones, junto con la necesaria para calcular la constante de disociación en función de la temperatura, son las únicas que necesitaremos para estimar tanto el CO2 como el pH de nuestro acuario.


El Drop Checker:

¿Qué es el Drop Checker? No es más que ese cacharrito lleno de un líquido que nos dice si nos estamos pasando de CO2.
Pero realmente no es eso. No es más que una medición continua del pH.
Ahora, vamos a aclarar cómo funciona.


El dispositivo en sí es simple. No es más que un recipiente de vidrio capaz de mantener una pequeña cámara de líquido separada del acuario por una cámara de aire. Y como todos los comprobadores, funcionan con una solución indicadora, que es el líquido que tenemos dentro del drop checker. En concreto, el líquido que se utiliza es el Azul de Bromotimol. Hay otros indicadores, pero lo que hace especial al Azul de Bromotimol es el rango donde cambia de color, que se sitúa en el entorno de pH=7, tal y como se ve en la siguiente imagen:


Hay que indicar, que casi todos los test de pH que venden (y que trabajan en el entorno de pH=7) se basan en este líquido, y por tanto, podemos utilizarlos para nuestro drop checker.

El funcionamiento es muy simple. El Drop Checker mantiene aislado el líquido comparador (tanto del acuario, como del aire exterior), siendo la única vía de conexión la cámara de aire. Tal y como hemos indicado anteriormente, el CO2 entra y sale de nuestro acuario a través del intercambio de gases con el aire, y esto es lo que ocurre en esta cámara. El contenido de CO2 en el aire de la cámara se equilibrará con el contenido de CO2 en el acuario, y a su vez se equilibrará con el contenido de CO2 en el líquido comparador. Es decir, tanto el aire en la cámara como el líquido comparador tendrán el mismo contenido de CO2 que nuestro acuario (no es un proceso instantáneo, requiere el paso de varias horas o incluso algún día para que se estabilice). En el post de Dudo [7] tenéis unos esquemas muy ilustrativos del funcionamiento.

Es ese contenido de CO2 el que hace variar el pH del líquido (gobernado por las ecuaciones que hemos visto anteriormente), y gracias al Azul de Bromotimol se produce un cambio de color.

Pero como hemos visto, el pH no depende solo del CO2, depende también del kH. Habitualmente, se utiliza un agua con kH=4, simplemente porque desplazamos el rango de colores hasta un punto que nos parece más adecuado, es decir, nos interesa tener el CO2 deseado dentro del rango de colores que muestra el pH entre 6.6 y 7.0 que es donde se produce el cambio de color entre amarillo y azul (ver imagen anterior) y el líquido indicador muestra mayor sensibilidad.
Podemos ver que con kH=4, la concentración para pH 6.6 es de 35 ppm de CO2, para 6.8 de 22.2 ppm, y para pH 7.0 es de 14.0 ppm. Es decir, estamos en rangos óptimos para nuestros peces.

¿Podemos utilizar otro kH en el drop checker? Sí, pero el cambio de color se producirá en otro rango de pH, donde la concentración de CO2 no será la más adecuada para nuestros peces. En cualquier caso, y si somos conscientes de lo que hacemos, podemos jugar con ello.

¿Podemos utilizar agua del acuario? Podemos, pero por la misma razón de antes, lo ideal es utilizar un agua con un kH perfectamente conocido. Además, el agua del acuario puede contener otros compuestos que modifiquen la química de las reacciones que estamos buscando en el drop checker.

Lo ideal es preparar una disolución de agua destilada con kH=4. De esta forma, nos aseguramos de que no se producen otras reacciones que no sean más que las deseadas. Otra opción es utilizar una solución que ya tenga un kH=4 e incorpore el Azul de Bromotimol (como las ampollas que vende Dennerle, o los líquidos que podemos encontrar en Aliexpress), por lo que la podemos añadir directamente al drop checker sin tener que hacer nada más.

Para aquellos que tengan un acuario Low, y que quieran añadir algo de CO2, puede resultar muy interesante considerar un solución con un kH algo más bajo. Así, si utilizáramos un kH de 3, el rango de pH entre 6,6 y 7 nos ofrecería concentraciones entre 10 y 26 ppm.

Como regla general, resulta recomendable cambiar este líquido al menos cada 3 meses, aunque yo en ocasiones lo he tenido mucho más tiempo.


Preparación de una disolución kH=4:

Existen muchas opciones para preparar una disolución kH 4 para nuestro drop checker, pero yo me voy a centrar únicamente en el uso de dos sales muy comunes, que son el bicarbonato potásico (que solemos tener para aumentar el kH del agua de nuestro acuario) o el bicarbonato sódico (de uso común en cocina).

Para subir 1 grado el kH de una de estas disoluciones, necesitamos las siguientes cantidades de solo una de estas dos sales.
    35,706 mgr/litro de KHCO3 (para una disolución con bicarbonato potásico)
    29,961 mgr/litro de NaHCO3 (para una disolución con bicarbonato sódico)

Como estas cantidades son muy pequeñas, y por tanto difíciles de pesar, la disolución se prepara en 2 fases. Se realiza una primera disolución con concentración más elevada, y con una cantidad de sales que sea fácil de medir. Después, tomando una pequeña cantidad de esa disolución, se prepara una segunda disolución con el kH deseado.

Vamos a realizar una primera disolución con kH 200, para lo que utilizaremos 1 litro de agua destilada, y las siguientes cantidades según la sal que utilicemos:
    0,035706 x kH x V = 35,706 x 200 x 1 ≈ 7,15 gr de KHCO3 (para una disolución de bicarbonato potásico)
    0,029961 x kH x V = 29,961 x 200 x 1 ≈ 6,00 gr de NaHCO3 (para una disolución de bicarbonato sódico)
Donde kH es el valor del kH que tendrá esta disolución, y V es el volumen en litros de la disolución que vamos a preparar. Repito, solo hay que utilizar una de las dos sales (la que tengamos a mano).

El siguiente paso, es conseguir una disolución kH 4 a partir de la anterior. Para ello, dividimos el kH de la disolución que queremos obtener entre el valor del kH de la primera disolución, y lo multiplicamos por el volumen total de la disolución que deseamos. Si queremos 500 ml de disolución, tendremos que tomar la siguiente cantidad de la disolución anterior:
    4/200x500 = 10 ml

Por tanto, tomaremos 490 ml de agua destilada, y le añadiremos 10 ml de la primera disolución. De esta forma tendremos 500 ml de disolución kH 4.


Valores de referencia del CO2 en el acuario:

Tal y como hemos indicado anteriormente, los valores de CO2 óptimos para potenciar el desarrollo de nuestras plantas acuáticas se sitúan entre 25 y 45 ppm.

En el caso de acuarios de bajos requerimiento (low), no es preciso disponer de valores tan elevados, y si quisiéramos añadir CO2 (no es estrictamente necesario) lo podríamos limitar a valores entre 10 y 25 ppm.

Por otro lado, tenemos nuestros peces. De forma generalizada, los peces toleran sin problemas concentraciones de CO2 de hasta 20 ppm. Por encima de este valor, empieza a ser un factor "estresante" para ellos, y a partir de los 60 ppm es letal en pocas horas.

Comúnmente se admite que la máxima concentración de CO2 en nuestos acuarios con peces debe ser de 35 ppm.

Por tanto, podemos llegar a las siguientes conclusiones, según sea nuestro tipo de acuario (aunque no es más que una referencia):
- Low con inyección de CO2: rango entre 10 y 25 ppm de CO2.
- High con inyección de CO2: rango entre 20 y 35 ppm de CO2.


Tabla de correlación CO2 / pH / kH:

Lo realmente interesante de este post, es la tabla que os presento a continuación, y que os podéis descargar para utilizarla.

Básicamente es la clásica tabla que correlaciona el CO2 con el pH y kH de nuestro acuario. Como novedad, incluye la formulación más precisa que anteriormente hemos visto, y además considera el factor de corrección por temperatura.

El factor de corrección por temperatura tiene muy poca influencia (habitualmente nos movemos en el entorno de los 25º C), pero resulta muy interesante ver como cambian los valores si aumenta mucho la temperatura (por ejemplo, qué pasa si en verano llego a los 31º C) o si por el contrario tenemos peces de agua fría y tenemos temperaturas bajas (inferiores a los 20º C).

Otro dato que utiliza la tabla, es el kH de nuestro drop checker. En función del valor que indiquemos, la tabla se coloreará con el color que debe indicar el drop checker para cada una de las combinaciones de pH y kH que tenemos. Esta es otra diferencia respecto a otras tablas.

La tabla que podéis descargar está predeterminada para una temperatura de 25º C y un kH=4 en el drop checker, y coincide con la imagen siguiente:




Como podéis observar, no se indican valores optimos de CO2 como se indican en otras tablas. Debemos ser nosotros los que seamos conscientes de los valores que deseamos en función de las indicaciones que hemos hecho en el apartado anterior.

La tabla, si queréis jugar con ella, la podéis descargar desde  AQUÍ. Podemos cambiar la temperatura, y el kH del drop checker, y ver cómo afecta a los valores de CO2 y al código de colores que aparecerá en nuestro drop checker.


Conclusiones y algunas reflexiones:
No nos volvamos locos con el CO2... Pese a todo esto, las tablas y las fórmulas, la precisón que tenemos con los test de medición, son lo que son. Poco precisos. Y todo esto solo debemos utilizarlo como un apoyo y para entender cómo funciona el CO2, qué sucede si bajo o subo el kH, o cuál es el rango en el que me tengo que mover de CO2.

Como cosas importantes, debemos tener en cuenta cúal es el kH en nuestro drop checker para saber lo que está midiendo. Quizás el kH sea lo más fácil de medir, pero tanto el pH como el color del drop checker, dependen de lo afinado que tengamos el ojo... y a veces no es fácil (me pasa lo mismo con el pH de la piscina).

Una cosa imporante que se puede ver jugando con las formulas, es que no necesitamos tener un kH=4 en nuestro acuario aunque estemos inyectando CO2. Podemos funcionar perfectamente con un kH=1, se va a comportar exactamente igual. Una misma cantidad de CO2 nos va a producir la misma caida de pH independientemente del kH que tengamos.

Si estamos contentos con la cantidad de CO2 que metemos pero queremos un agua más ácida, no tenemos que aumentar el CO2. Solo tenemos que bajar el kH si lo hemos aumentado con sales. Si ya tenemos un agua de grifo de esas características, no quedará más remedio que meter más CO2 (sin pasarnos), recurrir a agua de osmosis, o meter turba (eficaz, pero difícil de controlar).

Es decir, la bajada de pH que genera el CO2 que añadimos no depende del kH que tegamos en nuestro acuario, es siempre la misma bajada (para la misma cantidad de CO2). Con el kH únicamente generamos una corrección en el pH. El modificar el kH solo nos sirve para una cosa, poder meter mucho más CO2.


Referencias:
Incluyo las referencias utilizadas. Las dos primeras son de lectura muy interesante. Pero he de deciros que he encontrado algunos errores en las formulaciones que utiliza.

[1] CO2 Q&A - The science behind, por Manuel Arias Ballesteros
[2] The CO2 Drop Checker - The ultimate guide, por Manuel Arias Ballesteros
[3] Measuring CO2 levels in a Planted Tank, por Chuck Gadd (repositorio)
[4] The PH-KH-CO2 Equation Completely Wrong? UPDATE on 22nd post. Plantedtank.net
[5] Calculating CO2. Plantedtank.net
[6] CO²-Calculation from KH and pH. Aqua4fish
[7] El drop checker. Dudo
[8] ¿Cuánto CO2 añado a mi acuario?. Unay

Tremendo Carlos, muy interesante y la calculadora es la pera!!!!!!

Gran artículo, con su bibliografía y todo. Maravilloso.

Excelente, Carlos 

Un trabajo estupendo, +1 por tu ayuda a la familia

Un abrazo

Pedazo de post! Vaya información más útil para todos los que nos iniciamos en el CO2.

Gracias.

¡Estupendo artículo! A Importantes que va 

Más uno marchando!

Me lo guardo para leerlo más veces. Felicidades!

Grandísimo trabajo de documentación, muy bien explicado y con todas las referencias a mano.

Muchas gracias por el aporte!

Aunque con las fórmulas me pierdo bastante está todo muy bien explicado. Encomiable trabajo Carlos.

Y aclaras un punto importante; la bajada del ph al inyectar CO2 será siempre la misma independientemente del KH. Las tablas y los cálculos así lo indican. Podemos jugar con el KH para que, a igual cantidad de CO2, el agua sea más o menos ácida.

Es impresionante!!! La de info detallada. Y yo que soy más de ver las cosas, pues la tabla, que me parece magistral. Gracias!!

Brutal!!! +1

La tabla es más sencilla de lo que parece. Simplemente se calcula el CO2 que corresponde con lo indicado en la fila y columna (kH y pH).
La novedad es que a partir de ese valor de CO2 y del kH del drop se obtiene por la otra fórmula el valor de pH que le corresponde al drop, y de ahí se le asigna el color.
La gracia de reducir el pH tocando el kH solo es posible si estamos subiendo el kH del acuario con sales, que por fortuna en Madrid es asi. En otros sitios se complica.
Lo importante es que si mantenemos el aporte de CO2, no vamos a tener problemas aunque dejemos el KH en 1. Eso si, debemos saber antes en cuanto tenemos que dejar el kH para obtener el pH que deseamos.

(21-10-2020, 01:31 AM)Carlos70 escribió: [ -> ]La tabla es más sencilla de lo que parece. Simplemente se calcula el CO2 que corresponde con lo indicado en la fila y columna (kH y pH).
La novedad es que a partir de ese valor de CO2 y del kH del drop se obtiene por la otra fórmula el valor de pH que le corresponde al drop, y de ahí se le asigna el color.
La gracia de reducir el pH tocando el kH solo es posible si estamos subiendo el kH del acuario con sales, que por fortuna en Madrid es asi. En otros sitios se complica.
Lo importante es que si mantenemos el aporte de CO2, no vamos a tener problemas aunque dejemos el KH en 1. Eso si, debemos saber antes en cuanto tenemos que dejar el kH para obtener el pH que deseamos.

A ver si lo he entendido Carlos70, para tener un PH estable de 7,2 y si queremos una concentración de CO2 de 20, habría que subir el KH hasta 9?

Es decir, si mi acuario lo tengo ya en 7,2 de PH y ahora tengo KH 4º, si lo subo a 9º, se quedaría estable ese PH coincidiendo con el color verde del dropcheker (regulando la cantidad de CO2 aditada)?

Un saludo.