pHの話

水の分子は5~6億個の割合でH、OHというイオンの形に分離しており、これを電離と呼びます。水の電離によって生じているHのモル濃度とOHのモル濃度は等しく、25℃でそれぞれ1.0×10-7mol/ℓになっています。この状態が中性と呼ばれpH7となります。

とOHのモル濃度の積はイオン積(KW)と呼ばれ温度が変わらなければ常に一定に保たれます。関係式で表すと KW(25℃)=〔H〕×〔OH〕=1.0×10-14 となり、溶液のH濃度が1×10-nmol/ℓの時pH=nとなります。

pHが1変化するということはHの濃度が10倍変化するということであり、pHが3変化するということは10=1000倍変化するということになります。

COの影響

海水中にCOを添加するとCOは水と反応して炭酸(H2CO3)を作ります。それから炭酸水素イオンや炭酸イオンに分解します。その過程でHO中のOHが奪われ、さらに水素イオンの電離も起こり酸性となり(pHが下がり)ます。

CO2+H2O ⇔ H2CO3 ⇔ H++HCO3- 2H++CO32-

                炭酸     炭酸水素イオン     炭酸イオン

水 H2O    ⇒
             

中性        
酸性        
アルカリ性   
 

  H+
水素イオン

  H+
  H+
  H+






   OH-
水酸化物イオン

   OH-
   OH-
   OH-

水素イオンと水酸化物イオンのモル濃度が等しい場合は『中性』、水素イオンが多ければ『酸性』、水酸化物イオンが多ければ『アルカリ性』となります。

バッファー作用

KHの話

KHとは炭酸イオン濃度のことです。

淡水ではKHは硬度を示す単位として使われていますが、海水の場合は酸の中和力を表す単位として解釈、使用されます。この酸を中和してpHを安定させようとする働きはバッファー作用と呼ばれています。KHを高く維持できればpHも安定させることができます。実際にカルシウムリアクターの調整時なども生産水や飼育水のKH濃度を測りながら行います。KHは水質安定の鍵を握る大切な指標です。

アルカリ度とは主にアメリカで使われる単位であり、KH同様、炭酸水素イオン(HCO3-)や炭酸イオン(CO32-)などpH緩衝作用を持つ弱塩基が1L中にどれだけ含まれているかを表したもので KH=アルカリ度×2.8 で換算することができます。

CO32-  + H+ → HCO3-
炭酸イオン
HCO
3- + H+ → H2O + CO2
炭酸水素イオン

炭酸イオンや炭酸水素イオンが水素イオンと結びつき化学変化することで水が酸性になる(pHが下がる)ことを防ぐという反応式です。炭酸イオンは水素イオンと結びつき炭酸水素イオンに変化します。そしてさらに水素イオンと結びつくと水と二酸化炭素に変化します。

Ca(HCO3)+ + HCO3- → Ca(HCO3)2

Ca(HCO
3)2 → CaCO3 + H2O + CO2

バッファー剤として炭酸水素イオン(炭酸水素ナトリウムなどカルシウムと結びつきやすいイオン)を添加すると結果として炭酸カルシウムの沈殿が起きCa値が下がる。
カルシウムイオンの過剰添加でCa(HCO3)+の溶解度が最高値を超えた場合、炭酸水素イオンと結びつくためHCO3-が減り、KHが下がる。

Ca2+ + CO32- → CaCO3 ↓沈殿
                  炭酸カルシウム

上記の反応式からも分かるように、KH(炭酸イオン)は水槽内でpHやカルシウムの安定に深く係わっています。pHはKHによって支えられており、KHが下がってから(中和できなくなってしまい)pHが下がります。またpH、イオン量が同じ場合カルシウム濃度が高くなるとKHは低く、KHが高くなるとカルシウム濃度は低くなります。どちらも適正値で安定させること(イオンバランス)が重要です。しかし、KHの重要性は現在のところあまり認識されていないと思われます。実際に水槽内に起こる様々なトラブルの原因に意外にも多く係わっています。pH、カルシウムといった数値の安定にはとても重要で無視することはできません。
まとめ