Equilibri gassosi in acquario

Scritto da RiccardoMazzei il . Postato in Chimica dell'acquario

Solubilità

La solubilità di una qualsiasi sostanza, in un determinato solvente, indica la quantità massima che è possibile scioglierne: si parla infatti di limite di solubilità, o più propriamente di limite di saturazione.

La sostanza in eccesso, oltre il limite di saturazione, in condizioni normali non entra in soluzione e si ritrova non disciolta.
Se è più pesante del solvente (come spesso per i solidi) lo troviamo tipicamente sul fondo.

Un esempio di questo fenomeno è ritratto nella foto seguente, che Yellowstone ha scattato in uno dei suoi acquari:

precipitati

Un gas, invece, oltre il limite di saturazione, tenderà a formare delle bolle che poi (generalmente) risalgono verso la superficie, dando così luogo a effervescenza.

pearling

Tra i frequentatori abituali di Acquariofilia Facile, qualcuno avrà sicuramente riconosciuto la Rotala wallichii di Nijk...
Con quella foto, Nijk ha partecipato al 3° Concorso di fotografia del nostro forum, il cui tema era "Bollicine".

Di che bollicine si tratta?... Ossigeno, naturalmente: le piante, durante il metabolismo diurno, in conseguenza dei fenomeni innescati dalla fotosintesi, liberano ossigeno attraverso la superficie delle foglie.
Il gas liberato si scioglie nell'acqua, fino a raggiungere il limite di saturazione, dopo di che inizia ad aggregarsi in bolle, dando luogo ad una effervescenza a cui viene dato il nome di "pearling".

Vale la pena sottolineare che il superamento del limite di saturazione, con i conseguenti fenomeni di precipitazione o effervescenza, non è sempre conseguenza di una introduzione eccessiva di sostanze in acqua, ma può essere indotta da un qualche mutamento delle condizioni (temperatura, pH, compresenza di altre sostanze...).
Queste determinano il limite delle varie sostanze presenti in soluzione.
Improvvisamente, ecco la precipitazione o l’effervescenza... Spesso, risalire alle cause può essere arduo, specialmente in acquario, dove molte specie chimiche sono presenti.

Esaminiamo i limiti di saturazione di alcune sostanze in acqua, che come abbiamo visto è il solvente per eccellenza e, in ogni caso, quello che più ci interessa.

  • NaCl (sale da cucina): 358 grammi per litro d’acqua (a 20 °C)

  • KNO3 (nitrato di potassio): 320 g/l a 20 °C
    Forse il fertilizzante più usato, in acquario.

  • MgCO3 (carbonato di magnesio, o magnesite): 0,1 g/l a 20°C
    Usato da ginnasti e climber; ma con fatica, perché poco solubile, anche dagli acquariofili, per aumentare KH e GH.

  • gas O2 (ossigeno): 9,1 mg/l a 25°C

  • gas CO2 (anidride carbonica): 1450 mg/l a 25°C
    Però!... In fondo è molto solubile, chissà perché è così difficile scioglierla in acqua?...

  • gas Cl2 (cloro): più di 6 g/l a 25°C, ovvero 6000 mg!
    Un campione di solubilità! E' presente nelle acque di rubinetto come disinfettante.

Esistono, naturalmente, moltissime sostanze che di sciogliersi in acqua non vogliono proprio saperne; sono dette insolubili.
Senza arrivare agli idrocarburi, che sono dei veri campioni di insolubilità, già il carbonato di magnesio, con il suo decimo di grammo per litro, si scioglie con grande difficoltà.
Ancora peggio è l'Idrossido di Magnesio (che si può trovare nella formulazione di alcune polveri antitraspiranti), per il quale si farebbe fatica a superare il centesimo di grammo per litro.
Se siete in qualche negozio sportivo, in cerca di carbonato di magnesio per alzare KH e GH, e sull’etichetta c'è l’insolubile idrossido di magnesio... cercate altrove!

Di solito, scaldando l'acqua in cui vogliamo sciogliere una sostanza solida, riusciamo più facilmente nel nostro intento.
Tranne eccezioni piuttosto rare, la solubilità dei solidi aumenta con l’aumentare della temperatura: il solido in soluzione tenderebbe sempre un po' a riaggregarsi e stare per conto suo; ma il solvente, con l’aumentare della temperatura, si fa più invadente e energetico, come un animatore di un villaggio turistico, riuscendo a portare più facilmente le molecole in soluzione.

Alla solubilità dei gas succede il contrario: a temperature più basse, i gas si addormentano e se ne stanno più volentieri nel bagno del solvente.
Vediamo, nel grafico successivo, la solubilità dell'ossigeno in acqua, al variare della temperatura:

solubilita ossigeno

Lo sanno bene i Carassi, che svernano sul fondo dei nostri stagni in inverno.
Riducendo l'attività al minimo fisiologico, vanno sul fondo dove la temperatura è più alta, sfruttando al massimo tutto l'ossigeno disponibile... che fortunatamente, a basse temperature non è così poco.

Abbiamo finora parlato della solubilità, di sostanze solide o gassose, che poi sono quelle che più interessano a noi acquariofili.
Concludiamo questa parte con un rapidissimo cenno alla solubilità dei liquidi.
Per essi il discorso è un po’ diverso, rispetto a quanto detto per solidi e gas.

Due liquidi, in genere, o sono solubili (o, come si dice, miscibili), oppure non lo sono.
Alcool etilico ed acqua, ad esempio, possono mescolarsi perfettamente l’uno con l’altra in qualsiasi proporzione. Chi scioglie chi?
Eh... Secondo me, loro due assieme devono divertirsi un sacco, al punto che per separarli bisogna ricorrere a procedimenti fisici: l’ebollizione ad esempio, come sa chi prepara il vin brulé.
E su questa nota, che di sicuro scalda gli animi, passiamo ad argomenti decisamente più complicati.