Test per acquario

Scritto da Gibogi il . Postato in Chimica dell'acquario

medaglia1 1° classificato al articoli concorso di Acquariofilia Facile

Il conduttivimetro

Sicuramente avrete visto, in qualche film, l'assassino che uccide una ragazza mentre sta facendo il bagno, gettando in vasca un asciugacapelli.
Con alcune esagerazioni, squisitamente sceniche, l'acqua ribolle e fuma, si vedono lampi rosso-blu, la vittima è in preda a spasmi... e tutto questo per 10-15 secondi.

Si sa... i film sono opere di fantasia, quelle scene fanno riferimento ad impianti elettrici di 40 o 50 anni fa... Oggi le cose sono un po' diverse.
In qualsiasi abitazione moderna, avremmo solo il distacco elettrico in pochi millesimi di secondo, grazie ai sistemi di protezione previsti dalle normative di legge.
Vi chiedo comunque di non provarci... chissà che il vostro impianto non sia antiquato, oppure irregolare?...

Ma perchè si dovrebbe restare folgorati, in assenza di protezioni?
L'acqua purissima, intesa semplicemente come H2O, è isolante!
E qui mi sembra di sentire i commenti...

Ma cosa sta dicendo questo???
Lo sanno anche i bambini che acqua ed elettricità non vanno d'accordo!

In realtà, se gettassimo quell'asciugacapelli in una vasca con acqua pura, totalmente demineralizzata... non succederebbe nulla!
Il problema è che l'acqua è un ottimo solvente; contiene sempre delle sostanze disciolte.
Sono proprio queste sostanze che la rendono conduttiva: più ce ne sono, maggiore è la sua conducibilità.

Conducibilità e TDS

Con il termine conducibilità, si indica la capacità di un materiale di condurre corrente elettrica; si misura in siemens.
Nel nostro caso, abbiamo bisogno di ricorrere ad un sottomultiplo: il microsiemens (simbolo: µS).
Inoltre, conta anche la distanza tra i punti da misurare (conducibilità specifica); è ovvio che il passaggio di corrente sarà diverso, se i due elettrodi sono vicinissimi o sui lati opposti dell'acquario.
Per convenzione, si è deciso di addottare la misura standard di 10 mm, ovvero un singolo centimetro.
Per tale motivo, troverete spesso la dicitura µS/cm.

La misura della conducibilità, in realtà, non è che una misura della resistenza, di cui si calcola l'inverso per convertirlo in µS.
Questa operazione viene effettuata con uno strumento chiamato conduttivimetro, ma potete trovare anche conducimetro o conduttimetro.
Anche in questo caso, esistono modelli fissi oppure "a penna", vediamoli in un paio di esempi:

Alcuni strumenti, anziché la conducibilità, mostrano un valore chiamato TDS (Total Dissolved Solids), ovvero misurano le sostanze disciolte in ppm, ossia parti per milione.
1 ppm, in acqua, corrisponde ad 1 mg/l.

Mediamente, 1 ppm corrisponde a 1.56 µS/cm.
È dunque possibile convertire i valori con la seguente formula...

[valore ppm] x 1.56 = [valore µS/cm]

...o viceversa:

[valore µS/cm] x 0.64 = [valore ppm]

È proprio con le formule matematiche che lavorano tali strumenti, perché il valore che gli elettrodi misurano è sempre la conducibilità.

Inoltre, la misura del  TDS è solo una stima, basata sui sali contenuti in un campione statistico di acquedotti.
È da lì che si ricava quello 0.64, che deriva in massima parte dalla presenza di carbonato di calcio.

  • Esempio
    Supponiamo di avere due caraffe da un litro, con acqua distillata.
    Prendiamo due sali diversi: solfato di magnesio e solfato di potassio, poi sciogliamone un grammo per ogni sale, mettendoli in caraffe separate.
    Avremo ottenuto un litro d'acqua arricchito con potassio ed uno arricchito con magnesio.

    Ora misuriamo il TDS... Che cosa leggiamo sul display?
    E' ovvio!... Se fosse davvero TDS dovrebbe dare lo stesso valore, perché abbiamo aggiunto gli stessi mg/litro, o ppm, di sostanza.

    Invece... non è così.
    Nella caraffa del potassio, lo strumento rileverà un valore più che doppio, perché il magnesio incide molto meno sulla conducibilità elettrica.

Per questo motivo, su questo sito tendiamo a sconsigliare i conduttivimetri TDS, che generano parecchia confusione difficile da spiegare.

La misura della conducibilità non è una misura selettiva, ovvero non indica quali sali sono disciolti, ma dà soltanto un'idea della quantità totale.

La sonda

Il conduttivimetro, se è di una certa qualità, ha un anodo di platino.
Questo viene poi ricoperto, per elettrolisi, da uno stato particolare del metallo, chiamato nero di platino.
Lo scopo è quello di rendere spugnosa la superficie, aumentando l'area di contatto fra l'elettrodo e la soluzione.

Per la misurazione si usa un particolare circuito chiamato "Ponte di Kohlrausch", ma la sua spiegazione è piuttosto complessa e non rientra tra gli obiettivi di questo articolo.

La misura viene effettuata in corrente alternata, per evitare il degrado dell'anodo.
Le correnti sono basissime, mentre la frequenza varia dai 500 ai 10000 Hz.
In questo modo vengono ridotti gli effetti di polarizzazione degli elettrodi.

A differenza del pHmetro, dove lo strumento base era un voltmetro, nel conduttivimetro ci si basa su un amperometro digitale.
Dobbiamo infatti misurare la corrente, per poi convertirla nel valore di conducibilità.

La cella conduttimetrica è calibrata su una "costante di cella" (K), che dipende dalla distanza e dalla superficie degli elettrodi; è un dato caratteristico della sonda e deve essere impostato nello strumento.
Questo ci permette, negli strumenti di un certo livello, di poter sostituire la sonda quando questa si danneggia.
Ovviamente, con uno strumento da 15 Euro... si fa prima a comprarlo nuovo.schema conduttivimetro

Al contrario del pHmetro, è molto importante conservare lo strumento asciutto.
Se una goccia d'acqua rimane tra gli elettrodi, si potrebbero verificare fenomeni elettrolitici, che porterebbero al degrado della sonda.
Non è necessario asciugare lo strumento; basta dargli due scrollate, in modo da evitare depositi di acqua tra i due poli.

La temperatura

La conducibilità dipende dalla temperatura, ma in modo molto più significativo rispetto al pH: parliamo di circa il 2% per ogni grado.

  • Esempio
    Supponiamo di aver tarato il conduttivimetro a 20 °C (temperatura ambiente), per poi misurare l'acquario dei ramirezi a 27 °C.
    Rilevando un valore di 400 µS, potremmo avere un errore di 60-70 punti.

Il calore agisce sulla viscosità della soluzione, quindi sul grado di dissociazione degli elettroliti.
In altre parole, una temperatura più alta corrisponde ad un aumento della conducibilità, per la maggiore velocità di migrazione degli ioni.

Come già visto per il pHmetro, i conduttivimeri di maggior pregio, generalmente a partire da 35-40 Euro, sono dotati di ATC (correzione automatica della temperatura), ovvero compensano la misura in base alla temperatura della soluzione.
Attenzione!... Con questi strumenti, la rilevazione può richiedere anche 10-15 secondi; bisogna aspettare che il termometro, visualizzato sul display, mostri un valore completamente stabilizzato.


Aggiornamento del 3 Settembre 2012

In occasione della preparazione di un nuovo articolo, due utenti del nostro forum hanno fatto un piccolo esperimento con i loro conduttivimetri, entrambi dotati di ATC.

Misurando acqua molto fredda, sui 10-12 °C, si sono accorti che la compensazione funzionava solo parzialmente.
Rientrando nei normali valori di un acquario, dai 19-20 °C in su, ambedue gli strumenti correggevano perfettamente.

Trattandosi di due strumenti differenti, appartenenti a fasce di prezzo molto diverse, riteniamo di poter trarre una conclusione: è probabile che l'ATC, nei conduttivimetri per acquariofilia, funzioni solo alle temperature tipiche di un acquario, tra i 20 e i 30 °C.
Allontanadosi da tale intervallo, si possono rilevare errori fin oltre il 10 %.

Ringrazio Scardola e Rox, per aver segnalato questa curiosità, risultata dalle loro prove.


Se il vostro strumento non è dotato di ATC, dovete tararlo tenendo la soluzione-campione alla temperatura abituale del vostro acquario.
Nell'immagine qui sotto, vediamo un campione di taratura dell'azienda più nota....

...con un ingrandimento, evidenziamo come influisce la temperatura, sulla misurazione della conducibilità.


La calibrazione

Alcuni conduttivimetri hanno già delle soluzioni di taratura, comprese nella confezione.
Lo strumento, prima di essere utilizzato, deve essere calibrato.
Come per i pHmetri, vi sono conduttivimetri a più punti di taratura, perchè più ci si allontana dal valore-campione, più aumenta l'errore dello strumento.
In commercio, troviamo conduttivimetri fino a 5 punti di taratura, del tutto inutili per le necessità di un acquariofilo.
A titolo informativo, le soluzioni-campione sono:

  • 4 µS/cm
  • 10 µS/cm
  • 84 µS/cm
  • 1413 µS/cm
  • 5000 µS/cm
  • 80 mS/cm
  • 111.8 mS/cm

Faccio notare come le ultime due siano in millisiemens, non in microsiemens, a dimostrazione che non tutte sono adatte all'impiego in acquariofilia.
Per il nostro utilizzo, la soluzione più indicata è la 1413 µS/cm, già usata come esempio nell'immagine precedente.

Esistono anche soluzioni campione in ppm per gli strumenti TDS.

Se si rende necessaria una taratura, ma non si ha a disposizione la soluzione-campione, si può ricorrere ad un'acqua minerale.
Sulla bottiglia vengono riportati i valori chimici, compresa la conducibilità, e perfino la temperatura a cui è stata misurata.

D'accordo... quel valore è affetto da una certa tolleranza, ma è sempre meglio che usare uno strumento completamente scalibrato.
Cercate comunque di eseguire la taratura alla temperatura indicata sull'etichetta, per evitare di aggiungere ulteriori errori.

Acquistando strumenti di buon livello, generalmente quelli con la compensazione in temperatura (ATC), capita spesso che la confezione non contenga soluzioni di taratura.
Questo può sembrare strano, visto che per comprarli abbiamo speso di più...

In realtà, quei conduttivimetri sono già stati calibrati in fabbrica, uno per uno, pertanto vi viene offerto un servizio aggiuntivo.
Non solo vi evitano di armeggiare con dosatori e polverine, ma vi garantiscono una taratura fatta da professionisti, con attenzioni di ben altro livello.

Voglio ricordare che il conduttivimetro non richiede la stessa cura maniacale del pHmetro.
Su strumenti di buona qualità (come queli tarati in fabbrica), qualcuno ha provato a fare un controllo dopo 2-3 anni... e funzionavano benissimo.

Per le operazioni di taratura, valgono le stesse accortezze già descritte per il pHmetro, quindi evito di annoiarvi ripetendole qui.

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