Riflessioni sul calcolatore CO2

[nicolatc]

Ora resta solo da capire perché ho inserito 3 mg/l come concentrazione di CO₂ iniziale.

Qui nascono i problemi, la CO₂ iniziale è quella in equilibrio con l’atmosfera: infatti attendendo 48 ore dal prelievo per la misura, o shakerando il campione, è questo l’effetto che ottengo, l’eccesso viene smaltito.
Ma quant’è?
Se proviamo a determinarlo con il calcolatore standard, il valore risulta sballato per colpa della torba (magari 10 mg/l, o perfino 22 mg/l come nell’esempio dell’articolo di Rox). Invece il valore esatto dovrebbe essere zero? Nemmeno, perché la CO₂ in vasca è comunque sempre in equilibrio con quella atmosferica (nella stanza dove abbiamo l’acquario). Questo valore oscilla tipicamente tra 1 e 2 mg/l, il range massimo è 0.7-3 mg/l. Una concentrazione naturale di CO₂ superiore ai 3 mg/l non può verificarsi, dovrebbe esserci un’altra sorgente da qualche parte oppure si disperderebbe prima di accumularsi!
Quant’è la CO₂ in atmosfera?
Nel 2017 la concentrazione di CO₂ media (a 25°C sul livello del mare) è 410 ppm, che porta ad una concentrazione in acqua di 0,74 mg/l. Tale valore potrebbe scendere in modo considerevole in montagna e ad alta temperatura? No, ho fatto i conti e a 1000 metri e 30°C la concentrazione scende a 0,65 mg/l, quindi altitudine e temperatura influiscono ben poco per i nostri interessi (quanto meno sulla CO₂ in acqua all’equilibrio). Tale valore potrebbe aumentare col passare degli anni e l’aumento di inquinamento, deforestazione ecc? Ancora una volta, in modo trascurabile: nel 2016 avevamo 400 ppm in atmosfera, il trend della CO₂ è linearmente crescente negli anni e sempre da fonti ufficiali a livello mondiale leggiamo che più di venti anni fa avevamo 350 ppm. Quanto sarebbe stata la CO₂ nel nostro campione shakerato venti anni fa? 0,63 mg/l. Quindi abbiamo constatato che anche l’influenza di questo fattore è trascurabile.

Perché allora il valore della CO₂ iniziale (campione shakerato) non l’ho considerato 0,74 mg/l? Perché invece ho scelto 3 mg/l?
Innanzitutto, i valori di CO₂ pubblicati rilevati in atmosfera sono presi all’aperto. 410 ppm di CO₂ si trasformano tranquillamente in 700 ppm al chiuso. Dobbiamo anche considerare la nostra respirazione! Anche 1000 ppm in casa sono considerati ancora valori normali quando l’areazione è un po’ scarsa, addirittura 2000 o più in alcune circostanze (aule affollate, uffici non bene areati).
Bene, se considero 1000 ppm di CO₂ nella stanza dell’acquario, a quanto corrisponde in acqua? 1,8 mg/l. E 2000 ppm? 3,6 mg/l! Questo sì che influisce sui nostri conti!
Consideriamo pure il valore di 1000 ppm in casa, la CO₂ in acqua all’equilibrio è 1,8 mg/l come detto. Perché allora (giuro, è l'ultima volta che ripeto la domanda ) non considero 1,8 mg/le invece considero 3 mg/l nella mia formula?
Beh, dobbiamo aggiungere un po' di CO₂ prodotta dal metabolismo dei pesci e soprattutto metterci nelle ipotesi più cautelative per dare una regola generale da seguire (quella di produrre un punto di escursione). In realtà il valore più probabile credo sia intorno ai 2 mg/l, il che significa che perfino con un’escursione di un grado di pH arriveremmo a 2x10=20 mg/l . Questo è il motivo per cui alcuni utilizzano anche 1.2 punti di escursione senza notare alcun sintomo negativo sui pesci. Ma chiaramente l’accuratezza della misura diventa fondamentale, perché a valori linearmente crescenti di escursione pH provoco valori esponenzialmente più alti di CO₂, e in un attimo potrei trovarmi a gassare i pesci con 100 mg/l.
Se invece la mia ipotesi di 3 mg/l con campione shakerato è errata per difetto (e probabilmente lo è, in realtà potrebbe essere ad esempio 2 mg/l), che problemi ho con il metodo suggerito? Nessuno, con 1 punto di escursione del pH arriverei in realtà a 20 mg/l al posto di 30 mg/l, e come ho scritto in un post precedente, quando supero i 10 mg/l le piante comunque ottengono già il 70%-80% del beneficio rispetto alla non erogazione.

Conclusioni:

- il “metodo dell’escursione del pH di 1 grado” può essere utilizzato ad occhi chiusi, con un bel test colorimetrico? No, ma è un utile supporto.
- E’ più affidabile del metodo della differenza di CO₂ del calcolatore “compensato” presente sul sito? Si, soprattutto quando immetto in acquario molte sostanze acidificanti. Se il calcolatore standard mi mostra 100 mg/l e quello "compensato" 90 mg/l, col nuovo strumento sappiamo invece che non abbiamo più di 30 mg/l, altro che 90... E abbiamo capito anche qualcosa in più su come funziona la relazione pH, (KH), CO₂!
- E’ importante l’utilizzo di strumenti di misura accurati, come pHmetro? Si, così lo è per l’utilizzo del calcolatore compensato.
- E’ un metodo super preciso, al milligrammo/litro? No, ma quanto meno è più preciso sul valore massimo effettivo in vasca!
- E’ comunque fondamentale monitorare sempre i pesci (per vedere magari i primi sintomi di intossicazione), valutare la crescita delle piante, partire da concentrazioni basse e magari aumentare un po' alla volta? Certamente!

[nicolatc]

PS.
Ragazzi, non sono un professore, né un chimico. Spero di non aver scritto castronerie (non nego la possibilità ), e certamente se qualcuno le nota sono felice di ammendare!

[Rilla1972]

Io anche solo x lo sbattimento che ti 6 fatto un grazie te l'ho messo. Poi se qualche esperto ti smentisce, al massimo te lo tolgo

[Steinoff]

Adesso, se ipotizzo il valore 3 (mg/l) come CO₂ iniziale

Non ho solo capito perche' ipotizzi a 3 mg/l la CO₂ iniziale

Niente, poi hai aggiunto la spiegazione ed ho capito.
Soccia che genialata!

Di fatto io starei erogando 5.98 di CO₂...

[nicolatc]

Io anche solo x lo sbattimento che ti 6 fatto un grazie te l'ho messo. Poi se qualche esperto ti smentisce, al massimo te lo tolgo

Grazie!!

[trotasalmonata]

È un bel lavoro. Il problema è la costante di moltiplicazione che è stimata tra 0,7 e 3. Va bene valutare un valore medio di 1,8.

Osservazioni. La formula di base mi sembra che contiene anche lei parametri sperimentali, ma non sono sicuro ne so come li hanno ricavati.

Essendo tutte formule con parametri sperimentali e non puramente teoriche per verificarne l'affidabilità bisogna fare esperimenti, bisognerebbe misurare la concentrazione effettiva di CO₂ negli acquari.

Ricordiamoci che una formula, soprattutto in fisica, non è giusta o sbagliata, ma funziona o non funziona. Anche la legge di gravitazione universale in realtà non funziona sempre...

[nicolatc]

Di fatto io starei erogando 5.98 di CO₂...

Complimenti, sei il primo utilizzatore del nuovo calcolatore, che non è ancora on-line!

Comunque, la risposta è si, hai 6 mg/l come valore massimo! IL che vuol dire che l'escursione del tuo pH è di 0.3, ho fatto il calcolo al contrario.
Ma non è detto comunque che sia pochissima per la tua vasca, come detto se hai poche piante poco esigenti, e non vuoi divertirti in ore di giardinaggio tutti i weekend, può andar bene, sempre meglio di nulla! Ovviamente l'importante che sottolineo è che adesso sei cosciente di stare su quei valori, risultato che non ti esce dal calcolatore compensato quando aggiungi molta torba o similari... Sempre ovviamente a patto di aver misurato bene i due pH, sia con pHmetro (perché i colori hanno un'accuratezza di 0,5!) sia perché questa shekerata mi lascia qualche perplessità... Sarebbe meglio lasciare riposare la provetta per 48 ore e poi misurare. Così sono davvero certo che è uscita tutta quella in eccesso.

[nicolatc]

È un bel lavoro.

Grazie!

Il problema è la costante di moltiplicazione che è stimata tra 0,7 e 3.

Bravissimo, è effettivamente il punto debole!
Ma ho approfondito molto l'argomento (in effetti è semplicemente la CO₂ all'equilibrio), e almeno non ci sono errori formali (e sostanziali) nelle formule, come quella del calcolatore compensato. Inoltre abbiamo comunque guadagnato in tranquillità, perché il valore 3 scelto è già il valore superiore di base.

Il problema è la costante di moltiplicazione che è stimata tra 0,7 e 3. Va bene valutare un valore medio di 1,8.

Meglio considerare 3, e stare così più sicuro che il valore che ottieni è il massimo. Più probabilmente è tipicamente intorno a 2 mg/l, e infatti molti (me incluso) non hanno constatato problemi ad arrivare ad un'escursione di 1.2 punti. Ma il metodo consigliato resta sempre quello di non superare un punto di escursione (quindi ipotizzando per sicurezza una base di 3 mg/l). Perché se hai moltissimi pesci, la CO₂ prodotta da loro potrebbe diventare un po' più influente. Del resto in alcuni casi (davvero particolari), si può eccedere anche i 3 mg/l di base. Metti che l'acquario è un bell'olandese dentro una vecchia sala congressi male areata e affollatissima per un congresso lungo molte ore. Con 2500 ppm di CO₂ in aria (valori quasi da mal di testa e diminuzione dell'attenzione) avremmo di base in acqua 4,5 mg/l,sforando quindi quello che ho fino ad ora considerato come valore massimo! E chi mi difende poi dal proprietario della sala appassionato acquariofilo, che ha seguito il mio metodo erogando CO₂ raggiungendo un punto di escursione del pH, quando poi vede i pesci a galla a fine congresso perché è arrivato a 45 mg/l? In realtà per brevi periodi magari non succede nulla ugualmente, però in effetti in condizioni estreme il pericolo esiste.

Osservazioni. La formula di base mi sembra che contiene anche lei parametri sperimentali, ma non sono sicuro ne so come li hanno ricavati.

Essendo tutte formule con parametri sperimentali e non puramente teoriche per verificarne l'affidabilità bisogna fare esperimenti, bisognerebbe misurare la concentrazione effettiva di CO₂ negli acquari.

Ricordiamoci che una formula, soprattutto in fisica, non è giusta o sbagliata, ma funziona o non funziona. Anche la legge di gravitazione universale in realtà non funziona sempre...

E' vero, sia in generale che nel caso particolare. La formula standard contiene un solo parametro sperimentale, la costante di dissociazione acida (che tra l'altro varia pure al variare della temperatura). La cosa bella però è che quando fai la differenza delle CO₂ nella mia formula, come ho scritto, quella costante scompare e quindi è ininfluente! Per il resto è precisa (approssima la CO₂ disciolta con H2CO3 ma parliamo praticamente di approssimazione minima).
Inoltre nella formula c'è il KH, e nonostante la formula sia esatta noi il KH non lo misuriamo, misuriamo l'alcalinità che è maggiore, quindi abbiamo anche un approssimazione per eccesso (non per la formula, ma per la misura). Ma anche in questo caso, come ho scritto, quando fai la sottrazione sparisce anche il KH e la sua imprecisione di misura!
Infine, il problema più della formula è che considera il pH dipendente solo dalla CO₂ (acido e base coniugati), quindi ancora una volta c'è grande errore in presenza di altri acidi... E ancora una volta.... non ce ne frega proprio con il metodo che ho descritto, perché parto dalla situazione all'equilibrio!

In conclusione, hai comunque ragione, ci sono ancora approssimazioni. Ma non puoi negare che il metodo fornisce risultati più corretti dell'attuale calcolatore compensato, ed è quindi uno strumento più utile...

[trotasalmonata]

Non mi convince l'idea che la concentrazione della CO₂ in acqua dipenda così tanto da quanta CO₂ c'è nell'atmosfera.

Studiamo le condizioni al contorno. Se la CO₂ atmosferica è zero vuol dire che indipendentemente da quanta CO₂ forniamo la sua concentrazione in acqua sarà zero. questo perché la formula non tiene conto di quanto tempo ci mette la CO₂ a passare dall'acqua all'aria. E noi sappiamo che ci mette molto tempo ( pH shakerato o riposato per 48 h).
Può essere il parametro temporale l'errore più grande della formula base...

[nicolatc]

Non mi convince l'idea che la concentrazione della CO₂ in acqua dipenda così tanto da quanta CO₂ c'è nell'atmosfera.

E' la legge di Boyle. Magari ti stupisce che mentre i siti con dati statistici indicano che la CO₂ nell'aria è aumentata da 350 a 410 ppm in molti anni (400 ppm l'anno scorso), in una sala affollata possiamo tranquillamente arrivare a 2500 ppm o più, valori molto superiori a queste medie in aria libera.

Studiamo le condizioni al contorno. Se la CO₂ atmosferica è zero vuol dire che indipendentemente da quanta CO₂ forniamo la sua concentrazione in acqua sarà zero. questo perché la formula non tiene conto di quanto tempo ci mette la CO₂ a passare dall'acqua all'aria. E noi sappiamo che ci mette molto tempo ( pH shakerato o riposato per 48 h).
Può essere il parametro temporale l'errore più grande della formula base...

Nella mia formula intendi? E perché? All'aperto siamo sempre intorno ai 400 ppm, in casa saremo sempre sempre intorno ai 700 ppm, ma se fai una breve festa e arrivi a 1500 ppm, la CO₂ nell'acquario non ne risente certamente proprio per quello che dici tu, per il tempo che occorre comunque a raggiungere l'equilibrio. Quella dell'acquario in sala congressi era più che altro una battuta, per mostrare condizioni estreme che poco hanno a che fare con il 99% dei nostri acquari. Per questo considero 3 mg/l un valore massimo con tranquillità.
Ovviamente la CO₂ non sarà mai zero nell'atmosfera, e nemmeno nell'acqua all'equilibrio, 0.7 mg/l resta per me il valore minimo. Se poi aggiungi il metabolismo dei pesci puoi dire con una certa tranquillità che 1 mg/l è il valore minimo (e 3 mg/l quello massimo).

Comunque si, il range del valore base di CO₂ all'equilibrio con l'aria della stanza è ampio. Vogliamo dire 0.5 - 3 mg/l ? Ciò nonostante, la formula ci consente con buona approssimazione di avere un risultato utile soprattutto come soglia massima (e di conseguenza il principio del punto di escursione del pH resta valido), in particolare nei casi in cui il calcolatore compensato mostrava invece 80 mg/l o 90 mg/l in vasca... Se poi ipotizziamo 2 punti di pH di escursione, è chiaro che l'approssimazione aumenta anche nella mia formula perché se il valore base è 1 ottengo 100 mg/l di CO₂, se il valore base è 3 ottengo 300 mg/l di CO₂! Ma fortunatamente l'escursione di nostro interesse (che non fa morire tutti i pesci) è decisamente inferiore, e di conseguenza anche l'approssimazione.
Avevamo persone che si ritrovavano 90 mg/l col calcolatore compensato, adesso invece si trovano 5.9 mg/l (nell'ipotesi di partire con 3 mg/l all'equilibrio) perché l'escursione è di soli 0.4 punti del pH! Ok, puoi anche dirgli (come ho fatto io con @Steinoff) che il valore reale potrebbe essere perfino inferiore, ma già è una grande informazione capire di trovarsi attualmente su una soglia bassa, mentre prima si viaggiava proprio all'oscuro... E si ignorava semplicemente il calcolatore quando dava.. i numeri!