Moin meine Lieben,

ich hatte es ja schon mal irgendwo angedroht, dass ich hier ein Thema starten will.

Und nein, ich habe heute leider kein Foto für euch

Der Titel verrät ja schon einiges.

"Wasserwerte", ein Wort über das man als Aquarianer immer wieder stolpert. Egal, ob in Fachliteratur, Internetseiten, Forenbeiträgen oder irgendwelchen Produkten im Handel, überall heißt es, dass Wasserwerte wichtig sind!

Nehmen wir mal als Beispiel den pH-Wert. Der pH-Wert ist ein Parameter, gibt also irgendeine Konzentration/Menge an. Der pH-Wert (=potentia Hydrogenii) gibt die Konzentration der Wasserstoffionen im Wasser an.
Das ist doch toll oder? Doch was genau hat nun der Fisch damit zu tun? Was juckt den der pH-Wert?

Genau DAS ist das Problem. Viele Aquarianer kennen einen Haufen von irgendwelchen Werten, haben aber keinerlei Ahnung wie diese gewisse Zusamenhänge haben und was sie überhaupt beim Fisch bewirken.

Und genau das möchte ich euch hier vorstellen. Ich möchte euch die einzelnen Parameter vorstellen, in welchem Bezug sie zu anderen Parametern stehen und vor allem wie sie sich auf die Physiologie und Anatomie des Fisches auswirken.




Aber ÄÄÄÄÄÄÄTTTSCHHHH Den text den ich euch dazu schreibe ist etwas länger und noch nicht ganz fertig. Ich wollte euch nur schon mal "vorwarnen"

Moin,

nun will ich mal anfangen.

In dem folgenden Artikel möchte ich euch vier dieser Wasserwerte vorstellen, welche voneinander abhängig sind und in unserem Ökosystem eine wichtige Rolle spielen, ebenso im Aquarium.

Fische betreiben Stoffwechsel und scheiden Kot und Urin aus. Pflanzenteile sterben ab und ab und zu stirbt auch mal ein Fisch.Konsumenten und Produzenten sorgen also für totes organisches Material, welches von Destruenten (Zersetzer-> Pilze und Bakterien) zu Ammoniak (NH3), sowohl unter aeroben, als auch anaeroben Bedingungen, umgesetzt wird. Eigentlich entsteht jedoch Ammonium (NH4+). Ammoniak ist ein Zellgift und würde die Destruenten töten. Damit das nicht passiert, binden die Destruenten von Anfang an ein Wasserstoffion (H+) an das Ammoniak. Dadurch wird aus NH3 ein NH4+ Molekül, welches nun nicht mehr giftig ist und zudem ein Nährstoff für Pflanzen ist.
Da Wasserstoffionen gebraucht werden, hängt die Entstehung von Ammoniak oder Ammonium also von dem pH-Wert ab. Der pH-Wert (=potentia Hydrogenii) gibt nämlich die Konzentration der Wasserstoffionen im Wasser an. Je kleiner der pH-Wert, desto höher ist die Konzentration der Wasserstoffionen, welche das Wasser ansäuern. Bei einem niedrigem pH-Wert sind also genügend Wasserstoffionen vorhanden, um Ammoniak in Ammonium umzuwandeln. Ab einem pH-Wert von 9 entsteht daher Ammoniak. Doch warum erst ab einem pH-Wert von 9? Müsste nicht beim neutralen pH-Wert 7 Ammoniak entstehen? Ammoniak kann nur produziert werden, wenn das Wasser leicht sauer ist und einen Überschuss an Wasserstoffionen hat. Doch falls keine Wasserstoffionen mehr da sind, werden einfach Wasserstoffionen aus einem Wassermolekül (H2O) gespalten. Dadurch wird ein Wasserstoffion frei, welches der Ammoniak bekommt, um Ammonium zu werden, und es entsteht ein Hydroxidion (OH-). Doch irgendwann ist auch dies, aufgrund des Massenwirkungsgesetztes, nicht mehr möglich, da sonst zu viele Hydroxidionen entstehen. Bei einem pH-Wert über 9 wird also das Zellgift Ammoniak gebildet, was hochgradig giftig ist. Zudem wird dem Ammonium bei höheren pH-Werten (schwache bis starke Basen) das Wasserstoffion wieder entzogen. Die Umwandlung von totem organischen Material zu Ammonium nennt man Ammonifikation.

Das Ammonik/Ammonium wird dann von Bakterien, der Gattungen Nitrosomonas, Nitrospira und Nitrosococcus , unter aeroben Bedingungen, zu Nitrit oxidiert, indem das Ammonium mit Sauerstoff zu Nitrit (NO2-), Wasserstoffionen und Wasser reagiert. Dieser Prozess beschreibt die erste Stufe der Nitrifikation. Dadurch, dass bei der Nitrifikation auch Wasserstoffionen entstehen, sinkt auch der pH-Wert. Zwar werden bei der Ammonifikation Wasserstoffionen benötigt, aber schaut man sich die Oxidationszahlen der Reaktionsgleichungen einmal an, stellt man fest, dass bei der Ammonifikation ein Wasserstoffion für ein Ammoniakmolekül gebraucht wird, aber bei der ersten Stufe der Nitrifikation entstehen pro Ammoniummolekül 2 Wasserstoffionen. Wenn man also zu wenig Teilwasserwechsel macht, kann es zum sogenannten Säuresturz kommen.
Nitrit ist hochgiftig für Fische, da sich Nitrit besser mit dem Eisen im Hämoglobin der Fische verbindet, als Sauerstoff. Die Nitritmoleküle besetzen also die roten Blutkörperchen des Fisches und blockieren somit die Sauerstoffzufuhr, was zum Tode führt.

Da der Stickstoff des Nitrits noch immer eine Energiereiche Verbindung ist, wird dieses ebenfalls unter aeroben Bedingungen oxidiert, da manche Konsumenten diese Energie nutzen wollen, wie beispielsweise die Bakterien der Gattungen Nitrobacter, Nitrospira, Nitrospina, Nitrococcus und Nitrolancetus. Aus Nitrit wird somit Nitrat(NO3-). Dieser Prozess beschreibt die zweite und letzte Stufe der Nitrifikation.Nitrat ist ein Nährstoff für Pflanzen und lebensnotwendig für sie.

Unter anaeroben Bedingungen wird Nitrat und Nitrit von Bakterien der Gattungen Pseudomonas, Paracoccus und Flavobacterium auch als Oxidant (= Sauerstofflieferant) genutzt. Die Bakterien nutzen also den Sauerstoff der Moleküle, um organische Stoffe zu oxidieren. Dadurch entsteht Stickstoff (N2), welcher in die Atmosphäre entweicht. Diesen Prozess nennt man Denitrifikation. Zudem gibt es Bakterien, wie beispielsweise Cyanobakterien, die unter anaeroben Bedingungen Stickstoff aus der Luft fixieren.
Durch das Sterben dieser Bakterien gelangt ebenfalls Stickstoff in den Kreislauf. Dieses Phänomen nennt man Stickstofffixierung.

Ammonium und Nitrat werden von Pflanzen als Nährstoffe genutzt, die zur Assimilation dienen. Sie bauen damit beispielsweise Proteine auf. Diesen Vorgang nennt man Stickstoffassimilation.

Nun stellt sich natürlich folgende Frage: Was hat das nun genau mit der Aquaristik zu tun? Eine ganze Menge! Wir konnten immerhin schon feststellen (siehe oben), dass Ammoniak und Nitrit giftig für Fische sind. Es ist also wichtig, dass das Wasser nicht zu alkalisch ist (pH-Wert über 9), da sonst Ammoniak entsteht. Zudem müssen genügend Bakterien da sein, da sonst kein Nitrit abgebaut werden kann. Dadurch, dass bei der Nitrifikationen Wasserstoffionen entstehen, welche den pH-Wert senken, ist es wichtig, dass man Wasser wechselst, da es sonst früher oder später zu einem pH-Sturz (-> Säuresturz) kommen kann. Zudem ist es wichtig, dass genügend Ammonium und/oder Nitrat vorhanden ist, damit die Pflanzen genügend Nährstoffe haben. Ein Nährstoffüberschuss würde jedoch das Algenwachstum fördern.
Besonders bei neu aufgesetzten Becken muss man ein kritisches Auge auf den Stickstoffkreislauf haben. In einem leeren Becken, ohne Fische und Pflanzen, wird kein Stoffwechsel betrieben. Es fällt kein totes organisches Material an. Dieses muss also zugeführt werden. Wenn man nun also einen Fisch in ein neues Becken setzt, muss sich erst der Stickstoffkreislauf aufbauen. Um das entstehende Produkt jedoch verwerten zu können, muss sich erst ein Bakterienstamm bilden. Wenn nun Ammonium zu Nitrit oxidiert wird, gibt es keine Bakterien, die das Nitrit oxidieren. Es sammelt sich nun, wie bereits oben beschrieben, im Hämoglobin der Fische an und lässt diese ersticken. Hiergegen hilft nur ein großer Wasserwechsel. Dieser Anstieg des Nitrits wird häufig „Nitritpeak“ genannt. Und hier kommt die Einlaufphase ins Spiel; durch die Einlaufphase können sich die nötigen Bakterien bilden, welche das giftige Nitrit nun oxidieren. Hierbei ist es jedoch wichtig, dass totes organisches Material zugeführt wird, beispielsweise in Form von Futter.Doch auch wenn eine Großzahl neuer Fische einzieht, steigt der Nitritwert an. Es ist mehr totes organisches Material da als sonst. Somit entsteht auch mehr Nitrit. Jedoch reicht die Bakterienpopulation nicht aus, um eine höhere Menge Nitrit zu oxidieren. Es müssen sich nun ebenfalls erst wieder neue Bakterien bilden.
Die Bakterien sind übrigens alle substratgebunden. Und deshalb ist auch der Filter so wichtig! Die meisten Aquarien sind überbesetzt, da es im Aquarium selbst zu wenig Substrat für die notwendigen Bakterienpopulationen gibt. Der Filter, besser gesagt die in ihm vorhandenen Filtermaterialien, sorgen also für mehr Oberfläche, die von den Bakterien genutzt werden kann.
Es ist daher auch problemlos einen Wasserwechsel zu machen und gleichzeitig den Filter zu waschen. Zudem ist Altwasser für neue Aquarien absolut uninteressant, da sich dort keinerlei Bakterien drin befinden. Hier wäre ein eingelaufener Filter, oder Bodengrund sehr viel sinnvoller.


Doch der pH-Wert beeinflusst nicht nur den Stickstoffkreislauf.

Die Schleimhautanpassung spielt ebenfalls eine Rolle. Die Zusammensetzung der Schleimhaut ist an den Ph-Wert angepasst. Die Schleimhaut besteht aus Schleim und Makrophagen, die zum Immunsystem gehören. Wenn mehr Schleim produziert wird, ist die Konzentration der Makrophagen hypotonisch und das Immunsystem wird somit geschwächt. Dadurch kann es zu Sekundäererkrankungen kommen.Jedoch ist die Macopolysaccharide (Schleimhaut) nicht genetisch festgelegt, sondern wird von verschiedenen Umweltfaktoren mit determiniert.
Die Keimdichte spielt auch eine Rolle. Bei niedrigem Ph-Wert sind weniger Keime im Wasser. Jedoch findet im Aquarium ein Wasserwechsel statt, wodurch die Keimdichte regelmäßig gesenkt wird.




Doch auch mit der Gesamthärte hat der pH-Wert eine Menge zu tun. Die Gesamthärte selbst ist auch ein wichtiger Faktor für die Fischphysiologie, doch dazu später mehr.

Moin,
weiter geht´s!

Thema Stickstoffkreislauf wurde ja bereits geklärt.
Doch da tauchte ja bereits das Wort "pH-Wert" auf.Immer wieder wird dieser Parameter hoch angepriesen in der Aquaristik, doch die wenigsten kennen das komplexe Puffer-System, welches sich aus der Karbonathärte und dem CO₂ Gehalt des Wasser zusammensetzt.
Der pH-Wert ist eine Abkürzung für "potentia hydrogenii" und gibt die Konzentration der im Wasser befindlichen Wasserstoffionen (H⁺) an.Doch wie kommen diese da rein?Schauen wir uns folgende Reaktionsgleichung an:

H₂O+H₂O -> H₃O⁺+OH^-

Zwei Wassermoleküle (H₂O) reagieren also zu einem Oxoniumion (H₃O⁺) und zu einem Hydroxidion (OH^-).Dieser Vorgang nennt sich Autoprotolyse des Wassers.

Bei kleinen pH-Werten unter sieben befinden sich mehr Oxoniumionen im Wasser. Über einem pH-Wert von sieben sind mehr Hydroxidionen im Wasser.Bei einem pH-Wert von 7 ist die Konzentration an Oxoniumionen und Hydroxidionen gleich, wodurch man von reinem H₂O spricht und der pH-Wert deswegen neutral ist.
Dieses System ist die Grundlage des pH-Wertes. Doch dieser ist nicht konstant, da er von Säuren und Basen beeinflusst werden kann.
In einem Gewässer, in dem der pH-Wert schwankt, muss die Toleranzgrenze der dort lebenden Organismen sehr hoch sein.
Um diese Schwankungen zu vermeiden gibt es ein Puffersystem. Viele Aquaristikbücher beschreiben, dass die Karbonathärte und das Kohlenstoffdioxid den pH-Wert bestimmen, doch dies ist so nicht ganz korrekt. Sie versuchen ihn im Gleichgewicht zu halten.

Doch welche "Mitspieler" alle an der Sache beteiligt sind, möchte ich nun über mehrere Reaktionsgleichungen erklären, indem wir Zusammenhänge verknüpfen.

Was passiert mit dem CO₂ im Wasser? Der größte Teil des CO₂ bleibt in dieser Form im Wasser. Doch ein Teil des CO₂ reagiert mit Wasser.

CO₂+H₂O -> H₂CO₃

Aus Kohlenstoffdioxid und Wasser entsteht also Kohlensäure.Es ist also nicht das CO₂ selbst, welches das Wasser ansäuert. CO₂ Anlagen sind deshalb auch nicht sehr effektiv, wenn man den pH-Wert messen möchte, da nur ein Teil des CO₂ mit Wasser reagiert.

Kohlensäure ist dazu in der Lage sich zu spalten:

H₂CO₃ <-> H⁺+HCO₃^-

Aus Kohlensäure kann sich also ein Wasserstoffion abspalten und gleichzeitig entsteht ein Hydrogencarbonat-Ion.Die Karbonathärte bestimmt die Menge an Hydrogencarbonat-Ionen.Hydrogencarbonat-Ionen brauchen jedoch einen "Partner". Dies sind Erdalkali-Ionen.
Und hier kommt die Gesamthärte ins Spiel. Die Gesamthärte gibt nämlich die Summer der im Wasser gelösten Erdalkali-Ionen an.Die Karbonathärte kann folglich also nicht größer sein, als die Gesamthärte. Es gibt zwar Ausnahmen, aber dies wird ein extra Thema.

Ein häufig vorkommendes Erdalkali-Ion ist beispielsweise Calcium (Ca²⁺).
Calcium reagiert mit Hydrogencarbonat-Ionen zu Calciumhydrogencarbonat.

Ca²⁺+2HCO₃^- -> Ca(HCO₃)₂

Hydrogencarbonat-Ionen sind dazu in der Lage sich zu spalten.

2HCO₃^- -> CO₃^2-+H₂CO₃

Hydrogencarbonat-Ionen können sich also zu Carbonat (CO₃^2-) und Kohlensäure reagieren.Carbonat reagiert mit Calcium zu Calciumcarbonat, was im Volksmund auch häufig "Kalk" genannt wird.

Ca²⁺+CO₃^2- -> CaCO₃

Eine Reihe von Reaktionen, die zwar alle schön und gut sind, doch wofür nützen diese?Wie soll dass nun den pH-Wert puffern und Konstant halten?

Schauen wir uns die einzelnen Akteure noch einmal an:

H₂CO₃ (Kohlensäure) Nun entziehen wir dieser ein Wasserstoffion
HCO₃^- entsteht. Es fehlt nun ein Wasserstoffatom und ein Proton weshalb Hydrogencarbonat nun eine Ladung von -1 hat.
Entziehen wir auch diesem Stoff nun ein Wasserstoffion
CO₃^2- entsteht. Carbonat besitzt nun keine Wasserstoffatome mehr. Dadurch, dass ein weiteres Proton entzogen wurde, beträgt die Ladung nun -2.

Was heißt das nun konkret?

Nehmen wir mal an, dass der pH-Wert fällt.
Momentan ist er bei 4 und nun fängt er an zu steigen, da mehr OH^- (Hydroxidionen) vorhanden sind.

Nun kommt die Kohlensäure und gibt ein Wasserstoffion (H⁺) frei.

Dieses Wasserstoffion reagiert nun mit einem Hydroxidion.

H⁺+OH^- -> H₂O

Die Konzentration der Hydroxidionen sinkt also wieder, wodurch sich der pH-Wert nicht verändert.

Ein weiteres Beispiel:

Der pH-Wert liegt bei 7 und fällt, weil mehr Oxoniumionen (H₃O⁺) vorhanden sind.

Hydrogencarbonat nimmt nun ein Wasserstoffion auf.

H₃O⁺+HCO₃^- -> H₂CO₃+H₂O

Es entsteht Kohlensäure und Wasser.

Es gilt folgendes:

>pH 4 -> vor allem Kohlensäure ist enthalten (muss kein H⁺ abgeben)
<pH 7 -> vor allem Hydrogencarbonat ist vorhanden (H⁺ wurde bereits entzogen).
<pH 10 -> vor allem Carbonat ist vorhanden (musste schon H⁺ abgeben)


Das ganze ist allerdings kein starres System, sondern ein dynamisches Gleichgewicht.

All diese Reaktionen passieren in beide Richtungen.

Mal ein plastisches Beispiel:

Während der eine Müll produziert, recycelt ein anderer gleichzeitig.

Edukte und Produkte bilden also ein Gleichgewicht.

(Zur Erinnerung: vorne stehen die Edukte und hinten die Produkte, also:
Edukt+Edukt -> Produkt)

Durch das Massenwirkungsgesetz bildet die Anzahl von Edukten und Produkten ein Gleichgewicht.

Da es jedoch kein starrer Zustand ist, spricht man von einem dynamischen Gleichgewicht.



Soooo, gleich kommt noch was zur biogenen Entkalkung, die hier auch eine Rolle spielt, und etwas zu den Zuständen des Wassers je nach Kohlensäuregehalt.

Moin Dieter,

ich habe deine Fragen ja noch gar nicht beantwortet! Schande über mich!


Zu dem Glossar: Eine gute Idee! Ein paar Stoffe und Moleküle werde ich mal hier schreiben, oder ein Bildchen hier hochladen.
Wenn man das oben anpinnen könnte, wäre das natürlich toll.


Aber nun zum wirklich wichtigen Teil, deiner Frage bezüglich des Ammoniaks/Ammoniums.

Mit dem neuen Teil, könntest du es vielleicht selbst herausfinden, aber wir gehen auf Nummer sicher sicher

Wenn keine Wasserstoffionen da sind, um Ammoniak in Ammonium umzuwandeln, geschieht die Autoprotolyse (siehe neuer Beitrag).

H₂O+H₂O -> H₃O⁺+OH^-

H₃O⁺ -> H⁺+H₂O

Und zack hast du dein Wasserstoffionen.

Bis zu einem pH-Wert von sieben sind Wasserstoffionen vorhanden und das ganze stellt kein Problem dar.

Doch wenn es keine überschüssigen Wasserstoffionen mehr gibt, schnappt sich der Ammoniak aus der Autoprotolyse ein Wasserstoffion.

Aber wir haben ja festgestellt, dass das Massenwirkungsgesetz für ein dynamisches Gleichgewicht sorgt.

Es entstehen also nicht immer weiter überschüssige OH^-.

Ab einem pH-Wert ist es also nicht mehr möglich sich aus der Autoprotolyse ein Wasserstoffion zu klauen, da sonst das Gleichgewicht zwischen Wasser, Oxoniumionen und Hydroxidionen zusammenbricht.

Hier nochmal ein Bild zum Stickstoffkreislauf.

Ich habe auch noch eine Powerpoint mit den verschiedenen Reaktionsgleichungen.

Wer daran Interesse hat, kann mich ja anschreiben, dann schicke ich euch das per Mail.

Moin,

ja das ist ein ziemlich komplexes und schwer verständliches Thema.

Wenn man kein Hintergrundwissen hat, ist das ganze nicht so leicht verständlich.

Dadurch, dass ich wöchentlich damit konfrontiert werde, ist mir so was wie das Massenwirkungsgesetz geläufig.

Mit ein paar Beispielen werde ich versuchen das ganze nochmal zu veranschaulichen.

Ich habe meine Informationen aus dem Buch "Aquarienwasser" von Hanns-J. Krause.

Das kann ich nur empfehlen!

Auch nutze ich das buch "Einführung in die Limnologie" vom Springer Spektrum. Bei Interesse kann ich euch die Kapitel ausdrucken und zuschicken, einscannen oder abfotografieren.

Fragen beantworte ich dir natürlich gerne, Dieter!

Ich muss auch mehrmals die Texte lesen und googeln, bis ich das Prinzip dahinter verstanden habe.

Moin Dieter,

mache ich gerne! Gib mir deine E-Mail Adresse per PN. Da kann ich dir die Powepoint schicken.
Die Seiten aus dem Limnologie könnte ich dir am Wochenende fotografieren, oder du wartest bis nächste Woche, dann fotokopiert mein Vater das auf der Arbeit und ich schicke es dir per Post.

Moin,

so, nun kommt einmal die biogene Entkalkung und die Zustände des Wassers.

Biogene Entkalkung:

Pflanzen brauchen CO₂

Normalerweise ist genügend CO₂ im Wasser vorhanden, doch was ist, wenn kein CO₂ mehr vorhanden ist?

Dann nehmen sie Calciumhydrogencarbonat.

Ca(HCO₃)₂ -> CaCO₃+H₂O+CO₂

Der Kalk (CaCO₃) haftet nun an den Blättern der Pflanze.

Dadurch, dass für diesen Vorgang viel Calciumhydrogencarbonat benötigt wird, kann dies nur in sehr alkalischen/harten Wasser auftreten.


Zustände des Wassers je nach Kohlensäuregehalt:


Hierfür habe ich euch mal eine Grafik gezeichnet.

"Aggresiv" ist das Wasser, wenn überschüssige Kohlensäure vorhanden ist. Wenn dieses Wasser mit Kalk in Verbindung kommt, löst die überschüssige Kohlensäure den Kalk.

H₂CO₃+CaCO₃ -> Ca(HCO₃)₂

Im Gleichgewicht ist das Wasser, wenn Calciumhydrogencarbonat und Kohlensäure im richtigen Verhältnis aufkommen.

"Unstabil" ist ein Wasser, wenn nur Calciumhydrogencarbonat vorhanden ist und die Kohlensäure komplett fehlt.

Calciumhydrogencarbonat spaltet sich nun:

Ca(HCO₃)₂ -> H₂CO₃+CaCO₃

Es entsteht neben Kohlensäure auch Kalk, der sich nun ablagert. Hierdurch wird die Karbonathärte gesenkt.

Moin,

Normen, dann bin ich ja beruhigt

Das nächste Thema ist nicht ganz so Chemie bezogen.

Jedenfalls müsst ihr euch bei diesem Thema keine Reaktionsgleichungen reinziehen