Zusammenhang zwischen GH und KH

  • Hallo,


    ich erstelle dafür mal einen neuen Thread, denn im ursprünglichen ist es Off-topic.

    Um genau zu sein, ist die eigentliche GH die Summe aus KH und Erdalkali-Ionen, deshalb heißt sie Gesamthärte. Wir messen und meinen in der Aquaristik mit GH aber nur Magnesium (Mg) und Kalzium (Ca), deshalb kann man mit zwei der drei Werte den fehlenden immer errechnen. Mit KH messen und meinen wir alle Karbonate, die an Metalle wie Kalium, Natrium, Magnesium oder Kalzium gebundenen sind. Gebe ich nur die Karbonate hinzu, die nicht in der (von uns gemessenen) GH erfasst werden, also Kalium und Natrium, erhöht sich nur die KH. Da dann aber lebenswichtige Mineralien fehlen, darf man die KH nur dann separat erhöhen, wenn ausreichend GH im Wasser ist.

    Jein. ;) Also, du meinst das richtige, aber die chemischen Grundlagen sind falsch. Die GH ist die Summe aus temporärer Härte und permanenter Härte. Die GH ist so definiert, wie ich das oben geschrieben habe, nämlich die Konzentration der Erdalkalimetallionen. Die KH ist definiert als die Konzentration der Hydrogencarbonate.


    Im Durchschnittswasser (Oberflächenwasser, Grundwasser, Leitungswasser) ist die GH zusammengesetzt aus 70–85 % Calcium- und 30–15 % Magnesium-Härte. Die anderen existierenden Erdalkalimetalle wären Strontium, Barrium, Berrylium und Radium, die kommen praktisch nicht vor. Eigentlich müsste man also die Bezeichnung "Gesamthärte" modernisieren (denn sie stammt aus der Zeit, also man mit temporärer und permanenter Härte gearbeitet hat) und von Calcium-Magnesiumhärte sprechen.

    Entstehen können die Erdalkalimetallionen aus verschiedenen Salzen, am meisten vorhanden sind die entsprechenden Chloride, Sulfate und Hydrogencarbonate. Die Hydrogencarbonate der Erdalkalimetalle werden beim Erhitzen in die Erdalkalicarbonate umgewandelt, die sind in Wasser schwer löslich und fallen damit beim Kochen aus (das ist das, was z.B. im Wasserkocher entsteht). Bei Calcium passiert das vergleichsweise schnell, bei Magnesium braucht es höhere Konzentrationen, damit Magnesiumcarbonat ausfällt. Diesen Teil der Härte hat man früher als temporäre Härte bezeichnet und den nicht durch Kochen ausfällbaren Teil als permanente Härte.

    Nun bezeichnet man heute aber die temporäre Härte auch als Karbonathärte (was erstmal stimmt, es sind ja die Carbonate).


    Worauf baut die aquaristische Messung auf? Die Mineralsalze dissoziieren in Wasser zu den jeweiligen Ionen (Ca2+ und Mg2+, HCO3-) und deren Konzentration können wir (durch Titration, also tropfenweise Zugabe von Testflüssigkeit) messen. Dissoziieren bezeichnet das "Auflösen" der Salzbindung beim Lösen in Wasser, Kochsalz (NaCl) dissoziiert z.B. zu Na+ und Cl-. Das eine Ion nennt man dann Kation (positive Ladung) und das andere Anion (negative Ladung).


    Nehmen wir nun als konkretes Beispiel mal ein fiktives Wässerchen, das enthält Calciumcarbonat, Calciumsulfat, Calciumchlorid und Magnesiumcarbonat zu gleichen Teilen (jeweils 1 "Stück").

    Das Calciumcarbonat (CaCO3) dissoziiert in Wasser zum Calciumkation (Ca2+) und dem "Rest" (rein rechnerisch CO32-), dieser Rest ist aber instabil und reagiert gleich weiter mit Wasser (H2O) und Kohlenstoffdioxid (CO2) zum Hydrogencarbonatanion (HCO3-).

    Das Calciumsulfat (CaSO4) dissoziiert in Wasser zum Calciumkation (Ca2+) und dem Sulfatanion (SO42-).

    Das Calciumchlorid (CaCl2) dissoziiert in Wasser zum Calciumkation (Ca2+) und den Chloridanionen (2 Cl-).

    Das Magnesiumcarbonat (MgCO3) dissoziiert in Wasser zum Magnesiumkation (Mg2+) und dem "Rest" (rein rechnerisch CO32-), dieser Rest ist aber instabil und reagiert gleich weiter mit Wasser (H2O) und Kohlenstoffdioxid (CO2) zum Hydrogencarbonatanion (HCO3-). Es verhält sich also für unsere Rechnung genauso wie Calciumcarbonat.


    Was misst nun der GH-Test? Die Konzentration der Erdalkalimetallionen, also Ca2+ und Mg2+. Das wären bei uns 4 Stück.

    Was wäre die temporäre Härte? Die Erdalkalimetallionen, die ursprünglich irgendwann einmal als Carbonat vorlagen und die wir durch Kochen ausfällen könnten. In unserem Beispiel wären das 2 Stück, nämlich aus dem Calciumcarbonat und aus dem Magnesiumcarbonat. Tatsächlich schwirren im dissoziierten Zustand alle Ionen in unserem Wasser herum wie sie wollen und sind nicht mehr unterscheidbar, aber das macht zum Glück für die Anzahl keinen Unterschied: Jedes Hydrogencarbonatanion schnappt sich ein Erdalkalimetallkation und fällt vor lauter Hitze aus.

    Was wäre die permanente Härte? Die restlichen Erdalkalimetallionen. Das wären bei uns 2 Stück.

    Was misst nun der KH-Test? Das ist nun natürlich problematisch, denn aufkochen und messen ist ein bisschen umständlich, aber die Ionen liegen im Wasser nunmal dissoziiert vor, also wie soll der KH-Test wissen, welche davon ursprünglich mal aus Carbonaten stammen? Daher messen wir stattdessen die Konzentration der Hydrogencarbonatanionen. Das wären bei uns 2 Stück, identisch mit der temporären Härte.

    Für diese Wasserprobe (die in etwa dem deutschen Durchschnittsleitungswasser entspricht) ist damit alles gut: Der KH-Test misst die Karbonathärte, der GH-Test misst die Gesamthärte: GH 4 (Stück, nicht °dGH, ist ja nur ein fiktives Beispiel), KH 2 Stück.


    Was passiert nun aber, wenn wir zusätzlich in dieses Wasser Karbonate einbringen? Zum Beispiel 3 Stück Natriumcarbonat (Na2CO3), also Waschsoda?

    Natriumcarbonat reagiert mit Wasser zuerst zum Natriumhydrogencarbonat (NaHCO3 = Backnatron), dabei entsteht Natriumhydroxid (NaOH), das interessiert uns nicht. Das Natriumhydrogencarbonat dissoziiert in Wasser zum Natriumkation (Na+) und dem Hydrogencarbonatanion (HCO3-).

    Der GH-Test bleibt unverändert, denn wir haben immer noch 4 Stück Erdalkalimetallionen, aber nun haben wir ein zusätzliches Hydrogencarbonatanion. Der KH-Test schlägt nun mit 5 Stück aus, obwohl das zusätzliche HCO3- niemals mit einem Erdalkalimetall gebunden war, sondern mit Natrium (Alkalimetall).

    Wir könnten nun wiederum die temporäre Härte bestimmen: Jedes Hydrogencarbonatanion schnappt sich ein Erdalkalimetallkation und fällt vor lauter Hitze aus. Wir haben 4 Stück GH, aber 5 Stück Hydrogencarbonatanionen, es fallen also alle aus und ein Hydrogencarbonatanion bleibt übrig. Die temporäre Härte ist jetzt also 4 Stück. Die permanente Härte wäre aber 0 Stück, denn es sind ja keine Erdalkalimetallionen mehr übrig. GH = temporäre Härte + permanente Härte = 4, stimmt also immer noch. Aber der KH-Test reagiert auf alle Hydrogencarbonatanionen (KH = 5). GH = KH + Erdalkaliionen stimmt also nicht mehr.


    In tropischen Gewässern ist genau das teilweise der Fall: es sind keine oder nur wenige Erdalkalimetallionen vorhanden, aber KH ist trotzdem messbar.

    Wenn der Stein also nur Kalium oder z.B. Natrium abgibt, dann könnte der doch schon für die erhöhte KH zuständig sein? Es gibt doch so viele Gesteinsarten auf der Erde, vlt. gibt es auch Steine, die nur Stoffe abgibt, die die KH erhöhen?

    Ja, Steine können prinzipiell nur die KH erhöhen. Aber nicht, indem sie Kalium oder Natrium abgeben, sondern eben Kaliumcarbonat oder Natriumcarbonat. Geologisches Vorkommen siehe oben, z.B. im Tanganjikasee.