pH en water. Wat heeft het met elkaar te maken?

Wat zegt de pH-waarde over water?

De pH-waarde geeft aan hoe zuur, neutraal of basisch water is. Hoewel water er helder en schoon uit kan zien zegt dat weinig over de chemische eigenschappen. De zuurgraad van water heeft namelijk grote invloed op de oplosbaarheid van stoffen, de werking van waterfilters, de gezondheid van planten en dieren en zelfs op de levensduur van leidingen en apparatuur.

Ook in het menselijk lichaam speelt de pH waarde een belangrijke rol. Zo heeft bloed een zeer nauwkeurig gereguleerde pH en zijn ook veel biologische processen afhankelijk van een stabiele zuurgraad. Bij waterzuivering, aquaria, landbouw, zwembaden en industriële processen is het daarom belangrijk om de pH regelmatig te controleren.

Waarom heeft water een pH-waarde?

Water bestaat uit watermoleculen (H₂O), maar een klein deel daarvan splitst zich voortdurend op in waterstofionen (H⁺) en hydroxide-ionen (OH⁻). Dit is een natuurlijk evenwicht dat in al het water voorkomt. De verhouding tussen deze twee ionen bepaalt de pH-waarde. Zijn er relatief veel waterstofionen aanwezig dan is het water zuur. Zijn er juist meer hydroxide-ionen dan is het water basisch of alkalisch. Wanneer beide in evenwicht zijn dan is het water neutraal.

Zuiver water heeft bij 25 °C een pH van precies 7. In de praktijk komt volledig zuiver water echter vrijwel niet voor. Zodra water in contact komt met de buitenlucht lost bijvoorbeeld koolstofdioxide (CO₂) op. Daarbij ontstaat een kleine hoeveelheid koolzuur waardoor regenwater van nature al een pH heeft tussen de 5 en 6.

Ook de bodem waar water doorheen stroomt heeft veel invloed op de pH waarde. Water uit kalkrijke gebieden is meestal minder zuur doordat calciumcarbonaat zuren neutraliseert. In bosrijke of veenachtige gebieden is water juist vaak zuurder door natuurlijke humuszuren. Daarnaast kunnen menselijke activiteiten, zoals landbouw, industrie en lozingen, de pH waarde beïnvloeden.

Wat is de pH-waarde?

De pH is een maat voor de concentratie waterstofionen (H⁺) in water. De schaal loopt van 0 tot 14.

● Een pH lager dan 7 betekent dat het water zuur is.
● Een pH van 7 is neutraal.
● Een pH hoger dan 7 betekent dat het water basisch of alkalisch is.

De pH-schaal is logaritmisch. Dit betekent dat een verschil van één pH-punt niet een klein verschil is maar een factor tien. Water met een pH van 6 bevat tien keer zoveel waterstofionen als water met een pH van 7. Water van pH 8 weer 10 keer zoveelt als pH 7 enzovoort. Water met een pH van 5 is dus honderd keer zuurder dan water met een pH van 7.

Juist doordat de schaal logaritmisch is kunnen kleine veranderingen in de pH grote gevolgen hebben voor de waterkwaliteit.

Hoe werkt een pH-meter?

Een nauwkeurige pH-meter meet niet rechtstreeks hoeveel zuur er in het water zit. Het apparaat meet een zeer klein elektrisch spanningsverschil tussen een referentie-elektrode en een speciale glaselektrode.

De glazen membraan van de elektrode reageert op de concentratie waterstofionen in het water. Hierdoor ontstaat een elektrische spanning die rechtstreeks samenhangt met de pH. De elektronica in de meter zet deze spanning vervolgens om naar een pH-waarde.

Omdat deze spanningen zeer klein zijn is een goede kalibratie belangrijk. Vrijwel alle pH-meters worden daarom regelmatig gekalibreerd met speciale bufferoplossingen meestal met een pH van 4, 7 en 10. Je gebruikt dan de bufferoplossing welke het dichts in de buurt ligt van de waarde welke je verwacht te meten.

Ook de temperatuur heeft invloed op de meting. Moderne pH-meters zijn daarom vaak voorzien van automatische temperatuurcompensatie (ATC) zodat de gemeten waarde zo nauwkeurig mogelijk blijft.

Waarom is de pH-waarde belangrijk?

De pH beïnvloedt veel meer dan alleen de zuurgraad van water. Ze bepaalt namelijk ook hoe andere stoffen zich gedragen.

Bij een lage pH lossen metalen gemakkelijker op. Hierdoor kunnen leidingen sneller corroderen en kunnen ongewenste metalen zoals koper of lood uit oude leidingen in het water terechtkomen.

Bij een hoge pH slaan mineralen juist sneller neer als kalk. Daardoor kunnen leidingen, warmtewisselaars, koffieapparaten en boilers sneller verkalken.

Ook de werking van veel chemicaliën hangt af van de pH. Chloor in een zwembad desinfecteert bijvoorbeeld veel beter bij een pH tussen ongeveer 7,2 en 7,6 dan bij een hogere pH.

pH en waterzuivering

Ook omgekeerde osmose heeft invloed op de pH. Een goed osmosemembraan verwijdert vrijwel alle opgeloste stoffen uit het water. Hierdoor verandert de buffercapaciteit van het water sterk. Het gezuiverde water neemt daarna gemakkelijk koolstofdioxide uit de lucht op waardoor de gemeten pH vaak iets lager uitvalt. De pH waarde van puur osmosewater zal altijd lager zijn dan dat van het toevoerwater en kan nooit hoger zijn.

Het is belangrijk om te weten dat de pH-waarde van osmosewater geen goede indicatie is om te bepalen of het membraan goed werkt. Omdat osmosewater nauwelijks mineralen bevat heeft het vrijwel geen bufferwerking. De pH kan daardoor makkelijk veranderen zonder dat dit direct problemen oplevert. Ook zijn de meeste pH-meters niet geschikt om zulk zuiver water als osmosewater te meten. Om te bepalen of een osmosesyteem goed werkt wordt altijd naar de TDS waarde gekeken.

Waarom de pH waarde niet altijd makkelijk verandert

Niet al het water reageert hetzelfde op zuren of basen. Dat komt door de zogenaamde bufferwerking. Water dat veel bicarbonaten en carbonaten bevat kan kleine hoeveelheden zuur opvangen zonder dat de pH sterk verandert. Dit wordt ook wel de carbonaathardheid (KH) genoemd.

Omdat water met een lage KH vrijwel geen buffer heeft kan de pH snel schommelen wanneer er zuren of basen worden toegevoegd. De KH (carbonaathardheid) van zuiver osmosewater is dan ook 0. Dat komt doordat een osmose installatie vrijwel alle opgeloste mineralen en zouten uit het water verwijdert waaronder ook de bicarbonaten en carbonaten die de KH bepalen.

Osmosewater heeft van zichzelf al een lagere pH waarde dan het toevoerwater wat is gebruikt, maar doordat het nagenoeg geen opgeloste stoffen bevat is het uitermate geschikt om de pH waarde te veranderen door er zuren of basen aan toe te voegen.

Wat is de invloed van osmosewater op de pH waarde in een aquarium?

De invloed van osmosewater op de pH waarde in een aquarium hangt af van hoeveel osmosewater je toevoegt en wat de KH van het aquariumwater is. In het algemeen gebeurt het volgende:

● De KH daalt. Omdat osmosewater geen carbonaathardheid bevat.
● De pH hoeft echter niet direct te dalen. Veel mensen verwachten dat, maar puur osmosewater verlaagt de pH waarde niet automatisch.
● De pH wordt minder stabiel. Doordat de KH afneemt is er minder buffer tegen pH-schommelingen. Daardoor kan de pH makkelijker dalen of stijgen. Dit is afhankelijk van bijvoorbeeld het CO₂-gehalte, organische zuren uit afvalstoffen of toevoegingen zoals turf.

Praktische tips voor het meten van de pH waarde

Een pH-meter is een nauwkeurig instrument mits deze goed wordt gebruikt.

● Kalibreer de meter regelmatig met een verse bufferoplossing.
● Spoel de elektrode na iedere meting af met schoon water of bewaarvloeistof.
● Bewaar een pH-elektrode altijd in speciale bewaarvloeistof en nooit droog.
● Meet bij voorkeur bij een constante temperatuur.
● Geef de elektrode voldoende tijd om de meting te stabiliseren voordat je de waarde afleest.
● Vervang de pH meter wanneer kalibreren steeds moeilijker wordt of de metingen traag reageren.

Veelvoorkomende misverstaand over de pH waarde van water.

De pH waarde van water zegt niets over hoeveelheid opgeloste stoffen dat het water bevat. Twee watermonsters kunnen exact dezelfde pH hebben terwijl het ene water veel meer mineralen bevat dan het andere. Daarom worden pH en TDS vaak samen gemeten. De pH geeft informatie over de zuurgraad terwijl TDS laat zien hoeveel opgeloste stoffen in het water aanwezig zijn.

Samenvattend

De pH-waarde is een van de belangrijkste eigenschappen van water. Ze geeft aan hoe zuur, neutraal of basisch water is en beïnvloedt tal van chemische en biologische processen.

Met een goede pH-meter is de zuurgraad eenvoudig en nauwkeurig te controleren. In combinatie met een TDS-meter ontstaat een veel completer beeld van de waterkwaliteit. Waar de TDS-waarde inzicht geeft in de hoeveelheid opgeloste stoffen, laat de pH zien hoe die stoffen zich chemisch gedragen. Juist die combinatie maakt beide metingen onmisbaar voor iedereen die waterkwaliteit serieus neemt.