Calcio Alcalinidad y su Desequilibrio

Relación Calcio alcalinidad y sus desequilibrios.

por Octavio Rojas

Muchas de las recomendaciones que haré son mis propias opiniones, y otros acuaristas pueden estar en desacuerdo, como ha pasado en otros artículos que he redactado, y dicho sea de paso el acerbo de conocimiento científico de las diferentes ciencias como la física, la química, la biología, etc., son propiedad de la humanidad y pueden ser usados libremente por cualquiera.
No cabe duda que entender la relación que existe entre el calcio y la alcalinidad, es uno de los rompecabezas entre los acuaristas, y esto no es extraño si consideramos que, son problemas confusos y muy frecuentes, que se encuentran en el mantenimiento del tanque. Y en realidad no es necesarios amplios conocimientos de química y física para entenderlos como pudiera pensarse, solo basta comprender lo básico para entender el equilibrio y relación que guardan estos iones en el agua salada. Ya que es obvio que el desequilibrio en sus niveles disueltos altera la química de agua y provocaran dificultad para que los corales y otros invertebrados depositen calcio en sus esqueletos. De tal forma que un buen mantenimiento empieza por entender como resolver estos desequilibrios entre el calcio y la alcalinidad, como evitarlos y por que suceden. O sea que la relación estrecha entre el calcio y la alcalinidad puede ocasionar problemas si no tenemos clara su relación. Muchos corales usan calcio para formar sus esqueletos, que están compuestos principalmente de carbonato de calcio. Al igual que el calcio, muchos corales usan "alcalinidad" para construir sus esqueletos, por esto mantener el balance Calcio, Alcalinidad es un aspecto crítico del mantenimiento de acuarios de arrecife. El agua de mar es una solución saturada, lo que significa hay una castidad especifica de carbonato de calcio disuelta, sin embargo hay mas en la solución que esta tratando de disolverse, lo que traduce que el calcio y el carbonato están equilibrados, pero existen las condiciones para que en cualquier momento se precipiten. El por que no lo hace es un problema químico complicado, y es por cinética de la precipitación y de la disolución.
La precipitación puede ocurrir por dos causas principales: La primera sucede cuando se agrega en el agua cristales de carbonato del calcio. En tanques de arrecife, la adición de cristales de carbonato de calcio será suficiente para iniciarla. Esta adición iniciará la precipitación del carbonato de calcio. La segunda causa es la sobresaturación por niveles inusualmente altos. Esto se puede causar por una elevación en el pH, un aumento de la temperatura, o más obviamente, adición de calcio o alcalinidad. Los corales utilizan una combinación de estas dos situaciones para precipitar el carbonato de calcio en sus esqueletos. Cuando se inicia la precipitación en el agua generalmente de detiene en forma inmediata por una serie de reacciones. La más importante es la sobresaturación de magnesio en la superficie que evita precipitaciones adicionales, formando carbonato con el magnesio. La razón es que el magnesio forma un ion par, con los iones del carbonato, de tal manera que reduce su concentración libre, haciendo la precipitación menos probable, y esta es la razón, que cuando el magnesio esta bajo, el carbonato que queda libre y precipita al calcio, disminuyendo los niveles de de calcio que solo se corregirán agregando magnesio. El fosfato tiene una acción muy parecida inhibiendo la precipitación. Y puede llegar a ser más importante que en el océano ya que el fosfato se eleva más en los tanques. Las moléculas orgánicas disueltas pueden también adsorberse en la superficie de los cristales e inhibir la precipitación adicional del carbonato de calcio.
Una vez más este proceso puede ser mucho más importante en tanques de arrecife donde los niveles orgánicos están mucho mas altos que en el océano.

Alcalinidad

La alcalinidad es en realidad una medida química de cuanto ácido se necesita para bajar el pH. Es decir, cuánto ácido se requiere para bajar el pH al punto donde uno ha agregado la cantidad de ácido suficiente para convertir todo el bicarbonato (HCO3 -) a ácido carbónico (H2CO3). Lo más importante en este contexto es que el carbonato es convertido en bicarbonato (a) y el bicarbonato a ácido carbónico (b).
a) H+ + CO3- - à HCO3 - b) H+ + HCO3- à H2CO3
Tanto el carbonato como el bicarbonato contribuyen a la alcalinidad, siendo el 90 de de bicarbonato y 7%, el carbonato y otros que están en porcentajes mucho más pequeños para completar el 100%. En tanques de arrecife, el pH puede diferir del agua de mar normal 8.2; y en los acuarios va de típicamente de pH 7.8 a pH 8.6). El objetivo de mantener la alcalinidad es que los organismos construyen sus esqueletos de carbonato de calcio, consumen con eficacia el calcio y el carbonato de la columna del agua. No témenos manera de medir el bicarbonato que usan los corales. La alcalinidad que medimos es la suma de todos los carbonatos, es fácil, y funciona como medida sustituta para el carbonato y el bicarbonato.

Calcio

El calcio es uno de los iones principales en agua de mar normal cerca de 410 PPM. Y aunque es mas simple de entender que la alcalinidad, tiene alguna complejidad. El calcio también forma un ion par con el carbonato y el bicarbonato. Éstos abarcan una fracción pequeña del calcio total, pero abarcan una porción bastante grande del carbonato total (junto con el magnesio, cerca de dos terceras del carbonato total). Este ion par baja la concentración del carbonato libre, de tal modo ayudan a inhibir la precipitación del carbonato de calcio. En el agua de mar superficial, el carbonato de calcio esta sobresaturado Es decir, hay más en la solución intentando disolver el CaCO3 sólido en el agua. También significa que el calcio y el carbonato están nivelados para precipitarlos en cualquier momento. La mayoría de los iones de calcio en agua de mar son iones libres, pero algunos de ellos están ligados especialmente sulfato, formando el CaSSO4.

Habiendo explicado brevemente lo anterior es muy fácil entender que cuando se desequilibran los niveles de calcio y alcalinidad, puede precipitarse el carbonato de calcio y depende de que agreguemos, si es por adicción de aditivos de alcalinidad, resultara en una disminución del calcio y viceversa, si aditamos calcio bajaremos la alcalinidad, ya que al adicionar cualquiera de estos aditivos, rompemos el equilibrio y se inicia la precipitación. Explicado de otra manera, al agregar más de uno que del otro, rompemos el equilibrio y van a existir mas iones libres de lo que hayamos aditado, que se precipitaran con los iones de del otro, disminuyendo su concentración. Es por eso que debemos agregar los aditivos correctamente o podemos llevar al tanque a una
Catástrofe. De tal forma intentando corregir un desequilibrio entre el calcio y la alcalinidad podemos causar otro mayor. De manera que si intentamos corregir un problema de calcio y alcalinidad con el aditivo incorrecto podemos causar un desastre en el tanque, provocando gran estrés a los inquilinos. Entendiendo la relación entre el Calcio y la alcalinidad y como se puede romper el equilibrio, podemos deducir que se pueden presentar 4 diferentes formas de desequilibrio, de los cuales describiremos por separado, tanto su causa, como solucionarla. De cualquier forma la mayoría de las veces un tanque específico solo tiene un problema a la vez, y solo se podrá aplicar la solución específica. Y antes de empezar es importante entender correctamente las pruebas de Ca. y alcalinidad, ya que siempre hay incertidumbre y se comenten errores en la lectura o interpretación de las pruebas, los errores pueden ser de quien las practica o del kit de prueba, cuando detectemos un problema, es importante ratificarlo haciendo la prueba con un kit diferente, para evitar que una deficiente medidas nos lleve a intentar un gran corrección que en realidad no existía y podemos causar un caos. Así que resumiendo este párrafo, diremos que antes de hacer una gran corrección en la química, debemos confirmar la lectura con un kilt de otra marca.

El primer paso es conocer los rangos óptimos de cada uno de los dos:

Alcalinidad:
2.5 - 4 meq/L ó 7 - 11 dKH ó 125 - 200 ppm CaCO3 equivalentes

Calcio:
380 – 450 ppm Ion calcio o 950 - 1125 ppm CaCO3 equivalentes

Si los parámetros están dentro de estos rangos para ambos, el equilibrio es adecuado. Tenemos que saber que situaciones si representan desequilibrio de esta relación calcio- alcalinidad, para detectarlo y corregirlos. En este sentido no hay diferencia cuado existe relación entre los dos valores. Si la alcalinidad es 4 meq/L, no hay nada mejor que el calcio este entre 380 ppm a 450 ppm. Estos rangos son especialmente arbitrarios en los valores más altos del rango. De hecho la razón primaria para tenerlos mas alto a todos es que a menudo es difícil mantener el rango mínimo si el otro esta en lo mas alto. Así que si uno de los parámetros esta levemente arriba de lo mas alto y el otro esta bien no hay problema de que preocuparse. Una de las razones que puedes encontrar para ajustar los valores aun dentro de rangos recomendados (o fuera pero cerca) esta relacionado con errores del kit. Todas las mediciones de calcio y alcalinidad están asociadas a algún grado de incertidumbre en ellas. Si la prueba es confiable en uno de los parámetros, y usted esta en el centro del rango es difícil creer que el otro este fuera del rango y esto puede ser por incertidumbre de la prueba. Esta observación es especialmente importante para los rangos mas bajo l y no tan importante para lo mas alto del rango.
Si su tanque cae fuera de estos rangos para uno o ambos parámetros de la medición, entonces necesitas hacer la corrección de esta medida dependiendo de la relación entre ambos.
Y es este el aspecto que causa problemas en los acuaristas en el mantenimiento del calcio y la alcalinidad.

Observemos primero cómo se consumen en el tanque el calcio y la alcalinidad.

El calcio es consumido en gran parte por la formación de carbonato de calcio. Esto sucede biológicamente en los corales, el alga coralina, moluscos y una variedad de otros organismos. Y esto sucede también abioticamente, en partes como los calentadores, cabezas de poder y bombas. En un tanque de arrecife con organismos de rápida calcificación, este efecto predomina sobre cualquier otro mecanismo de exportación del calcio, y ninguno otro necesita ser considerados para este propósito.

La Alcaliniadad: tal como fue señalado, para nuestros propósitos abarca bicarbonato y carbonato. La gran mayoría de la depleción de la alcalinidad en casi en todos los tanques es alrededor de la precipitación de carbonato de calcio, tal como se describió anteriormente. En este proceso la alcalinidad es depletada en 1 meq/L, y la depleción del calcio será de 20 ppm. Hay otros procesos que pueden depletar la alcalinidad, incluyen el ciclo parcial del nitrógeno (proveniente de compuestos orgánicos a nitrato) y la incorporación de magnesio hacia el carbonato de calcio, pero en general son mucho menos importantes que la calcificación. Consecuentemente la depleción de la alcalinidad en la mayoría de los tanques (a corto Plazo) esta unida firmemente al agotamiento de calcio, y si uno suple calcio y alcalinidad en proporciones iguales a las que se están consumiendo, es MUCHO menos probable que el calcio y alcalinidad queden en desequilibrio y que sea más difícil corregir.

1- El primer desequilibrio que podemos encontrar y es sumamente frecuente, principalmente en acuarios con mínimos cambios de agua, son el resultado del consumo de ambos elementos en el tanque, los corales agregaran calcio y alcalinidad a sus esqueleto y depletarán los iones disueltos hasta disminuir la concertación de ambos, en la medición encontraremos tanto al Calcio como a la alcalinidad, por abajo del rango normal. Si no lo corregimos los corales dejaran de crecer. La corrección es muy simple, debemos agregar en forma balanceada calcio y alcalinidad, y encontraremos una gama importante de productos comerciales de dos partes, los cuales debemos agregar hasta que los niveles lleguen a los rangos normales, podemos acelerar esto haciendo simultáneamente un cambio parcial de agua.

2-La segunda condición es la moneda contraria o sea que con el test encontraremos ambos parámetros por arriba de los valores normales, el problema es infrecuente, pero fácil de corregir. En esta situación dejando el tanque solo, el problema se corregirá por si mismo, dejando de adicionar aditivos hasta que los valores se normalicen y entonces adicionar en forma balanceada los aditivos nuevamente.

3- El tercer problema que podemos encontrar es el calcio bajo y la alcalinidad alta, son sumamente comunes y son un poco más complejo de corregir. Estos problemas se causan típicamente por sobredosis de alcalinidad en relación al calcio, e implica que el calcio casi siempre este muy bajo y la alcalinidad alta. Para corregirlos es especialmente importante, la monitorización de los valores de calcio y alcalinidad durante la corrección. Muchos tanques llegan aquí por que el acuarista trata de corregir problemas del pH o intentando subir la alcalinidad, adicionando buffer. En realidad no debe intentarse corregir ningún problema de pH por la simple adición de suplementos de alcalinidad. Si el tanque esta bajo en alcalinidad es correcto su uso para elevar la alcalinidad. Pero si la alcalinidad esta OK, o aun alta, si agregamos mas alcalinidad para modificar el pH, puedes ocasionar un problema peor, precipitando al calcio. Las soluciones para los problemas de pH no son discutidos en este artículo. En mi experiencia otra condición que nos lleva este punto es un ajuste incorrecto del reactor de calcio, de tal forma que adicione mas alcalinidad que calcio o bien que se agoto el sustrato.
Cuando el problema es extremo entonces los cambios de agua pueden ser el mejor camino para corregir el problema de calcio bajo, sin embargo no siempre son necesarios los cambios de agua.
Puedes hacer la corrección del problema con la adición de suplemento de cloruro de calcio hasta que los niveles de calcio se normalicen.
Casi cualquier marca de cloruro puede hacer esto (Kent Turbo Calcium, Kent Liquid Calcium, ESV, etc.). En realidad casi cualquier suplemento de cloruro de calcio puede ser correcto (tales como componentes de dos partes calcio alcalinidad, pero no debes agregar ninguna alcalinidad). Tú NO DEBES USAR kalwaser (limewate) o reactor de calcio/alcalinidad para corregir este problema. Casi cualquier de aditivos calcio te moverán paralelamente hacia el valor normal.

4-La última condición donde hay problemas de la relación es la contraria a la anterior, y son algo mas complicado de corregir. Típicamente son causados por sobre dosis de calcio RELATIVO a la alcalinidad, y casi siempre la alcalinidad esta muy baja. Para la corrección de estos problemas es de especial importancia la monitorización frecuente. Si el problema es extremo los cambios de agua son el camino más fácil para corregir el problema. Si embargo en la mayoría de los casos los cambios no son necesarios. Si la alcalinidad fuera menor de 4 meq/L (11 dKH; situación muy común), puedes contemplar que la corrección de este problema es por la adicción de suplemento de alcalinidad hasta que te hayas movido hacia lo normal. Para sistemas con un pH de 8.2 o más alto el bicarbonato de sodio es una buena elección. Para sistemas con u pH mas bajo de 8.2, una buena elección es carbonato de sodio, aunque usando carbonato de sodio para correcciones grandes el pH puede elevarse hasta 8.5 o mas.
Para calcular cuanto agregar, a continuación hay algunas guías.
Bicarbonato de sodio: Para elevar 1 meq/L en 50 galones, requieres cerca de 16 gr. de bicarbonato de sodio o carbonato de hidrogeno puro. Ya que el nivel de una cuchara de te, es menos de 6 gramos, esta cantidad elevara la alcalinidad en ~0.4 meq/L (~1 dKH) en 50 galones.
Carbonato de calcio:
Para elevar 1 meq/L en 50 galones, requieres cerca de 10 gramos de carbonato de calcio. Ya que el nivel de una cuchara de te, es menos de 6 gramos, esta cantidad elevara la alcalinidad en 50 galones en ~0.6 meq/L (~1.7 dKH). Una nota especial sobre el carbonato de calcio, algunas marcas contienen surfactante. Los acuaristas que lo useneste producto pueden convertir su tanque en un baño de burbujas.
Hay muchas marcas comerciales de suplementos de alcalinidad para este propósito, no se debe agregar ningún suplemento de calcio mientras se corrige. En general, no usar los que contengan borato. El componente de alcalinidad de los sistemas aditivos bipartitas de calcio y de alcalinidad sería ACEPTABLE. Usted NO DEBE utilizar el limewater o un reactor calcio-carbonato/ CO2 para corregir este problema. Si la alcalinidad es más de 4 meq/L (dKH 11; una situación infrecuente), entonces usted puede con seguridad intentar cualquiera, o no hacer nada hasta que baje y entonces necesita agregar más alcalinidad, o tratar según lo sugerido en los dos párrafos anteriores, o usted puede agregar una cierta alcalinidad.

El artículo enfatiza que el mejor camino de evitar dichos problemas, es utilizando aditivos balanceados de calcio y alcalinidad. El uso de estos aditivos podrá eliminarse la mayoría de los problemas y se recomienda su uso. Justo como en muchas otras situaciones del esfuerzo humano, la manera más fácil de solucionar los problemas de la química del tanque en primer lugar es evitar que sucedan. Eso puede sonar trivial, pero hay maneras de mantener los tanques, en que substancialmente requieran pocas mediciones de calcio y de alcalinidad, que son necesarias con otros esquemas de adición de suplementos. Es decir, los únicos problemas que usted encontrará están son el 1 y 2 (si añadió poco o demasiado de estos aditivos). Usando un esquema equilibrado, usted no debe terminar nunca en los problemas 3 y 4, donde hay substanciales desequilibrios entre el calcio y la alcalinidad. Estoy diciendo que usar métodos apropiados, puede reducir considerablemente las probabilidad de tener problemas químicos, y de tal modo en la frecuencia de mediciones. Además, la sobré dosificación de aditivos equilibrados, típicamente parece dar simplemente lugar a un aumento en la cantidad de carbonato de calcio que se esté precipitando en el tanque, y no conducir a aumentos substanciales en calcio disuelto y alcalinidad. Esta afortunada circunstancia esta relacionada en gran parte debido a la sobresaturación del carbonato de calcio en los tanques de arrecife. Hay muchas maneras de agregar el calcio y alcalinidad a los tanques, de modo que se balancean al adicionarlos.
Estas incluyen kalkwasser, reactores de calcio/alcalinidad/CO2, Aditivos de calcio alcalinidad de dos partes (B-ionic, C-balance, Kent Tech CB, etc.), y una pequeña selección de aditivos de una parte tales como el acetato de calcio. Yo recomiendo fuertemente que adopte alguna de ellas en el mantenimiento rutinario de su tanque, y entonces nunca agregue cualquier otra fuente del calcio o de alcalinidad a menos que esté seguro de que lo necesita.

Si usted elige agregar kalkwasser, pero encuentra para sustituir el total de agua evaporada, y no llena absolutamente la demanda de la calcificación, usted puede aumentar su capacidad agregando vinagre a la solución para incrementar la solubilidad del hidróxido de calcio.

Resumen
Espero mi experiencia e investigación del tema, se útil y entienda y controle los diversos tipos de problemas de calcio y la alcalinidad encontrados por los aficionados al arrecife. Una vez que usted consiga que el calcio y la alcalinidad estén bajo control, usted esta avanzado en el largo del camino para tener la química del tanque óptima, para sus habitantes.

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