La Conducibilità elettrica (anche detta Conduttanza elettrica; simbolo G) di un corpo misura la facilità con cui delle cariche elettriche riescono a scorrere
da una estremità all'altra dello stesso in presenza di una tensione elettrica (differenza di potenziale elettrico) applicata tra le sue due estremità.
Di seguito tralasceremo il termine Conduttanza ed utilizzeremo quello equivalente e per noi più familiare di Conducibilità elettrica.
Inoltre, per brevità, ometteremo il termine “elettrica” indicando quindi la Conducibilità elettrica (e le altre grandezze elettriche in esame) semplicemente come Conducibilità (o altra grandezza).
Definizione di Conducibilità e di Conduttività
La definizione fisica della Conducibilità (G) di un dato corpo è la seguente:
G= γ * S/l (dove γ= conduttività, l= lunghezza in metri ed S= sezione in metri2) 1)
Ovvero, la formula sopra ci dice che la Conducibilità di un corpo è direttamente proporzionale alla Sezione dello stesso ed inversamente proporzionale alla sua Lunghezza.
Il parametro “γ” esprime questa proporzionalità, che dipende solo dalle caratteristiche intrinseche del materiale in esame.
Fissato il materiale quindi γ non varia più e diventa una costante.
In questa circostanza si dice che γ rappresenta la costante di proporzionalità nella formula della Conducibilità del corpo in esame.
In particolare si ha che:
γ viene definita “Conducibilità specifica”, o più semplicemente “Conduttività” dello specifico materiale in oggetto.
La Conducibilità di un corpo quindi dipende sia dalle caratteristiche geometriche del corpo che dalla Conduttività del materiale che lo costituisce.
La Conduttività, al fine di non dipendere più da parametri dimensionali quali lunghezza o superficie, ma solo dalle caratteristiche del materiale a cui ci si riferisce, viene espressa per unità di dimensione.
Riassumendo possiamo quindi dire che la differenza tra Conducibilità e Conduttività è la seguente:
• Conducibilità:
Ci informa circa la facilità di trasmissione elettrica di un corpo (legate sia alla forma/dimensioni del corpo che alle caratteristiche intrinseche del materiale di cui è fatto)
• Conduttività:
Ci informa circa la facilità di trasmissione elettrica di un materiale (legate quindi solo alle caratteristiche intrinseche di questo materiale).
Dipendenza della Conduttività e della Conducibilità dalla temperatura
Poiché le caratteristiche intrinseche di un materiale variano al variare della temperatura, si ha che questa ultima rappresenta un parametro di cui dobbiamo tenere conto riguardo la Conduttività.
Generalmente sono disponibili delle tabelle di Conduttività dei materiali, che forniscono per ogni materiale i valori di Conduttività calcolati a varie temperature.
Oppure forniscono per ogni materiale un valore di Conduttività calcolato ad una temperatura fissata (generalmente 20 °C) ed un coefficiente di variazione con la temperature per permettere di calcolare la Conduttività a qualsiasi temperatura.
Variando la Conduttività dei materiali in funzione della temperatura si evince che anche la Conducibilità di un corpo è funzione della temperature, perché lo è la Conduttività del materiale che lo costituisce.
Unità di misura
L’ unità di misura della Conducibilità sono i Siemens (S).
Un Siemens rappresenta la Conducibilità di un corpo che, sotto l’effetto di una tensione applicata di 1 volt lascia fluire al suo interno una corrente di 1 ampere.
L’ unità di misura della Conduttività sono i Siemens su metro (S/m)
Molto spesso si incontrano dei sottomultipli di queste quantità; e cioè i micro Siemens (µS) ed i micro Siemens su centimetro (µS/cm)
Esempio:
Conducibilità di un cilindro di Rame (Cu) di sezione pari a 1 cm2 e di lunghezza pari ad 1 metro alla temperature di 20 °C.
Sapendo che la Conduttività del Rame a 20 °C è pari a: 5.96 * 107 S/m
Dalla formula (G= γ * S/l) si ricava:
G = 5.96 * 107 [S/m] * 10-4 [m2] / 1 [m] => 5.96*107 * 10-4 [S][m2]/[m2]
G = 5.96*103 Siemens
Questo é dunque un esempio relativo ad un materiale solido.
Ma come cambiano le cose quando ci si riferisce all'acqua?
Vediamolo subito
Conducibilità e Conduttività dell'acqua
La definizione fisica della Conducibilità ovviamente vale anche per un corpo composto di acqua.
Generalmente però, poiché l’acqua non ha una forma ben definita, e poiché non si ha interesse ad utilizzare come conduttore un corpo d’acqua, non vi è grande interesse a calcolare tout-cours la Conducibilità di un corpo costituito da acqua ed avente una certa forma (quella del recipiente che la contiene).
Viceversa, poiché l’acqua ha un valore di Conduttività estremamente variabile in funzione delle sostanze in essa disciolte e poiché’ questo risulta molto importante per la vita degli organismi acquatici, risulta molto interessante ed importante misurare la Conduttività dell’acqua in quanto tale.
Non è interessante cioè calcolare la Conducibilità di tutta una piscina o di tutto un acquario pieni d’acqua, ma lo è misurare la Conduttività (Conducibilità specifica) dell’acqua che le riempie.
Vediamo quindi cosa influenza la Conduttività di un campione d’ acqua
Conduttività, elettroliti forti e deboli, composti non ionici
Poichè la Conduttività è una grandezza elettrica va rimarcato come ciò che la influenza non sono semplicemente le sostanze in grado di sciogliersi in acqua, bensì le sostanze in grado, una volta disciolte, di venire ionizzate e di trasportare conseguentemente cariche elettriche.
Sono gli ioni (cationi ed anioni) infatti i portatori di cariche (positive e negative rispettivamente) in grado di muoversi sotto l’effetto di un campo elettrico applicato (differenza di potenziale) generando corrente elettrica.
Queste sostanze vengono definite “elettroliti”.
La Conduttivita quindi, riflette il contenuto di elettroliti in acqua e può informarci circa la loro concentrazione.
In dipendenza anche dalla tipologia di elettrolita disciolto.
Ogni elettrolita in acqua infatti si dissocia in ioni in misura diversa in funzione delle proprie caratteristiche chimico-fisiche.
Ovviamente quanto maggiore sarà la ionizzazione, tante più cariche elettriche (ioni) ci saranno in soluzione e maggiore sarà la Conduttività.
Possiamo quindi distinguere in Elettroliti forti che si dissociano totalmente in ioni ed influenzano fortemente la Conduttività (ad esempio i Sali) ed Elettroliti deboli che non si dissociano totalmente in ioni ed hanno una minore influenza sulla Conduttività (ad esempio gli acidi organici).
Ci sono poi dei composti che, pur sciogliendosi in acqua, non si ionizzano per nulla (ad esempio gli zuccheri).
Questi composti, pur aumentando la densità dell’acqua, non ne alterano la Conduttivita in quanto non generano cariche elettriche disciolte in grado di trasportare corrente.
Il caso per noi ideale è generalmente rappresentato da acqua in cui tutte le sostanze disciolte sono dei Sali (elettroliti forti) e non vi sono (o sono presenti in maniera trascurabile) sostanze parzialmente o per nulla ionizzate quali acidi organici o zuccheri.
In questa situazione misurare la Conduttività acquista la sua massima efficacia e riflette con la maggiore accuratezza possibile il contenuto totale di Sali disciolti in acqua e, di conseguenza, di minerali a disposizione degli organismi acquatici.
Vediamo quindi di addentrarci nel concetto.
Valori di riferimento per la Conduttività
La Conduttività elettrica dell’acqua ultra pura è 5.5*10−6 S/m (ovvero 0.055 µS/cm), dovuta interamente al contributo degli ioni H+ ed OH- prodotti naturalmente dalla dissociazione della molecola di acqua in condizioni di equilibrio.
Questo soltanto in condizioni ideali, mentre l’acqua ultrapura in equilibrio con l’atmosfera ha una Conduttività di 7.5 × 10−5 S/m (ovvero 0.75 µS/cm) dovuta alla CO2 atmosferica disciolta in essa.
In generale però l’acqua non si presenta ultrapura, ma contiene sempre disciolti degli elettroliti che ne innalzano la Conduttività.
L’acqua è infatti un ottimo solvente e riesce a disciogliere elettroliti dai materiali con cui viene in contatto.
Le acque superficiali quindi possono presentare i valori più disparati di Conduttività, fino ad arrivare al valore di Conduttività dell’acqua di mare che è di circa 5 S/m (ovvero 50000 µS/cm)
Le acque dolci generalmente registrano valori che vanno da poche decine di µS/cm (ambienti di acqua tenera) fino a circa 1000-2000 µS/cm (acque molto dure).
Le acque salmastre ovviamente coprono tutto l’ intervallo di valori che va dalle acque dure all’ acqua marina.
A fronte di questa possibile variabilità risulta allora indispensabile misurare regolarmente la Conduttività del nostro campione d’ acqua.
Vediamo come.
Misura della Conduttività; il Conduttivimetro
La misura della Conduttività si ottiene dalla relazione generale della Conducibilità (G= γ * S/l), risolta in funzione della Conduttività (γ = G * l/S), con l'utilizzo, negli strumenti più semplici, di un tipo particolare di Amperometro (misuratore di corrente).
Questo tipo particolare di Amperometro che misura la Conduttività viene chiamato per l'appunto Conduttivimetro (o, spesso, più brevemente ma in maniera impropria, Conduttimetro).
Questo strumento è dotato di due elettrodi metallici, posti ad una distanza reciproca nota (idealmente 1 centimetro) e di superficie nota (idealmente 1 cm2), che vengono immersi nel campione d'acqua da misurare.
Si applica quindi tensione tra i due elettrodi e si misura lo scorrere della corrente tra di essi attraverso l'acqua che li separa.
Conoscendo la tensione che lo stesso strumento ha applicato e misurata la corrente circolante, viene ricavata la Conducibilità tra i due elettrodi; ovvero la Conducibilità del campione di acqua che li separa.
Viene quindi applicata la relazione sopra citata per ricavare la Conduttività (γ = G * l/S).
A quel punto lo strumento effettua le dovute correzioni dovute alla temperatura e restituisce il valore in microSiemens su centimetro.
La scelta e l’utilizzo del Conduttivimetro
Va detto che i Conduttivimetri per l’acqua potabile sono strumenti piuttosto semplici ed oggigiorno molto economici.
Naturalmente ve ne sono anche di molto sofisticati (e costosi) adatti al laboratorio, ma per l’utilizzo a noi necessario non è necessario spendere grosse cifre.
Prima di procedere all’acquisto sarebbe bene assicurarsi che sia uno strumento dotato di capacità di correzione della temperatura (preferibilmente automatica, denominata ATC = Automatic Temperature Compensation) e di un punto di calibrazione facilmente accessibile (generalmente una vite/trimmer operabile con un piccolo cacciavite).
Associata al Conduttivimetro vi è generalmente un flacone contenente il liquido di calibrazione.
Questo liquido possiede una Conduttività nota e dichiarata a varie temperature (es. 1278 μS (20°C) o 1413 μS (25°C).
Per la calibrazione bisogna misurare la temperatura del liquido di calibrazione facendo attenzione a non inquinarlo (alternativamente si può misurare la temperatura della stanza nella quale il liquido si trova, supponendo che vi si trovi abbastanza a lungo da esserne in equilibrio termico (stessa temperatura).
A questo punto si può ricavare dai dati la Conduttività della soluzione di calibrazione a quella temperatura.
Si immergere quindi nella soluzione la sonda/punta del Conduttivimetro e si regola la vite di calibrazione finchè la lettura dello strumento è stabilmente pari al valore definito in precedenza.
Si può quindi ritirare lo strumento ed adoperarlo per le misurazioni in vasca.
Durante la taratura lo strumento provvederà a costruire e memorizzare automaticamente la cosiddetta “retta di taratura” passante dallo zero (lettura a vuoto) al valore del liquido di calibrazione ed userà questa per misurare i valori intermedi ed estrapolare quelli superiori.
Qualora non si disponesse di un Conduttivimetro dotato di circuito ATC oppure non si avessero i dati necessari al calcolo da parte del produttore della soluzione di calibrazione si dovrebbe procedere diversamente.
In ogni caso la soluzione di calibrazione fornirà un valore di
Da evidenziare alcune cose:
• Scelta della soluzione di calibrazione
Poichè esistono in commercio varie soluzioni di calibrazione a diverse Conduttività è bene sceglierne una avente Conduttività paragonabile a quella attesa dall’ acqua che si vuole misurare.
In alternativa sceglierne una con Conduttività che si trovi orientativamente a 2/3 del valore massimo misurabile dallo strumento
• Conservazione della soluzione di calibrazione
Poichè queste soluzioni non sono tamponate (a differenza delle soluzioni a pH noto non esiste un tampone per la Conduttività) è bene mantenerle ben chiuse per evitare contaminazioni ed evaporazioni.
Analogamente non è conveniente inserire per la taratura il Conduttivimetro all interno del flacone del liquido di calibrazione, poichè facilmente lo si potrebbe contaminare modificandone la Conduttività.
È invece corretto prelevarne una porzione tramite un piccolo recipiente perfettamente pulito (sciaquato con acqua demineralizzata ed asciugato), effettuare la taratura dello strumento e scartare la porzione di liquido utilizzata.
In fondo il Conduttivimetro è uno strumento piuttosto stabile (a differenza dei pHmetri) e la taratura non va ripetuta frequentemente.
Esistono anche delle bustine monouso contenenti il liquido di calibrazione.
• Pulizia degli elettrodi del conduttivimetro
È bene pulire gli elettrodi dello strumento dopo ogni misurazione con acqua demineralizzata e riporlo quindi il più possibile asciutto nel suo astuccio.
• Corretta esecuzione della misura
Come per tutte le misurazioni elettriche (ad esempio il pH) è bene misurare l’acqua non direttamente in vasca, ma in un piccolo contenitore separato.
Per via degli apparecchi elettrici presenti, in vasca sono spesso presenti tensioni e relative correnti che possono rendere instabile o furviare la misura.
Compresa quindi la natura della Conduttività vediamo allora come questa caratteristica può esserci utile nella coltivazione delle piante in acquario o in acquacoltura.
Utilità della misura della Conduttività dell’acqua
Abbiamo visto che maggiore è la quantità di sali disciolti in acqua, maggiore sarà la concentrazione di ioni (ovvero di cariche eletriche) in essa e maggiore sarà quindi la sua Conduttività.
Il Conduttivimetro in particolare misura la carica elettrica che scorre tra i suoi due elettrodi (corrente), ma non è in grado di distinguere tra i diversi contribuenti (ioni) alla corrente o quantificare il relativo contributo.
Ad esempio il Conduttivimetro non sarà in grado di discernere la quota parte di corrente trasportata da degli ioni Sodio da quella trasportata da degli ioni Potassio in un’acqua che li contenga entrambi.
Tutto quello che lui vedrà e misurerà è una quantità di corrente più o meno elevata.
Non potendo pero' discernere quali ioni ne sono responsabili ed in che quantita' sono presenti.
Ecco che il valore misurato di Conduttività ci informa quindi circa il contenuto salino totale dell'acqua in esame senza nulla però poterci dire circa il suo bilanciamento ionico (tipo e quantità dei singoli ioni presenti).
La misura della Conduttività quindi ci fornisce un dato quantitativo e non qualitativo.
Volendo conoscere le concentrazioni dei singoli ioni bisogna necessariamente rivolgersi ad analisi di tipologia diversa, quali ad esempio le analisi colorimetriche con fotometro.
La Conduttività (ed il correlato contenuto ionico totale) è comunque un parametro importante ed utile poichè la valenza biologica dell’acqua dipende certamente dalla concentrazione parziale dei differenti ioni disciolti, ma anche dalla loro quantità totale.
Per gli organismi che traggono il loro sostentamento dalle sostanze nutritive minerali disciolte in acqua è cioè importante avere a disposizione tutte le necessarie specie chimiche nella giusta proporzione, ma è altresì importante che tutte queste siano presenti in una certa quantità totale.
Variabile questa tra il minimo necessario ed il massimo tollerabile tipici di ogni specie
Conduttivimetro, quantità di Sali disciolti e misuratore di TDS
Abbiamo visto che la Conduttività è una grandezza elettrica proporzionale alla quantità totale di elettroliti in soluzione e direttamente (e facilmente) misurabile.
Ci si può chiedere allora se esiste una relazione che ci possa permettere, a partire dalla misura di Conduttività in µS/cm, di derivare la quantità totale di sali disciolti, in una unità di misura di concentrazione quale i mg/l.
Insomma come si correla una grandezza elettrica (µS/cm) con una quantità di sali disciolti (mg/l opp. ppm)?
A meno di conoscere la composizione dell'acqua, purtroppo male e solo con molta fantasia ed approssimazione.
Ed, ovviamente, se conoscessimo l’esatta composizione dell'acqua saremmo poco interessati a conoscerne la Conduttività, perche’ avremmo gia informazioni ben più utili e dettagliate.
Un circolo vizioso insomma. Come si risolve?
Sappiamo che gli ioni che in acqua fungono da trasportatori di carica sotto l'influsso di una tensione applicata provengono dallo solvatazione (scioglimento in acqua) di un qualche sale.
Quale sale però?
È facile pensare che non tutti i sali e non tutti gli ioni siano uguali.
In particolare non tutti gli ioni conducono l'elettricità allo stesso modo e molto dipende dalla differente densità di carica posseduta dai differenti ioni.
Ovvero… a parità di carica elettrica posseduta, uno ione piccolo condurrà meglio (cioè si muoverà più facilmente e velocemente sotto l'influsso di un campo elettrico) di uno ione più grosso e pesante.
Così il Cloruro di Sodio condurrà di più del Cloruro di Potassio, poichè il Sodio (Na+) ha la stessa carica (unitaria) del Potassio (K+) ma, essendo più piccolo e leggero, subirà di più l'influsso di una tensione applicata.
Ecco allora che due soluzioni equimolari di Cloruro di Sodio e di Cloruro di Potassio avranno Conduttività diversa (la prima maggiore della seconda).
Analogamente per tutti gli altri sali poichè ogni sale ha un suo valore caratteristico di Conduttività per mole.
Ecco che quindi miscele di sali diversi (in quantia' e specie chimica) possono dar luogo alla stessa Conduttivita' e quindi, per convertire i µS/cm in ppm opp. in mg/l bisognerebbe conoscere esattamente, come già detto, la composizione ionica dell'acqua (quali ioni la compongono ed in che rapporti reciproci).
Cosa infattibile a priori.
Misura (stima) della quantità di Sali disciolti.; il misuratore di TDS
Osserviamo però che esistono comunque in commercio sia Conduttivimetri, che restituiscono un valore di µS/cm, che misuratori di sali disciolti (TDS, acronimo di Total Dissolved Solids), che restituiscono un valore in mg/l o ppm.
Ma come possono i misuratori di TDS conoscere la quantità di Sali disciolti?
I misuratori di TDS (Total Dissolved Solids – solidi totali disciolti) che danno il risultato in ppm (mg/l) in effetti... “barano”; effettuando una misura di Conduttività prima e poi convertendo il risultato in ppm o mg/l secondo delle unità di conversione memorizzate riferentisi ad un sale arbitrario (o ad un mix).
In particolare molto spesso sono tarati sul Cloruro di Sodio (inutile dire quanto questo sia inutile per i nostri scopi).
In questa situazione 100 µS/cm corrispondono a 48 ppm di Cloruro di Sodio (con un rapporto ppm/(µS/cm) di circa 0,48:1).
Ma possono essere tarati con delle altre soluzioni di riferimento.
Per esempio con una di Cloruro di Potassio o con un'altra, abbastanza comune e chiamata 442.
Quest'ultima cerca di simulare le acque potabili superficiali ed è costituita da una miscela di 40% di Bicarbonato di Sodio, 40% di Solfato di Sodio e 20% di Cloruro di Sodio.
Pur essendo quest' ultima la migliore miscela indicata in letteratura che si possa utilizzare, nel nostro caso anche questa non è altro in fondo che una grossa semplificazione.
Le acque naturali in effetti sono prevalentemente formate da mix di Bicarbonati, Solfati e Cloruri non solo di Sodio, ma bensì di Calcio, Magnesio e (secondariamente) di Sodio e Potassio.
Va detto comunque che bisogna pur usare qualcosa per la taratura di un misuratore di TDS ed in fondo ogni acqua è diversa dalle altre (e spesso anche da sè stessa al variare del tempo).
Si è insomma nella situazione impossibile descritta sopra in cui bisognerebbe eseguire la taratura con un'acqua dalla composizione chimica esattamente uguale a quella, incognita, che poi si andrà ad analizzare.
Tutto quanto detto finora per evidenziare i problemi relativi all'uso di questi strumenti (misuratori di TDS) e per dire come, per la misura della Conduttività, l’unica strada corretta sia quella di utilizzare l'unità di misura della stessa, e cioè il microSiemens su centimetro (µS/cm).
Questo per evitare confusioni.
Metodi di stima della quantita’ di solidi disciolti a partire dalla Conduttività
Dalla Conducibilità elettrica specifica, volendo, è possibile stimare (ma solo con una certa approssimazione) il contenuto in sali della nostra acqua usando una delle due relazioni sotto:
1) Equazione di Sonneveld: EC (µS/cm) = 95 Conc. + 0,19
dove Conc. rappresenta la concentrazione totale (in meq/L) dei cationi (Ca, Mg, K, Na, NH4), o
degli anioni (a scelta ed assumendo un’uguaglianza tra le due).
E quindi:
Conc. = [EC(µS/cm) – 0,19]/95
O più semplicemente la
2) Equazione di Sogni: EC (µS/cm) = 1,56 Conc.
dove Conc. rappresenta la concentrazione totale di Sali espressa in mg/L
E quindi:
Conc. = EC(µS/cm)/1,56 (con un rapporto ppm/[µS/cm] di 0,64/1) .
Anche con queste equazioni però non si è molto precisi.
Va ripetuto ancora che per conoscere la quantità di Sali disciolti a partire dalla conducibilità bisognerebbe conoscere la composizione ionica dell’acqua.
Ma, se si conoscesse in dettaglio la composizione chimica dell'acqua si avrebbe ben poco nteresse a conoscerne la Conduttività.
Ad ogni modo, conoscendo in dettaglio la composizione chimica dell'acqua si potrebbe conoscere la Conduttività anche calcolandola (anziche' misurarla).
Questo perche' esistono delle tabelle che quantificano l’influenza che ogni singolo ione ha sulla conducibilità.
Conoscendo la quantita' di ogni singolo ione presente quindi si potrebbe calcolare il contributo alla Conduttivita' apportato dai singoli ioni e quindi la Conduttivita' come somma delle Conduttivita' dei singoli ioni.
Inutile dire che queste considerazioni possono andare bene laddove si abbia a che fare con acqua dalla composizione certa e stabile in cui varia solo la concentrazione totale dei sali ma non le loro proporzioni (per esempio perchè soggetta ad evaporazione); ma le suddette considerazioni risultano di scarsa applicabilità in un acquario in cui costantemente si introduce o si toglie qualcosa cambiando i rapporti tra gli ioni.
Ancora una volta va quindi ribadito il concetto:
Dobbiamo essere noi a renderci garanti del corretto bilanciamento dell’acqua in partenza (parte prettamente qualitativa).
A quel punto la misurra di Conduttività ci fornirà le necessarie informazioni quantitative e ci aiuterà a verificare e mantenere (con le adeguate azioni correttive) il corretto bilanciamento nel tempo.
Vediamo allora quando e come la misura della Conduttività ci possa essere di aiuto nella conduzione di un acquario o di una vasca di coltivazione
Acqua di partenza incognita
Partendo da un’ acqua di partenza di cui non si conosce la composizione minerale la misura di Conduttività non ci dà indicazioni rilevanti.
Anche se ricavassimo il dato che la Conduttività si trova in un intervallo considerato in generale corretto, non potremmo comunque affermare che l’acqua in esame possa essere usata con successo in vasca per l’allevamento di organismi acquatici.
Questo perchè, non avendo indicazioni circa le quantità (e quindi anche i rapporti) tra le singole specie chimiche presenti, al valore di Conduttività rilevata potrebbe avere contribuito qualunque specie chimica.
In questa acqua ad esempio (estremizzando) potrebbe essere disciolta una sola specie chimica (ad esempio Cloruro di Sodio) ed alcuni ioni essenziali potrebbero mancare del tutto (ad Esempio il Potassio).
Cioè questa acqua, pur avendo una Conduttività ritenuta in generale corretta potrebbe essere totalmente sbilanciata dal punto di vista minerale ed assolutamente inadatta all’uso per i nostri scopi.
Generalmente non è questo il caso; ma questo esempio serve ad evidenziare il fatto che, partendo da un’acqua totalmente sconosciuta, non ci si può basare esclusivamente sulla misura della Conduttività (o della durezza totale e del pH ad esempio) per valutare la possibilità di utilizzo di questa acqua per i nostri scopi.
In questi casi è assolutamente indispensabile effettuare delle analisi qualitative e quantitative più approfondite per valutare il bilanciamento ionico dell’ acqua e le quantità dei singoli ioni indispensabili
Acqua di partenza ben bilanciata
In questo caso la misura della Conduttività può tornarci molto utile.
Come si sa le piante necessitano di avere a disposizione i nutrienti a loro necessari nelle quantità a loro necessarie e con rapporti tra le quantità dei singoli ioni piuttosto ben determinati.
È evidente allora che risulta molto diverso avere a che fare con un'acqua la cui conduttività è data in prevalenza da ioni addirittura potenzialmente dannosi per le piante (come gli ioni Sodio) piuttosto che con un'acqua avente una uguale conduttività ma costituita da un mix ben bilanciato di ioni importanti dal punto di vista nutrizionale (quali Calcio, Magnesio o Potassio).
Consideriamo allora un' acqua ben bilanciata che apporti gli elementi (ioni) indispensabili alle piante nei corretti rapporti quantitativi reciproci e nessun elemento dannoso.
Quest' acqua deve ovviamente anche apportare le quantità minime adeguate dei singoli ioni.
Questo pone un limite inferiore alla loro concentrazione al di sotto del quale le piante mancheranno delle quantità di nutrienti sufficienti a sostenere la propria crescita e la costruzione del proprio tessuto.
In queste condizioni la misura della conduttività, dandoci un'indicazione del numero totale di ioni presenti in soluzione, può quindi venirci in aiuto nel determinare se i nutrienti indispensabili siano presenti in adeguata quantità.
Viene innanzitutto spontaneo chiedersi se ci sia un valore ideale di Conduttività in acquario; ovvero se ci sia un intervallo ottimale all'interno del quale sia conveniente stare.
Supponendo quindi ancora di avere a che fare con un' acqua ben bilanciata possiamo dire che un limite sotto il quale è bene non scendere in acquario può essere considerato quello dei 250 µS/cm
Al di sotto, molto facilmente possono evidenziarsi fenomeni di carenza anche utilizzando buone soluzioni nutritive, semplicemente perchè le quantità presenti dei singoli ioni sono troppo esigue.
Il limite superiore non è invece perfettamente definibile e si potrebbe quasi essere portati a pensare che , avendo una buona soluzione nutritiva, più nutrienti si forniscono alle piante e meglio andranno le cose.
In realtà subentrano poi vari fattori (quali per esempio la pressione osmotica sulle membrane della pianta) che fanno sì che vi siano dei limiti superiori oltre i quali non è conveniente andare.
Con le piante d'acquario consigliamo di non eccedere gli 800 µS/cm
Sussistono quindi degli intervalli al di sotto ed al di sopra dei cui limiti la crescita delle piante non risulta ottimale.
Sotto il minimo le piante, pur fornite di una soluzione nutritiva bilanciata, vanno in carenza di elementi fondamentali.
Al di sopra crescono comunque male poichè non riescono ad assorbire e veicolare bene questi stessi elementi (come l'acqua stessa) al loro interno.
Con quantità alte di nutrienti inolte possono con più facilità presentarsi fenomeni di antagonismo tra singoli ioni comportanti limitazioni di assorbimento o utilizzo di alcuni di loro con conseguenti sintomi carenziali per le piante.
Orientativamente possiamo dire che, per esperienza, con soluzioni ben bilanciate, nella coltivazione delle piante in acquario un intervallo di Conduttività ottimale può essere considerato quello tra 400 e 600 µS/cm.
Alcune Considerazioni
Quanto valgono allora i limiti inferiori e superiori che abbiamo consigliato in precedenza?
È ovvio, come abbiamo già detto, che la composizione dell'acqua fa una grande differenza a tal proposito.
Acque pur molto diverse nella propria composizione possono anche avere uguale conduttività, in funzione della quantità totale di sali disciolti.
Ecco allora che coltivare delle piante in un'acqua sbilanciata (per esempio perchè particolarmente povera di Calcio e ricca di Sodio) può fare sì che si verifichino sintomi di carenza di qualche elemento (nel nostro caso il Calcio) nonostante una conduttività non bassa.
Possono all' opposto presentarsi problemi legati all'eccesso di altri elementi (nel nostro caso il Sodio) anche a conducibilità non alte.
In questo caso la nostra indicazione relativa all' intervallo ottimale di Conduttività (250 – 800 µS/cm) perde molto del suo significato.
In questo deve essere il coltivatore ad accertarsi innanzitutto di fornire in partenza una soluzione nutritiva (acqua) bilanciata al meglio e successivamente di monitorarla tramite la misura della Conduttività.
In presenza di un' acqua dalla composizione costante ed equilibrata (come può essere quella ricostruita con un buon mix di sali a partire da acqua demineralizzata) la misura di Conduttività invece diventa una pratica importantissima, in grado di fornirci preziose indicazioni.
In grado ad esempio di permetterci la ricostruzione e la fertilizzazione dell'acqua demineralizzata partendo da mix di sali noti senza dovere misurare le quantità dei singoli ioni introdotti.
Vediamo quindi più in dettaglio come usare la misura di Conduttività per i nostri scopi.
Analizziamo quindi in un corretto ordine temporale i passi necessari ad un corretto mantenimento dei vegetali in vasca.
Come valutare l'efficienza dell'impianto di demineralizzazione
Per assicurarsi un buon equilibrio ionico nell' acqua di coltura l'unica strada che possa dare dei risultati certi e riproducibili prevede la partenza da acqua demineralizzata e la sua successiva reintegrazione con un mix bilanciato di sali.
Partendo dunque da acqua demineralizzata, tramite osmosi inversa o (meglio ancora) resine a letto misto, sorge il problema di controllare il perfetto funzionamento dei demineralizzatori.
La misura della conduttività è quello che ci garantisce a questo riguardo.
Risulta necessario quindi controllare la conduttività dell'acqua prodotta, assicurandosi che sia il più bassa possibile (idealmente zero, ma realisticamente sotto 20 µS/cm ed in ogni caso non sopra i 50).
Se non è così vorrà dire che ci sono dei problemi con il nostro impianto.
Negli impianti demineralizzatori a resine dovremo quindi generalmente provvedere a rigenerare le resine.
Negli impianti ad Osmosi inversa invece dovremo probabilmente sostituire la membrana osmotica o verificare la tenuta delle guarnizioni (o-ring) e la corretta pressione dell'acqua in ingresso.
Come scegliere una miscela di sali ricostruttori
Partendo da una acqua demineralizzata bisogna affrontare adesso il passo successivo che è quello della ricostituzione ottimale del suo contenuto salino.
Idealmente un'acqua in cui si coltivano delle piante acquatiche deve fornire tutti gli elementi necessari in quantità adeguate e bilanciate.
In particolare deve apportare di base una quantità opportuna di Calcio e Magnesio.
Quando abbiamo discusso circa l'intervallo di conduttività ideale abbiamo detto che deve essere sufficientemente alta da poter garantire un adeguato apporto di sostanze nutritive ma non troppo da creare problemi (osmotici ma non solo) alle piante.
A tale riguardo va allora detto che una miscela di sali deve apportare gli elementi necessari nelle giuste quantità e proporzioni reciproche ed allo stesso tempo mantenere la conduttività più bassa possibile.
In sostanza cioè, fermo restando un apporto ottimale dei nutrienti essenziali, l'acqua sarà tanto migliore quanto più bassa sarà la sua Conduttività.
Da quanto detto sopra deriva quindi che, raffrontando più acque (soluzioni nutritive) si avrà che, a parità di apporto di nutrienti, la migliore sarà quella a più bassa conducibilità.
Questo permetterà alle piante di crescere al meglio e secondariamente ci darà la possibilità di allungare gli intervalli tra un cambio e l'altro (vedremo a breve il perchè).
Un importante criterio per valutare la qualità di una miscela di sali ricostruttori è quindi, ad esempio, quello di valutare quanto questa miscela influenza la conducibilità in rapporto a quanto Calcio e Magnesio fornisce (dopo avere controllato che anche l'apporto dichiarato di Potassio sia equilibrato).
Il Calcio ed il Magnesio sono facilmente misurabili (sottoforma di GH) e quindi si può dire ad esempio che la miscela di sali migliore sarà quella dalla conducibilità più bassa a parità di GH.
Questo perchè gli ioni nutritivi possono derivare dalla dissoluzione in acqua di sali diversi che apportano anche dei contro-ioni diversi, spesso non necessari.
Esempio
Supponiamo di volere introdurre in una soluzione nutritiva 40 mg/l di Potassio (K+) e 50 mg/l di Solfato (SO4--).
Possiamo ottenere questo obiettivo in vari modi; ad esempio:
1) Introducendo 90 mg/l di Solfato di Potassio (K2SO4).
Oppure:
2) Introducendo 76 mg/l di Cloruro di Potassio (KCl) ed 74 mg/l di Solfato di Sodio (Na2SO4)
Entrambe queste soluzioni ci forniranno il contenuto voluto di Potassio (40 mg/l) e Solfato (50 mg/l).
Però con la seconda soluzione introdurremo, oltre che i due ioni voluti (K+ ed SO4--), anche altri ioni (36 mg/l di Cl- e 24 mg/l di Na+) da noi non desiderati in questo esempio.
Questo non farà altro che aumentare inutilmente la conducibilità (che nel nostro caso circa raddoppia), oltre che rischiare di sbilanciare l' equilibrio ionico dell'acqua.
Esempi di Sali ricostruttori che danno origine ad acqua sbilanciata con valutazioni riguardo la concentrazione dei singoli ioni e la Conduttività
Come monitorare l'andamento dell'acquario
Supponendo di avere un' acqua demineralizzata dalle perfette caratteristiche in partenza e di averla ricostruita utilizzando una miscela di Sali perfettamente bilanciata fino ad ottenere un’acqua dalla composizione ideale per le specie vegetali di nostro interesse.
Quest’ acqua, appena ricostruita, sarà caratterizzata anche da una certa Conduttività.
Con il passare del tempo inevitabilmente si assisterà alla deriva dei parametri dell’acqua di partenza.
Questo per via di innumerevoli fattori, quali la evaporazione ed il ripristino di livello, i consumi da parte dei vegetali e la nostra aggiunta di fertilizzanti, fenomeni di precipitazione ed adsorbimento, etcetera.
Visto che è impossibile far coincidere esattamente quello che noi introduciamo con quello che la vasca consuma ecco che la situazione di partenza cambia più o meno velocemente.
Generalmente, al fine di evitare carenze, si tende a sovradosare al momento della fertilizzazione; ed inoltre le introduzioni di fertilizzanti sono spesso fatte con miscele non perfettamente bilanciate.
Ecco allora che si assisterà, in particolare, ad un costante accumulo di sali in vasca.
Tanto maggiore, tra l’altro, quanto minore sarà il consumo, da parte dei vegetali, degli ioni costituenti i sali introdotti.
In impianti di coltivazione molto avanzati si può monitorare periodicamente la quantità degli ioni presenti ed agire modificando la fertilizzazione successiva in modo da mantenere l’ equilibrio dosando solo gli ioni che si stanno esaurendo e non quelli che si stanno accumulando.
Questa è comunque una strada difficilmente percorribile anche in grossi impianti di coltivazione, poichè presuppone una strumentazione avanzata, un grosso dispendio di energie per il continuo controllo ed il ricalcolo e la riformulazione costante della soluzione nutritiva.
In una vasca domestica e per un appassionato, le cose sono ancora più complicate, poichè, anche volendo, potrebbe misurare periodicamente alcuni parametri (p. es. Calcio, Magnesio, Nitrati, Fosfati, Ferro), ma non altri (p es. Potassio, Cloruri, Solfati, Borati, Silicati, etc.).
Ecco che quindi è più semplice e preferibile eliminare in toto o in parte l’acqua e ripartire da zero quando ci si accorge che le sue caratteristiche si discostano di una certa quantità da quelle, ottimali, di partenza..
Per decidere il momento in cui effettuare questa sostituzione risulta molto conveniente basarsi su una misurazione rapida e non costosa quale quella della Conduttività che, come detto, ci dà una idea della situazione generale della nostra acqua, piuttosto che sulla misura di un altro parametro (quale potrebbe essere la concentrazione di un singolo ione).
In un impianto di coltivazione, molto semplicemente, si rimpiazza tutta l’acqua.
Questo permette di potere mantenere i parametri in un intorno dei loro valori ottimali.
In una vasca domestica si preferisce usualmente adottare delle strategie di cambio meno drastiche e cambiare una percentuale minoritaria di acqua a scadenze più ravvicinate.
Ad esempio, considerando ideale l’ intervallo di valori quello compreso tra 400 ed 800 µS e supponendo di partire da un’ acqua perfettamente bilanciata avente una Conduttività di 500 µS, si può effettuare normalmente un cambio del 25-30% non appena la Conduttività raggiunge un valore di circa 700 µS.
Effettuando il cambio con acqua ricostruita a 500 µS si abbasserà quindi la Conduttività e si ribilancerà parzialmente la composizione ionica riportando i parametri verso la situazione ideale di partenza.
Va evidenziato però come il sistema diverga anche in presenza di cambi parziali siffatti; per cui ci si ritroverà a dovere effettuare detti cambi ad intervalli via via più ravvicinati.
È necessario quindi di tanto in tanto intervenire con cambi molto più sostanziosi al fine di riportarsi quanto più possibile in prossimità delle condizioni iniziali per potere ripartire dalla situazione ottimale.
