Glavni Žitarice

Topljivost ugljičnog dioksida u vodi i druga pitanja.

Dragi Oleg Mosin! Pročitao sam tvoj članak "Voda bez zraka (plinova)" na www.o8ode.ru/article/answer/voda_bez_vozduha_gazov.htm. Dopustite da vam postavim pitanje osobno. Ja sam biolog s nekim osnovnim kemijskim znanjem. Pitanje se odnosi na topljivost ugljičnog dioksida u vodi. Suština ovog procesa. Dio otopljenog plina u interakciji s vodom stvara ugljičnu kiselinu, koja se razdvaja na bikarbonatne i vodikove ione. Znajući konstantu disocijacije, sadržaj otopljenog ugljikovog dioksida, možemo izračunati indeks kiselosti i sam sadržaj ugljične kiseline - zanemariv je.

Pitanje je: što zadržava ostatak ugljičnog dioksida u vodi, jer nije u plinskoj fazi, inače bi se odmah isparilo? Nigdje ne mogu naći odgovor na ovo pitanje: što drži sam dioksid u vodi? Može li formirati vodikove veze s molekulama vode? Budući da se vodikove veze mogu formirati između atoma vodika spojenog na elektronegativni atom i elektronegativnog elementa koji ima slobodan par elektrona (O, F, N)?

I još jedno pitanje. Pri pH = 3, reakcija disocijacije pomiče u lijevo, ugljična kiselina se raspada u ugljični dioksid i vodu. I otopljeni dioksid? Sva ova pitanja odnose se na proces disanja kod insekata i eksplozivno oslobađanje ugljičnog dioksida iz tekućine traheola. Djelovanje karbonske anhidraze koja katalizira proces vezanja dioksida s vodom i stvaranje bikarbonata izravno je povezano s tim pitanjima. Ali ne znam da jedan od brojnih izoformi ugljične anhidraze katalizira obrnuti proces. U slučaju karbohemoglobina sve je jasno - Bohrov efekt. Ali bikarbonat ulazi u alveole iz krvne plazme, što potiče proces vezanja na proton? Koja je kinetika tog procesa?

Bio bih vam vrlo zahvalan ako razjasnite ova pitanja ili pojasnite smjer traženja odgovora.

Iskreno, Vladimir.

Općenito, koliko znam, topivost ugljičnog dioksida u vodi je veća za sve plinove, oko 70 puta je veća od topivosti kisika i 150 puta veća od topivosti dušika s koeficijentom adsorpcije ugljičnog dioksida od 12,8, što odgovara topivosti 87 ml plina u 100 mg vode. Naravno, moglo bi se pretpostaviti, na primjer, da CO2 nekako ugrađeni u zatvorene vodene grozdove i držani u njima, kao što je slučaj u..... Ali taj proces se vjerojatno neće dogoditi. Topivost plinova u vodi je različita i ovisi o vanjskim čimbenicima - temperaturi i tlaku, io prirodi plina i njegovoj sposobnosti kemijske reakcije s vodom (kao što je slučaj s ugljičnim dioksidom koji se otapa u vodi zbog kemijske reakcije s formiranje ugljične kiseline, a zatim disocijacija na ione H + i HCO - 3). No, s druge strane, samo 1% S2, prisutan u vodenoj otopini, prisutan je u njemu u obliku H2CO3. Tu su nedosljednost uočili mnogi istraživači. Stoga, za praktičnost izračuna kemijskih jednadžbi, pKi i smatra se da je pH cijeli CO2 reagira s vodom.

S gledišta kemijske kinetike, proces otapanja ugljičnog dioksida u vodi prilično je kompliciran. Kada je CO2 otopljenog u vodi, uspostavlja se ravnoteža između ugljične kiseline H2CO3, bikarbonatni PDV3 - i karbonat CO3 -.

Izračun konstante ionizacije u ovom slučaju provodi se prema sljedećoj shemi:

Konstanta prvog stupnja ionizacije jednaka je pKa1 = 4,4 x 10 -7,

Konstanta ionizacije druge faze je pKA2 = 5,6 x 10-11,

Kako su obje ionizacijske faze u ravnoteži u otopini ugljične kiseline, prva i druga ionizacijska konstanta pK mogu se kombinirati.a1 i pKa2, množite ih:

pKa1 x pKa2 = 4.4 x 10 -7 x 5.6 x 10 -11 = 2.46 x10 -17

Ravnoteža između ugljičnog dioksida, bikarbonata i karbonata ovisi o pH: ovdje djeluje načelo Le Chatelier - prisutnost vodikovih iona u otopini pomiče alkalnu reakciju medija i kiselinske strane (pH na 5,5). Obrnuto, uklanjanje protona iz sustava pomiče ravnotežu reakcije ulijevo kada se ugljični dioksid nadopunjuje iz karbonata i bikarbonata. Tako pri niskom pH u sustavu prevladava ugljični dioksid, a zapravo se ne stvara ni bikarbonat ni karbonat, dok na neutralnom pH bikarbonat dominira nad CO.2 i H2CO3. I samo pri visokom pH, karbonat prevladava.

Ugljična anhidraza katalizira proces hidratacije CO2 i dehidracija CO2 (oko 100 puta).

Što se tiče Bohrovog efekta, postoji, ako se ne varam, drugi mehanizam - smanjenje pH vrijednosti uzrokuje smanjenje vezanja kisika na hemoglobin, zbog čega se oslobađa kisik. Kao što se sjećam s tečaja biokemije instituta, efekt Bohra objašnjava se činjenicom da u molekuli hemoglobina postoje mjesta vezanja protona u obliku ostataka histidina i asparaginske kiseline. Kako se sve to događa, ne mogu sa sigurnošću reći, ali glavna je bit u sposobnosti ovih aminokiselinskih ostataka da međusobno djeluju u obliku deoksi-hidroksi. U deoksi obliku, ostatak asparaginske kiseline može formirati vezu između protoniranog ostatka histidina. Ovaj histidinski ostatak ima visoku pK vrijednost., budući da veza histidina s ostatkom asparaginske kiseline održava proton iz disocijacije. Ali u obliku hidroksi oblika, formiranje takve veze je nemoguće i stoga vrijednost pKza histidinski hidroksi oblik, vraća se u normalni pK. Stoga, pri pH vrijednosti od 7,4, histidin postoji u oksihemoglobinu u neprotoniranom obliku. Visoke koncentracije protona pridonose formiranju histidin deoksi oblika i, kao posljedica, oslobađanju kisika. Otpuštanje CO2 zauzvrat, smanjuje afinitet hemoglobina s kisikom na dva načina. Prvo, neki CO2 pretvara se u bikarbonat, oslobađajući protone odgovorne za Bohrov efekt. Drugi dio ovog bikarbonata se oslobađa od eritrocita, dok preostali dio bikarbonata izravno stupa u interakciju s hemoglobinom, vežući se za N-skupinu aminokiselinskog ostatka i formirajući nestabilni karbonatni ester uretan. U tom procesu, protoni se ponovno oslobađaju, što dovodi do oslobađanja O2 i CO vezanje2. Tako se odvija ciklus disanja.

http://www.o8ode.ru/article/learn/ugaz.htm

Voda plus ugljični dioksid

Ugljični dioksid i aktivna reakcija vode. Ili kako da stalagmiti ne rastu na listovima akvarijskih biljaka

O čemu i kako upravljati sadržajem ugljičnog dioksida u akvariju.
Poznato je da je ugljični dioksid vitalan za biljke. Asimiliran tijekom procesa fotosinteze, CO2 je glavni građevni materijal za sintezu organskih molekula. A akvarijske biljke nisu iznimka. Uz deficit ugljičnog dioksida, oni jednostavno neće imati što graditi svoje tkanine, što će usporiti ili potpuno zaustaviti njihov rast. S druge strane, s viškom ugljičnog dioksida u vodi akvarija, ribe počinju gušiti čak i kada je sadržaj kisika u njemu visok (Ruth Effect). Stoga, akvarist, ako želi uživati ​​u živim bićima, a ne u plastičnim biljkama i ribama, mora biti u stanju održavati koncentraciju ugljičnog dioksida u vodi u optimalnom rasponu.

S dovoljnom točnošću, akvarist može odrediti sadržaj ugljičnog dioksida u akvarijskoj vodi izračunavanjem ako zna pH vrijednost i karbonatnu tvrdoću vode, o čemu će se raspravljati u ovom članku. Ali najprije morate odgovoriti na ovo pitanje: je li potrebno da akvarist uopće izmjeri nešto, a zatim da broji nešto? Je li doista potrebno "provjeriti sklad s algebrom"? Uostalom, sve u prirodi je sposobno za samoregulaciju. Akvarij je također bitno mali dio prirode i ne predstavlja iznimku od ovog pravila. U akvariju normalnih (klasičnih) * razmjera s dovoljnim, ali ne i velikim brojem riba, parametre potrebne vode obično postavljaju sami. Tako da u budućnosti oni ne odstupaju od norme, potrebno je ne prehranjivati ​​ribu, redovito i najmanje jednom u dva tjedna, zamijeniti oko četvrtinu ili trećinu volumena vode. I to će stvarno biti dovoljno. Tijekom svog života, ribe emitiraju dovoljnu količinu ugljičnog dioksida, nitrata i fosfata, tako da biljke ne žive u bijedi. S druge strane, biljke ribi daju dovoljno kisika. Od zadnje četvrtine XIX stoljeća (od vremena NF Zolotnitskog) i većine 20. stoljeća gotovo svi akvaristi su to učinili. Sve je bilo dobro za njih, ali mnogi od njih nisu znali što su akvarijski testovi...

Moderni akvariji bez upotrebe sredstava za određivanje parametara akvarijske vode jednostavno su nezamislivi. Što se promijenilo?

Tehničke mogućnosti! Uz pomoć posebne opreme počeli smo varati prirodu. U maloj staklenoj kutiji, koja je u suštini tipični sobni akvarij (pa čak i 200-300 litara krutog volumena za vodeni spremnik vrlo je malen u usporedbi s prirodnim spremnikom vode), postalo je moguće zadržati takav broj živih organizama koji nisu usporedivi s prirodnim resursima u njemu na raspolaganju. Na primjer, u potpuno nepokretnoj i nepomiješanoj vodi akvarija na svojoj površini na dubini od 0,5-1 mm, količina kisika može biti dvostruko veća nego na dubini od samo nekoliko centimetara. Prijenos kisika iz zraka u vodu je vrlo spor. Prema proračunima nekih istraživača, molekula kisika, samo zbog difuzije, može se produbiti za više od 2 cm! Stoga, bez tehničkih sredstava za miješanje ili aeraciju vode, akvaristu je jednostavno nemoguće napuniti akvarij „ekstra“ ribom. Moderni akvarij oprema vam omogućuje da biljka u akvarij i za neko vrijeme uspješno sadrže nevjerojatnu količinu ribe u prošlosti, i svijetle svjetiljke vrlo gusto biljka akvarij s biljkama, pa čak i pokriti svoje dno s debelim slojem richi!

Ovo je fragment dna akvarija. Gusto je zasađena biljkama: glosistom (Glossostigma elatinoides), javanskom mahovinom (Vesicularia dubyana) i Riccia (Riccia fluitans). Potonji obično plutaju blizu površine, ali se može postići tako da raste na dnu. Za to, akvarij treba biti osvijetljen i ugljični dioksid se uvodi u vodu.
Amanovi škampi također nisu slučajno ušli u okvir, potrebno je pažljivo i pažljivo odabrati ostatke hrane iz guste glodavaca
Ali ne smijemo zaboraviti da prevarena priroda od tog trenutka, kao što smo vrlo gusto naseljeni akvarij živim organizmima, više nije odgovorna ni za što drugo! Održiva održivost takvog sustava sada nikako nije zajamčena. Za ekološki kaos koji je akvarist uredio u svom akvariju, on i on sam će biti odgovor. Čak i njegova njegova mala pogreška će dovesti do ekološke katastrofe. A da ne bi pogriješili, morate znati kako i zašto se barem osnovni parametri vode mijenjaju. Kontrolirajući ih na vrijeme, možete brzo intervenirati u radu prenapučenog i stoga nestabilnog sustava, opskrbiti ga nedostajućim resursima i ukloniti višak otpada koji akvarijski "biocenoza" sama nije sposobna iskoristiti. Jedan od onih koji su potrebni za živi biljni akvarij je ugljični dioksid.

Slika je snimljena na seminaru koji je proveo Takashi Amano u Moskvi 2003. godine. Ovo je stražnji pogled na akvarij. Ovdje nema umjetnog podrijetla. To će stvoriti biljke, iznimno gusto posađene uz stražnji zid. Da bi mogli rasti bez "davljenja" jedni druge, odjednom je korišteno nekoliko trikova koji se temelje na akvarijskim visokim tehnologijama. To je posebni višeslojni nekiselinski prajmer, bogat mineralima dostupnim biljkama, vrlo jak izvor svjetlosti s posebno odabranim spektrom, i naravno uređaj koji obogaćuje vodu s CO2 (sve je to ADA)

Dio sustava koji obogaćuje akvarijsku vodu s krupnim planom ugljičnog dioksida. Vani je priključen uređaj koji omogućuje vizualnu kontrolu protoka mjehurića plina u akvarij. Unutra je difuzor. Radi jasnoće, organizatori seminara su vrlo snažno pokrenuli plin, a iz difuzora se diže cijeli stupac mjehurića. Toliko ugljičnog dioksida akvarijske biljke ne trebaju. U normalnom radu, kada je plin mnogo manji, mjehurići gotovo ne bi trebali biti vidljivi, jer se ugljični dioksid brzo otapa u vodi. Tako bujna vegetacija u "prirodnom" akvariju Takashi Amano ne raste sama - to zahtijeva posebnu opremu. Dakle, nije takav prirodni akvarij, već je čovjek napravio!

U atmosferi Zemlje ima vrlo malo CO2 - samo 0,03%. U suhom atmosferskom zraku sa standardnim barometrijskim tlakom (760 mm Hg. Čl.), Njegov parcijalni tlak je samo 0,2 mm. Hg. Čl. (0,03% od 760). No, ta vrlo mala količina je sasvim dovoljna da na svoj način označi svoju prisutnost akvaristu. Na primjer, destilirana ili dobro desalinirana voda, stojeći u otvorenom spremniku dovoljno dugo da se uravnoteži s atmosferskim zrakom **, postat će blago kisela. To će se dogoditi zato što se ugljični dioksid otopi u njemu.

Uz gornji parcijalni tlak ugljičnog dioksida, njegova koncentracija u vodi može doseći 0,6 mg po litri, što će dovesti do pada pH vrijednosti na blizu 5,6. Zašto? Činjenica je da neke molekule ugljičnog dioksida (ne više od 0,6%) međusobno djeluju s molekulama vode u obliku ugljične kiseline:
CO2 + H2O H2CO3
Ugljična kiselina disocira u vodikov ion i hidrokarbonatni ion: H2CO3 H + + HCO3-
To je dovoljno za zakiseljavanje destilirane vode. Podsjetimo da pH (aktivna reakcija vode) samo odražava sadržaj vodikovih iona u vodi. To je negativni logaritam njihove koncentracije.

U prirodi su i kisele kapi. Dakle, čak iu ekološki čistim područjima, u kojima nema sumporne i dušične kiseline u kišnici, ona je još uvijek blago kisela. Tada prolazi kroz tlo, gdje je sadržaj ugljičnog dioksida mnogo puta veći nego u atmosferi, voda je još više zasićena ugljičnim dioksidom.

U interakciji s stijenama koje sadrže vapnenac, takva voda pretvara karbonate u visoko topljive bikarbonate:

CaCO3 + H2O + CO2 Ca (HCO3) 2

Ova reakcija je reverzibilna. Može se pomaknuti udesno ili ulijevo, ovisno o koncentraciji ugljičnog dioksida. Ako sadržaj CO2 ostaje stabilan duže vrijeme, tada se u takvoj vodi uspostavlja ravnoteža ugljik-kiselina-vapno: ne stvaraju se novi hidrokarbonatni ioni. Ako se na ovaj ili onaj način ukloni CO2 iz sustava ravnoteže, tada će se pomaknuti ulijevo, a praktički netopivi kalcijev karbonat će ispasti iz otopine koja sadrži bikarbonate. To se događa, na primjer, kod kipuće vode (to je poznata metoda smanjenja karbonatne tvrdoće, tj. Koncentracija u vodi je Ca (HCO3) 2 i Mg (HCO3) 2). Isti proces je zabilježen i kod jednostavnog taloženja arteške vode, koja je bila pod zemljom pod povišenim tlakom i mnogo ugljičnog dioksida otopljenog tamo. Jednom na površini, gdje je parcijalni tlak CO2 nizak, ova voda oslobađa višak ugljičnog dioksida u atmosferu dok ne dostigne ravnotežu s njim. Istodobno se u njemu pojavljuje bjelkasti oblak koji se sastoji od čestica vapnenca. Točno prema istom principu nastaju stalaktiti i stalagmiti: voda koja teče iz podzemnih formacija oslobođena je viška ugljičnog dioksida, a istovremeno i kalcijevih i magnezijevih karbonata. I u stvari, ista reakcija se događa na lišću mnogih akvarijskih biljaka, kada se aktivno fotosintetiziraju u jakom svjetlu, a ugljični dioksid u zatvorenom prostoru akvarija završava. Ovdje njihova lišća počinju "siviti", jer se prekrivaju koricom kalcijevog karbonata, ali jednom kad se sva slobodna ugljična kiselina ekstrahira iz vode, pH također neumoljivo raste. Obično biljke mogu podići pH akvarijske vode na 8,3-8,5. S takvim pokazateljem aktivne reakcije vode gotovo da i nema molekula ugljičnog dioksida, a biljke (one koje to mogu, ali mnogi to mogu) bave se ekstrakcijom ugljičnog dioksida iz bikarbonata.

Ca (HCO3) 2 -> CO2 (koji apsorbira biljka) + CaCO3 + H2O

U pravilu ne mogu povisiti pH još više, jer njegov daljnji rast uvelike pogoršava funkcionalno stanje samih biljaka: fotosinteza, a time i uklanjanje CO2 iz sustava usporava, a ugljični dioksid u zraku stabilizira pH. Akvarijske biljke, dakle, mogu se doslovno ugušiti. Pobjeđuju one vrste koje pobjeđuju bolje uklanjaju ugljični dioksid iz hidrokarbonata, a oni koji to ne mogu učiniti, na primjer, rotali i aponogonetoni iz skupine Madagaskar trpe. Takve biljke smatraju se najnježnijima među akvaristima.

Vodene biljke u ovom akvariju nisu u najboljem stanju. Dugo vremena je postojala u uvjetima akutnog manjka ugljičnog dioksida, a zatim je organizirana njegova opskrba. Rezultati su očiti. Svježe zelene vrhove govori sama za sebe. Osobito snažan učinak ugljičnog dioksida vidljiv je na rotacijskom (Rotala macrandra). Skoro su umrli, što je vidljivo iz donjih dijelova stabljika, gotovo potpuno bez lišća, ali su oživjeli i dali lijepe crvenkaste listove, koji su vrlo brzo rasli za vrijeme opskrbe plinom.

Biljke koje mogu razbiti bikarbonat žilavije su. To uključuje Rdesta, Vallisneria, Echinodorus. Međutim, gusta šikara elodey su u mogućnosti da ih zadaviti. Elodea može učinkovitije izlučiti ugljikov dioksid vezan u ugljikovodicima:
Ca (HCO3) 2 -> 2CO2 (koje apsorbira biljka) + Ca (OH) 2
Ako je karbonatna tvrdoća vode dovoljno velika, ovaj proces može dovesti do opasnog porasta ne samo za druge biljke, već i za veliku većinu akvarijskih riba, pH vrijednost akvarijske vode do 10. Nemoguće je uzgojiti čitavu paletu akvarijske vode s visokim pH vrijednostima i Vrlo mnoge vrste akvarijskih riba definitivno ne vole alkalnu vodu.

Je li moguće ispraviti situaciju povećanjem prozračivanja akvarija u nadi da će zbog visoke topljivosti ugljičnog dioksida akvarijska voda obogatiti CO2? Doista, pri normalnom atmosferskom tlaku i temperaturi od 20 ° C, 1,7 g ugljičnog dioksida može se otopiti u jednoj litri vode. Ali to bi se dogodilo samo ako bi plinska faza s kojom je ta voda došla u kontakt sastojala isključivo od CO2. I u kontaktu s atmosferskim zrakom, koji sadrži samo 0,03% CO2 u 1 litri vode, iz tog zraka može proći samo 0,6 mg - to je ravnotežna koncentracija koja odgovara parcijalnom tlaku ugljičnog dioksida u atmosferi na razini mora. Ako je sadržaj ugljičnog dioksida u akvarijskoj vodi manji, aeracija će je doista podići na koncentraciju od 0,6 mg / l i više! Međutim, sadržaj ugljičnog dioksida u vodi akvarija je i dalje iznad navedene vrijednosti, a aeracija će samo dovesti do gubitka CO2.

Problem se može riješiti umjetnim dovođenjem ugljičnog dioksida u akvarij, pogotovo zato što to uopće nije teško. U ovom slučaju možete čak i bez opreme marke, već jednostavno koristiti procese alkoholne fermentacije u otopini šećera s kvascem i nekim drugim izuzetno jednostavnim uređajima, koje ćemo uskoro reći.

Ovdje, međutim, treba biti svjestan da time još jednom zavaravamo prirodu. Nezasitna zasićenost akvarijske vode ugljičnim dioksidom neće dovesti do ništa dobroga. Tako možete brzo ubiti ribu, a zatim biljke. Proces dobave ugljičnog dioksida mora biti strogo kontroliran. Utvrđeno je da za ribe koncentracija CO2 u vodi akvarija ne smije prelaziti 30 mg / l. A u velikom broju slučajeva ta bi vrijednost trebala biti najmanje za trećinu manja. Sjetite se da su velike fluktuacije u pH za ribe također štetne, a dodatna opskrba ugljičnim dioksidom brzo zakiseli vodu.

Kako procijeniti sadržaj CO2 i kako bi se osiguralo da kada je voda zasićena tim plinom, pH vrijednosti lagano variraju i ostaju u prihvatljivom rasponu za ribe? Ovdje nećemo moći bez formula i matematičkih izračuna: hidrokemija akvarijske vode, nažalost, prilično je "suha" tema.

Odnos koncentracija u vodi slatkovodnog akvarija ugljičnog dioksida, vodikovih iona i hidrokarbonatnih iona odražava Henderson-Hasselbachovu jednadžbu, koja će u našem slučaju izgledati ovako:
[H +] [HC03 -] / [H2CO3 + CO2] = K1
gdje je K1 prividna konstanta disocijacije ugljične kiseline u prvoj fazi, uzimajući u obzir ravnotežu iona s cjelokupnom količinom ugljičnog dioksida u vodi - ukupno analitički određenu ugljičnu kiselinu (tj. oboje jednostavno otopljene molekule CO2 i hidratirane molekule u obliku ugljične kiseline - H2CO3). Za temperaturu od 25 ° C, ova konstanta je jednaka 4.5 * 10-7. Kvadratne zagrade označavaju molarne koncentracije.

Pretvaranje formule daje:

Vrijednosti pH i [HCO3] mogu se odrediti standardnim akvarijskim testovima. Valja napomenuti da KH test točno određuje sadržaj bikarbonatnih iona u vodi (a ne ione kalcija) i prikladan je za naše potrebe. Jedina neugodnost njezine uporabe povezana je s potrebom ponovnog izračuna stupnjeva u M, što, međutim, uopće nije teško. Zbog toga je vrijednost karbonatne tvrdoće dobivena nakon postupka ispitivanja u stupnjevima dovoljna da se podijeli s 2.804. Koncentracija vodikovih iona izražena u pH mora se također pretvoriti u M, za što je potrebno podići 10 na snagu jednaku pH vrijednosti s negativnim predznakom:

Za pretvaranje vrijednosti [H2CO3 + S02] izračunate prema formuli (2) od M do mg / l CO2, treba je pomnožiti s 44000.

Koristeći Henderson-Hasselbachovu jednadžbu, moguće je izračunati koncentraciju ukupnog analitički određenog ugljičnog dioksida u akvariju ako akvarist nije koristio posebne reagense, a sadržaj humusnih i drugih organskih kiselina u njegovom akvariju umjeren da stabilizira pH (možete prosuditi prema boji akvarijske vode: ako nije slična "crnoj vodi" Amazonije, ona je bezbojna ili samo malo obojena - to znači da ih nema mnogo).

Oni koji su na kratkoj nozi s računalom, posebno s Excelovim proračunskim tablicama, mogu, na temelju gornje formule i vrijednosti K1, sastaviti detaljne tablice koje odražavaju sadržaj ugljičnog dioksida ovisno o karbonatnoj tvrdoći i pH. Ovdje ćemo dati skraćenu, ali, nadamo se, korisnu za amaterske akvarističke varijante takve tablice, koja vam omogućuje da automatski izračunate sadržaj ugljičnog dioksida u vodi:
Minimalni pH vode u akvariju za određenu karbonatnu tvrdoću pri kojoj sadržaj ugljičnog dioksida još uvijek nije opasan za ribe (crveni brojevi u stupcima) i maksimalno dopuštene vrijednosti pH kod kojih biljke koje nisu u stanju izlučiti ugljični dioksid iz bikarbonata i dalje učinkovito fotosintezu. Za 25 ° C.

Ako se odlučite isporučiti ugljični dioksid u akvarij, onda prilagodite njegovu opskrbu tako da pH vrijednosti za odgovarajuću karbonatnu tvrdoću padnu između crvenog i zelenog broja. Tijekom dnevnog svjetla, aktivna reakcija vode će se promijeniti (obično se pH povećava), a to treba uzeti u obzir prilikom postavljanja opreme. Pokušajte se podesiti u sredini intervala, tada pH vrijednost najvjerojatnije neće iskočiti iz svojih granica. Ako je isporuka CO2 regulirana pomoću pH regulatora, isključivanje opskrbe plinom kada se pH smanji na unaprijed određenu razinu, ta razina ne bi trebala biti niža od minimalnog dopuštenog za ribu. Korištenje pH kontrolera je najučinkovitije i sigurno, ali je relativno skupo.

U prvom planu je druga Rotala (Rotala wallichii). S lijeve strane - rijeka svjetionik (Mayaca fluviatilis). Ona je također ljubitelj slobodnog ugljičnog dioksida u vodi. Uz prikladno osvjetljenje i sadržaj ugljičnog dioksida u akvariju od 15-20 mg / l, ove vodene biljke prekrivene su mjehurićima kisika, fotosinteza je tako učinkovita

Osim toga, CO2 biljke se mogu hraniti uz pomoć posebnih tableta smještenih u akvarij u posebnom uređaju. Oni postupno oslobađaju ugljični dioksid u vodu. S istom svrhom, na početku dnevne svjetlosti, u akvarij je moguće dodati slabo mineraliziranu gaziranu vodu (naravno, bez aditiva u hrani!). Tablica i kalkulator navedeni u ovom članku pomoći će u procjeni učinkovitosti tih mjera.

U tablici su također prikazane pH vrijednosti koje, uz zadanu karbonatnu tvrdoću, dobivaju dobro prozračene vode u sobnom akvariju, ako je umjereno naseljena ribom i ako se u njoj voda ne oksidira. Drugim riječima, ako iznenadna prestanak opskrbe ugljičnog dioksida akvariju, možemo očekivati ​​da će se pH vrijednosti vode povećati na oko tih vrijednosti u roku od nekoliko sati. Brojevi u zadnjem redu ove tablice su pH vode dane karbonatne tvrdoće u ravnoteži s atmosferom. Očigledno je da su oni još viši. U prirodnim rezervoarima, u brzacima čistih rijeka, gdje voda kipi i oslobađa sav višak (neuravnoteženog) ugljičnog dioksida u atmosferu, takve pH vrijednosti se zapravo događaju. U sobama je parcijalni tlak ugljičnog dioksida u zraku veći nego na otvorenom, a procesi koji se odvijaju u tlu i filteru akvarija dovode do stvaranja ugljičnog dioksida i vodikovih iona. Sve to pruža više nego u prirodnim uvjetima sadržaj ugljičnog dioksida u vodi akvarija, a voda u njima s istom karbonatnom tvrdoćom je više kisela.

Sada obratite pozornost na ovu činjenicu. Ugljična kiselina, koja nastaje otapanjem atmosferskog ugljičnog dioksida u vodi, smanjuje pH destilirane vode na 5,6, a voda s karbonatnom tvrdoćom, primjerice jednakom 5 kH, koja je u ravnoteži s atmosferskim plinovima, ima aktivnu reakciju od 8,4. Lako je uočiti takav uzorak: što je veća tvrdoća karbonatne vode, to je ona alkalnija. Zapravo, ovo je pravilo poznato mnogim, ali nisu svi akvaristi svjesni činjenice da govorimo o karbonatnoj tvrdoći. Doista, ako se bavimo samo prirodnim slatkim vodama, u kojima karbonatna tvrdoća, u pravilu, čini vrlo značajan doprinos ukupnoj količini, možda o tome ni ne razmišljamo, ali u umjetno pripremljenoj vodi sve može biti drugačije. Na primjer, dodavanje kalcijevog klorida povećat će tvrdoću vode, ali ne i pH. Činjenica da prirodne vode obično imaju slabu alkalnu aktivnu reakciju povezana je upravo s prisutnošću hidrokarbonatnih iona u njima. Zajedno s ugljičnim dioksidom otopljenim u vodi, oni tvore ugljični dioksid-bikarbonatni puferski sustav, koji stabilizira pH vode jače u području alkalnih vrijednosti, što je veća koncentracija bikarbonata (karbonatna tvrdoća). Da biste shvatili zašto se to događa i odabrati optimalne vrijednosti karbonatne krutosti za akvarij, morate se ponovno pozvati na Henderson-Hasselbachovu formulu.

* Klasični razmjeri akvarija su sljedeći: širina je jednaka ili ne veća od četvrtine od visine. Visina ne prelazi 50 cm, ali u načelu nije ograničena po dužini. Primjer je akvarij duljine 1 m, širine 40 cm i visine 50 cm, dok će biološka ravnoteža u takvom spremniku biti relativno lako uspostavljena.

** Ravnotežom s atmosferskim zrakom razumijemo stanje vode kada koncentracije (naponi) otopljenih plinova odgovaraju parcijalnim tlakovima tih plinova u atmosferi. Ako se tlak plina smanji, molekule plina će početi napuštati vodu sve dok ponovno ne dostigne ravnotežnu koncentraciju. Obrnuto, ako se povećava parcijalni tlak plina iznad vode, tada će se veća količina tog plina otopiti u vodi.

http://ru-aqua.ru/index.php?pid=16

Fizikalna i kemijska svojstva ugljičnog dioksida

Formula - CO2. Molarna masa - 44 g / mol.

Kemijska svojstva ugljičnog dioksida

Ugljični dioksid pripada klasi kiselih oksida, tj. u interakciji s vodom, on tvori kiselinu, koja se naziva ugljen. Ugljična kiselina je kemijski nestabilna i u vrijeme nastanka odmah se razlaže na svoje komponente, tj. reakcija interakcije ugljičnog dioksida s vodom je reverzibilna:

Kada se zagrijava, ugljični dioksid se raspada u ugljični monoksid i kisik:

Kao i kod svih kiselih oksida, ugljični dioksid karakteriziraju reakcije interakcije s osnovnim oksidima (nastale samo aktivnim metalima) i baze:

Ugljični dioksid ne održava izgaranje, u njemu izgaraju samo aktivni metali:

CO2 + 2Mg = C + 2MgO (t);

CO2 + 2Ca = C + 2CaO (t).

Ugljični dioksid reagira s jednostavnim tvarima kao što su vodik i ugljik:

Kada ugljični dioksid reagira s peroksidima aktivnih metala, stvaraju se karbonati i oslobađa se kisik:

Kvalitativna reakcija na ugljični dioksid je reakcija njegove interakcije s vapnenom vodom (mlijekom), tj. s kalcijevim hidroksidom, u kojem nastaje bijeli talog - kalcijev karbonat:

Fizikalna svojstva ugljičnog dioksida

Ugljični dioksid je plinovita tvar bez boje ili mirisa. Teži od zraka. Toplinski otporan. Kada se komprimira i ohladi lako prelazi u tekuće i kruto stanje. Ugljični dioksid u čvrstom agregacijskom stanju naziva se "suhi led" i lako se sublimira na sobnoj temperaturi. Ugljični dioksid slabo je topljiv u vodi, djelomično reagira s njim. Gustoća - 1,977 g / l.

Proizvodnja i uporaba ugljičnog dioksida

Postoje industrijske i laboratorijske metode za proizvodnju ugljičnog dioksida. Tako se u industriji dobiva sagorijevanjem vapnenca (1), au laboratoriju djelovanjem jakih kiselina na karbonatne soli (2):

Ugljični dioksid se koristi u hrani (karbonatizacija limunade), kemijskoj (kontrola temperature u proizvodnji sintetičkih vlakana), metalurškoj (zaštita okoliša, na primjer, oborina smeđeg plina) i drugim industrijama.

Primjeri rješavanja problema

Pišemo jednadžbu otapanja vapnenca u dušičnoj kiselini:

Sadržaj čistog (bez nečistoća) kalcijevog karbonata u vapnencu:

ω (CaCO3)cl = 100% - ωprimjesa = 100% - 8% = 92% = 0.92.

Zatim, masa čistog kalcijevog karbonata:

Količina kalcijevog karbonata je:

n (CaCO3= 82,8 / 100 = 0,83 mol.

Masa dušične kiseline u otopini bit će jednaka:

m (hno3= 200 × 10/100% = 20 g.

Količina kalcijeve dušične kiseline je:

n (hno3= 20/63 = 0,32 mol.

Uspoređujući broj tvari koje su ušle u reakciju, utvrdili smo da nitratna kiselina nema dovoljno vode, stoga vršimo daljnje izračune na dušičnoj kiselini. Prema jednadžbi reakcije n (HNO3): n (CO2) = 2: 1, dakle n (CO2= 1/2 × n (HNO3= 0,16 mol. Zatim će volumen ugljičnog dioksida biti jednak:

http://ru.solverbook.com/spravochnik/svojstva-po-ximii/fizicheskie-i-ximicheskie-svojstva-uglekislogo-gaza/

Što je CO2?

Što je ugljični dioksid?

Ugljični dioksid je poznat uglavnom u plinovitom stanju, tj. kao ugljični dioksid s jednostavnom kemijskom formulacijom CO2. U tom obliku postoji u normalnim uvjetima - pri atmosferskom tlaku i "normalnim" temperaturama. Ali s povišenim tlakom, iznad 5,850 kPa (kao što je npr. Tlak na dubini mora oko 600 m), taj se plin pretvara u tekućinu. A uz snažno hlađenje (minus 78,5 ° C), kristalizira i postaje takozvani suhi led, koji se široko koristi u trgovini za čuvanje smrznute hrane u hladnjacima.

Tekući ugljični dioksid i suhi led dobivaju se i koriste u ljudskoj aktivnosti, ali ti oblici su nestabilni i lako se razgrađuju.

Međutim, plin ugljični dioksid distribuira se posvuda: ispušta se tijekom disanja životinja i biljaka i važan je dio kemijskog sastava atmosfere i oceana.

Karbon dioksidna svojstva

CO2 ugljični dioksid je bezbojan i bez mirisa. Pod normalnim uvjetima nema okusa. Međutim, pri udisanju visokih koncentracija ugljičnog dioksida možete osjetiti kiseli okus u ustima, uzrokovan činjenicom da se ugljični dioksid otapa na sluznicama i pljuvački, stvarajući slabu otopinu ugljične kiseline.

Usput, sposobnost ugljičnog dioksida da se otopi u vodi koristi se za proizvodnju gazirane vode. Lemonade mjehurići su isti ugljični dioksid. Prvi aparat za zasićenje CO2 izumljen je još 1770. godine, a već 1783. poduzetni Švicarac Jacob Schwepp započeo je industrijsku proizvodnju sode (zaštitni znak Schweppes još uvijek postoji).

Ugljični dioksid je 1,5 puta teži od zraka, tako da se u nižim slojevima nastoji "smiriti" ako je soba slabo provjetravana. Poznato je djelovanje "pećine za pse", gdje se CO2 ispušta izravno s tla i akumulira na visini od oko pola metra. Odrasla osoba, ušavši u takvu pećinu, na vrhuncu svog rasta ne osjeća višak ugljičnog dioksida, ali psi se nalaze izravno u debelom sloju ugljičnog dioksida i otrovani su.

CO2 ne podržava izgaranje, pa se koristi u protupožarnim aparatima i sustavima za gašenje požara. Fokus s gašenjem zapaljene svijeće sa sadržajem navodno prazne čaše (i zapravo ugljičnog dioksida) temelji se upravo na tom svojstvu ugljičnog dioksida.

Ugljični dioksid u prirodi: prirodni izvori

Ugljični dioksid u prirodi nastaje iz različitih izvora:

  • Dah životinja i biljaka.
    Svaki student zna da biljke apsorbiraju ugljični dioksid CO2 iz zraka i koriste ga u fotosintezi. Neke domaćice nastoje obiljem sobnih biljaka iskupiti nedostatke ventilacije. Međutim, biljke ne samo da apsorbiraju, već i ispuštaju ugljični dioksid u odsutnosti svjetla - to je dio procesa disanja. Stoga džungla u slabo provjetravanoj spavaćoj sobi nije dobra ideja: noću će se razina CO2 još više povećati.
  • Vulkanska aktivnost.
    Ugljični dioksid je sastavni dio vulkanskih plinova. U područjima visoke vulkanske aktivnosti, CO2 se može emitirati izravno iz tla - od pukotina i rasjeda nazvanih mofetes. Koncentracija ugljičnog dioksida u dolinama s mofetama je toliko visoka da tamo umire mnogo malih životinja.
  • Raspadanje organske tvari.
    Ugljični dioksid nastaje tijekom izgaranja i raspadanja organske tvari. Volumetrijske prirodne emisije ugljičnog dioksida prate šumske požare.

Ugljični dioksid se u prirodi skladišti u obliku ugljikovih spojeva u mineralima: ugljenu, ulju, tresetu, vapnencu. Ogromne rezerve CO2 nalaze se u otopljenom obliku u svjetskim oceanima.

Oslobađanje ugljičnog dioksida iz otvorenog akumulacijskog jezera može dovesti do limnološke katastrofe, kao što se dogodilo, primjerice, 1984. i 1986. godine. u jezerima Manoun i Nyos u Kamerunu. Oba jezera nastala su na mjestu vulkanskih kratera - sada su izumrla, ali duboko u vulkanskoj magmi još uvijek emitiraju ugljični dioksid, koji se uzdiže u vode jezera i otapa u njima. Kao rezultat brojnih klimatskih i geoloških procesa, koncentracija ugljičnog dioksida u vodama premašila je kritičnu vrijednost. Ogromna količina ugljičnog dioksida emitirana je u atmosferu, koja se poput lavine spuštala niz planinske padine. Oko 1.800 ljudi postalo je žrtvama limnoloških katastrofa na kamerunskim jezerima.

Izvori umjetnog ugljičnog dioksida

Glavni antropogeni izvori ugljičnog dioksida su:

  • industrijske emisije povezane s procesima izgaranja;
  • cestovni prijevoz.

Unatoč činjenici da udio ekološki prihvatljivog prometa u svijetu raste, velika većina svjetskog stanovništva neće uskoro imati mogućnost (ili želju) da se prebaci na nove automobile.

Aktivno krčenje šuma u industrijske svrhe također dovodi do povećanja koncentracije ugljičnog dioksida u zraku.

Ugljični dioksid u ljudskom tijelu

CO2 je jedan od krajnjih proizvoda metabolizma (razgradnja glukoze i masti). Izlučuje se u tkivima i transportira hemoglobinom u pluća kroz koja se izdiše. Oko 4,5% ugljičnog dioksida (45,000 ppm) u zraku kojeg izdaje osoba je 60-110 puta više nego u inhaliranom.

Ugljični dioksid igra veliku ulogu u regulaciji opskrbe krvlju i disanja. Povećanje razine CO2 u krvi dovodi do činjenice da se kapilare šire, ostavljajući više krvi, koja dovodi kisik do tkiva i uklanja ugljični dioksid.

Dišni sustav također je stimuliran povećanjem sadržaja ugljičnog dioksida, a ne nedostatkom kisika, kao što se čini. U stvari, nedostatak kisika dugo se ne osjeća u tijelu i sasvim je moguće da će osoba izgubiti svijest u razrijeđenom zraku prije nego osjeti nedostatak zraka. Stimulirajuća svojstva CO2 koriste se u uređajima za umjetno disanje: ugljični dioksid se miješa s kisikom da bi se "aktivirao" dišni sustav.

Ugljični dioksid i mi: što je opasno s CO2

Ugljični dioksid je potreban kako za ljudsko tijelo tako i za kisik. Ali, baš kao i kod kisika, višak ugljičnog dioksida šteti našoj dobrobiti.

Visoka koncentracija CO2 u zraku dovodi do trovanja tijela i uzrokuje stanje hiperkapnije. S hiperkapnijom, osoba ima poteškoća s disanjem, mučninom, glavoboljom i čak može izgubiti svijest. Ako se sadržaj ugljičnog dioksida ne smanji, onda je preokret hipoksije - kisika izgladnjivanje. Činjenica je da se i ugljični dioksid i kisik kreću oko tijela na istom "transportu" - hemoglobinu. Normalno, oni "putuju" zajedno, prianjajući na različita mjesta molekule hemoglobina. Međutim, povećana koncentracija ugljičnog dioksida u krvi smanjuje sposobnost kisika da se veže na hemoglobin. Količina kisika u krvi se smanjuje i dolazi do hipoksije.

Takvi nezdravi učinci na tijelo potječu od udisanja zraka sa sadržajem CO2 većim od 5.000 ppm (na primjer, to može biti zrak u rudnicima). U pravednosti, u običnom životu gotovo nikada ne susrećemo takav zrak. Međutim, mnogo niža koncentracija ugljičnog dioksida ne utječe bolje na zdravlje.

Prema nalazima nekih studija, već 1.000 ppm CO2 uzrokuje umor i glavobolju na polovici ispitanika. Mnogi ljudi počnu osjećati tupost i nelagodu još ranije. S daljnjim povećanjem koncentracije ugljičnog dioksida na 1 500 - 2 500 ppm, učinkovitost je kritično smanjena, mozak je "lijen" da preuzme inicijativu, obrađuje informacije i donosi odluke.

A ako je razina od 5000 ppm gotovo nemoguća u svakodnevnom životu, tada 1000 i čak 2500 ppm lako može biti dio stvarnosti modernog čovjeka. Naš eksperiment u školi pokazao je da u rijetko ventiliranim školskim razredima, razina CO2 za značajan dio vremena ostaje iznad 1.500 ppm, a ponekad i iznad 2.000 ppm. Postoje razlozi za pretpostavku da je situacija u mnogim uredima, pa čak iu stanovima slična.

Fiziolozi smatraju da je 800 ppm sigurno za ljudsko zdravlje kao razina ugljičnog dioksida.

Druga studija je pronašla vezu između razine CO2 i oksidativnog stresa: što je viša razina ugljičnog dioksida, to više patimo od oksidativnog stresa koji uništava stanice našeg tijela.

http://tion.ru/blog/dioksid-ugleroda-co2/

Da li ugljični dioksid i voda stvaraju smjesu u bocama sode?

Kako se toliko plina može staviti u tekućinu i zašto počinje izlaziti kada se poklopac otvori?

Ugljični dioksid, koji se crpi ili stavlja na neki drugi način u posudu s običnom vodom pod tlakom, ne tvori "smjesu", već bistru otopinu. U toj otopini ugljični dioksid je uglavnom u obliku molekula CO2, a dijelom iu obliku produkata kemijske interakcije ugljičnog dioksida s vodom - pozitivno nabijenim vodikovim kationima H + i negativno nabijenim hidrokarbonatnim ionima NSO3- i malim brojem molekula ugljične kiseline N2SO3. Količina otopljenog plina podliježe Henryjevom zakonu - što je viši parcijalni tlak plina (tj. Tlak bez uzimanja u obzir drugih plinova, uključujući zrak) iznad otopine, više se otapa. Henryova konstanta za ugljični dioksid i vodu je dobro poznata. Ako se, na primjer, ugljični dioksid ispušta iz čeličnog kanistra u litarski sifon s 0,9 litara vode (ima 8,8 g, što se lako određuje vaganjem, plin u njemu je pod tlakom u tekućem stanju), izračunom prema Henryjevom zakonu, prenijet će se približno 85% plina, a ostatak će ostati iznad otopine u obliku komprimiranog plina. Njegov parcijalni tlak će biti oko 5,5 atm (i još 1 atm - zraka koji je sifoniran s vodom prije unosa ugljičnog dioksida). Ako napunite sifon do vrha, tlak iznad vode će se neznatno povećati. Usput, kiselost vodene otopine CO2 (pH od 3,3 do 3,7, ovisno o tlaku) je mnogo manja od kiselosti želučanog soka. Stoga se čak i koncentrirana vodena otopina ugljične kiseline može piti bez straha. Ako se otvori sifon ili boca gazirane vode, tlak iznad otopine naglo pada i postaje jednak atmosferskom. U isto vrijeme, u skladu s istim Henryjevim zakonom, topivost plina također naglo pada, ona će se početi izdvajati u obliku mjehurića u tekućini, koja će plutati gore i van u zrak. U ovom slučaju, ioni H + i HCO3-spojeva tvore karbonsku kiselinu H2CO3, koja se razgrađuje otpuštanjem CO2 (tj. Procesi su "u suprotnom smjeru"). I opet: konstanta Henry je jako ovisna o temperaturi. U toploj vodi, topljivost ugljičnog dioksida je mnogo manja, au ledenoj vodi - više. Ako zagrijavate bocu koja se ne ispire s vodom, tlak plina u njoj će se uvelike povećati.

http://www.bolshoyvopros.ru/questions/2215674-uglekislyj-gaz-i-voda-sozdajut-smes-v-butylke-s-gazirovkoj.html

Dodajte br

Sve o E-dodacima i hrani

E290 - Ugljični dioksid

Porijeklo:

Kategorija dodatka:

opasnost:

ugljični dioksid, E290, ugljični dioksid, ugljični dioksid, ugljični dioksid, ugljični dioksid.

Dodatak prehrani E290 (ugljični dioksid) koristi se u prehrambenoj industriji kao konzervans, regulator kiselosti i antioksidans. U svakodnevnom životu, aditiv E290 bolje je poznat kao ugljični dioksid.

Prema svojim fizikalnim svojstvima, ugljični dioksid je bezbojni plin, bez mirisa i blago kiselog okusa. Dodatak E290 može se otopiti u vodi da se dobije slaba ugljična kiselina. Kemijska formula ugljičnog dioksida: CO2.

U industrijskom mjerilu, ugljični dioksid se proizvodi iz dimnih plinova apsorbirajući ga s kalijevim karbonatom ili monoetanolaminom. Za to, mješavina industrijskih plinova prolazi kroz otopinu kalijevog karbonata. Ova otopina apsorbira ugljični dioksid, formirajući hidrokarbonat. Potom se otopina bikarbonata zagrijava ili podvrgava sniženom tlaku, zbog čega se iz njega oslobađa čista ugljična kiselina.

Osim toga, ugljični dioksid se može proizvesti u posebnim postrojenjima za odvajanje zraka, kao nusprodukt u ekstrakciji čistog kisika, argona i dušika.

U laboratorijskim količinama ugljični dioksid se proizvodi u malim količinama reagiranjem karbonata s kiselinama. Na primjer, tijekom reakcije krede s klorovodičnom kiselinom nastaje nestabilna ugljična kiselina, nakon čega slijedi razgradnja u ugljični dioksid i vodu:

Ugljični dioksid je dio atmosfere i mnogih živih stanica našeg tijela. Zbog toga se aditiv E290 može klasificirati kao relativno bezopasni prehrambeni aditiv.

Međutim, treba imati na umu da ugljični dioksid doprinosi ubrzanoj apsorpciji različitih tvari u sluznicu želuca. Taj se učinak očituje u brzoj intoksikaciji kao posljedici uporabe gaziranih alkoholnih pića.

Osim toga, gazirana pića nisu ništa drugo do slaba ugljična kiselina. Stoga je prekomjerna konzumacija E290 dopunjenih pića kontraindicirana za osobe s bolestima želuca i probavnog trakta (čirevi, gastritis).

Ima više bezopasnih "nuspojava" djelovanja ugljičnog dioksida na tijelo. Dakle, kada pijete gazirana pića, većina ljudi ima podrigivanje i "nadutost".

Postoji još jedno mišljenje o šteti prehrambenom aditivu E290. Jako gazirana pića mogu potaknuti "ispiranje" kalcija iz kostiju tijela.

U prehrambenoj industriji ugljični dioksid se koristi kao konzervans E290 u proizvodnji alkoholnih i bezalkoholnih pića. Ugljična kiselina nastala reakcijom ugljičnog dioksida s vodom ima dezinfekcijski i antimikrobni učinak.

Kod pečenja, dodatak E290 može se koristiti kao prašak za pecivo, dajući pomp pekarskim proizvodima.

Ugljični dioksid se široko koristi u proizvodnji proizvoda od vina. Podešavanjem količine ugljičnog dioksida u vinskoj kaši može se kontrolirati fermentacija.

Također, ugljični monoksid se može koristiti kao zaštitni plin tijekom skladištenja i transporta različitih prehrambenih proizvoda.

Ostale uporabe ugljičnog dioksida:

  • u proizvodnji zavarivanja kao zaštitna atmosfera;
  • u hlađenju u obliku "suhog leda";
  • u sustavima za gašenje požara
  • u pneumatici plinskih boca

Dodatak E290 dopušten je za uporabu u prehrambenoj industriji u gotovo svim zemljama svijeta, uključujući Ukrajinu i Rusku Federaciju.

http://dobavkam.net/additives/e290

Sustav ugljičnog dioksida i karbonata

Mnogi su akvaristi svjesni preporuka za korištenje vode koja je mekša i kisela nego za akvarijske vode za uzgoj ribe. Pogodno je za tu svrhu koristiti destiliranu vodu, mekanu i lagano kiselu, miješajući je s vodom iz akvarija. No, ispada da se u ovom slučaju tvrdoća izvorne vode smanjuje proporcionalno razrjeđenju, a pH ostaje gotovo nepromijenjen. Svojstvo održavanja vrijednosti pH, bez obzira na stupanj razrjeđenja, naziva se puferiranje. U ovom članku ćemo predstaviti glavne komponente pufera za akvarijske vode: kiselost vode - pH, sadržaj ugljičnog dioksida - CO2, karbonatna "tvrdoća" - dKN (ova vrijednost označava sadržaj hidrokarbonatnih iona HCO u vodi3 - ; u ribarskoj hidrokemiji taj se parametar naziva alkalnost), ukupna tvrdoća - dGH (za jednostavnost se pretpostavlja da su to samo kalcijevi ioni - Ca ++). Razmotrimo njihov utjecaj na kemijski sastav prirodne i akvarijske vode, stvarna svojstva pufera, kao i mehanizam utjecaja razmatranih parametara na organizam ribe. Većina kemijskih reakcija opisanih u nastavku je reverzibilna, stoga je važno prvo se upoznati s kemijskim svojstvima reverzibilnih reakcija; To je prikladno učiniti na primjeru vode i pH.

  • 6. CO2 i fiziologija disanja akvarijskih riba
  • 7. Mini-radionica
  • 8. Reference

1. O kemijskoj ravnoteži, mjernim jedinicama i pH

Iako je voda slaba, ona je još uvijek elektrolit, tj. Sposobna je disocijacije, opisana jednadžbom

Ovaj proces je reverzibilan, tj.

S kemijske točke gledišta, vodikov ion H + je uvijek kiselina. Ioni sposobni za vezanje, neutralizirajuća kiselina (H +) su baze. U našem primjeru, to su hidroksilni ioni (OH -), ali u akvarijskoj praksi, kao što će biti prikazano ispod, dominantna baza je hidrokarbonatni ion HCO3 -, "krutost" karbonatnih iona. Obje reakcije odvijaju se s prilično mjerljivim brzinama određenim koncentracijom: brzine kemijskih reakcija su proporcionalne proizvodu koncentracija reagirajućih tvari. Tako je za obrnutu reakciju disocijacije vode H + + OH -> H2O njezinoj brzini bit će izraženo kako slijedi:

K - koeficijent proporcionalnosti, nazvan konstanta brzine reakcije.
[] - uglaste zagrade označavaju molarnu koncentraciju tvari, tj. broj molova tvari u 1 litri otopine. Krtica se može definirati kao težina u gramima (ili volumen u litrama za plinove) od 6 × 10 23 čestica (molekula, iona) tvari - Avogadrov broj. Broj koji označava težinu 6 × 10 23 čestica u gramima jednak je broju koji označava težinu jedne molekule u daltonima.

Tako, na primjer, izraz [H2O] označava molarnu koncentraciju vodene otopine... vode. Molekulska masa vode je 18 daltona (dva atoma vodika na 1d, plus atom kisika od 16d), respektivno, 1 mol (1M) H2Oko 18 grama. Zatim 1 litra (1000 grama) vode sadrži 1000: 18 = 55,56 mola vode, tj. [H2O] = 55,56M = const.

Budući da je disocijacija reverzibilni proces (H2O - H + + OH -), zatim pod uvjetom da su brzine izravnih i obrnutih reakcija jednake (Vitd= VARR), dolazi do stanja kemijske ravnoteže u kojoj su reakcijski produkti i reaktanti u stalnim i određenim omjerima: Kitd[H2O] = KARR[H +] [HE -]. Ako su konstante kombinirane u jednom dijelu jednadžbe, a reagensi u drugom, dobivamo

gdje je K također konstanta i naziva se konstanta ravnoteže.

Posljednja jednadžba je matematički izraz tzv. zakon djelovanja masa: u stanju kemijske ravnoteže, odnos produkata ravnotežnih koncentracija reagensa je konstantan. Konstanta ravnoteže ukazuje na proporcije kemijske ravnoteže reagensa. Znajući vrijednost K, može se predvidjeti smjer i dubinu kemijske reakcije. Ako je K> 1, reakcija se odvija u smjeru prema naprijed, ako je K +] [OH -] / [H2O] = 1,8 • 10 -16. Od [H2O] = 55,56 = const, tada se može kombinirati s K na lijevoj strani jednadžbe. zatim:

Jednadžba disocijacije vode pretvorena u takav oblik naziva se ionski proizvod vode i označena je s Kw. K vrijednostw ostaje konstantan pri bilo kojoj vrijednosti koncentracija H + i OH-, tj. s povećanjem koncentracije vodikovih iona H + smanjuje se koncentracija hidroksilnih iona - OH - i obrnuto. Tako, na primjer, ako je [H +] = 10 -6, tada [OH -] = Kw/ [H +] = (10 -14) / (10-6) = 10 -8. Ali Kw = (10 -6). (10 -8) = 10 -14 = const. Iz ionskog produkta vode slijedi da u stanju ravnoteže [H +] = [OH -] = √Kw = •1 • 10 -14 = 10 -7 M.

Jedinstvenost odnosa između koncentracije vodikovih iona i hidroksila u vodenoj otopini omogućuje da se jedna od tih vrijednosti koristi za karakterizaciju kiselosti ili alkalnosti medija. Uobičajeno je koristiti vrijednost koncentracije vodikovih iona H +. Budući da je neprikladno raditi s vrijednostima reda 10 -7, 1909. godine švedski kemičar K.Serenzen predložio je da se za tu svrhu koristi negativni logaritam koncentracije vodikovih iona H + i odredio pH od lat. potentia hydrogeni - snaga vodika: pH = -lg [H +]. Tada se izraz [H +] = 10 - 7 može kratko napisati kao pH = 7. jer Predloženi parametar nema jedinica, zove se mjera (pH). Praktičnost Serensonovog prijedloga čini se očiglednom, ali su ga suvremnici kritizirali zbog neobičnog obrnutog odnosa između koncentracije vodikovih iona H + i pH vrijednosti: s povećanjem koncentracije H +, tj. s povećanjem kiselosti otopine, pH vrijednost se smanjuje. Iz ionskog produkta vode slijedi da pH može imati vrijednosti od 0 do 14 s neutralnom točkom pH = 7. Organi ljudskog okusa počinju razlikovati kiseli okus od vrijednosti pH = 3,5 i ispod.

Za akvarizam, raspon pH je 4,5–9,5 (samo će se razmotriti u nastavku), a sljedeća skala je tradicionalno usvojena s podjelom varijabilne cijene:

  • pH 8 - alkalna

U praksi, u većini slučajeva, grublja ljestvica s konstantnom cijenom podjele je mnogo informativnija:

  • pH = 5 ± 0,5 - kiseli
  • pH = 6 ± 0,5 - blago kiselinski
  • pH = 7 ± 0,5 - neutralan
  • pH = 8 ± 0,5 - blago alkalna
  • pH> 8,5 - alkalno

Okruženja s pH od 9,5 su biološki agresivna i treba ih smatrati neprikladnima za život stanovnika akvarija. Budući da je pH logaritamska vrijednost, promjena pH vrijednosti za 1 jedinicu znači promjenu koncentracije vodikovih iona za 10 puta, faktor 2 do 100 puta itd. Promjena koncentracije H + udvostručuje pH vrijednost za samo 0,3. jedinica.

Mnoge akvarijske ribe podnose 100 puta (tj. 2 pH jedinice) promjene u kiselosti vode bez posebne štete po zdravlje. Razdjeljivači haratsinovyh i drugi tzv. meke vode, bacati proizvođače iz općeg akvarija (često sa slabo alkalnom vodom) u mrijestilište (s blago kiselim) i natrag bez srednjeg prilagođavanja. Praksa također pokazuje da se većina stanovnika biotopa s kiselom vodom u zatočeništvu osjeća bolje u vodi s pH 7,0-8,0. S. Spott smatra da je pH 7,1–7,8 optimalan za slatkovodni akvarij.

Destilirana voda ima pH 5,5–6,0, a ne očekivani pH = 7. Da biste se nosili s ovim paradoksom, morate se upoznati s "plemenitom obitelji": CO2 i njegovi derivati.

2. CO2 S IZVRŠENIM, PH i PONOVNO MJERENIM JEDINICAMA

Prema Henryjevom zakonu, sadržaj plina u mješavini zraka u vodi proporcionalan je njegovoj frakciji u zraku (parcijalni tlak) i koeficijentu apsorpcije. Zrak sadrži do 0,04% CO2, što odgovara njegovoj koncentraciji do 0,4 ml / l. Omjer apsorpcije CO2 voda = 12.7. Zatim 1 litra vode može otopiti 0,6–0,7 ml CO2 (ml, ne mg!). Za usporedbu, njegov biološki antipod je kisik, sa sadržajem od 20% u atmosferi i koeficijentom apsorpcije od 0,05, ima topljivost od 7 ml / l. Usporedba koeficijenata apsorpcije pokazuje da je, s jednakim uvjetima, topivost CO2 značajno premašuje topljivost kisika. Pokušajmo shvatiti zašto takva nepravda.

Za razliku od kisika i dušika, ugljični dioksid - CO2, nije jednostavna tvar, već kemijski spoj - oksid. Kao i drugi oksidi, on reagira s vodom da bi stvorio oksidne hidrate i, kao i drugi nemetali, njegov hidroksid je kiselina (ugljik):

Kao rezultat toga, veća relativna topljivost ugljičnog dioksida je posljedica kemijskog vezanja s vodom, koja se ne događa s kisikom ili dušikom. Pažljivo razmotrite kisela svojstva ugljične kiseline, primjenjujući zakon masovnog djelovanja i uzimajući u obzir da [H2O] = const:

ovdje K1 i K2 - konstante disocijacije ugljične kiseline u 1 i 2 stupnju.

Jonah NSO3 - nazivaju se bikarbonati (u staroj literaturi, bikarbonati) i CO ioni3 -- - karbonati. Red K1 i K2 sugerira da je ugljična kiselina vrlo slaba kiselina (K1 K2).

Iz jednadžbe K1 Možete izračunati koncentraciju vodikovih iona H +:

Ako izrazimo koncentraciju H + u smislu pH, kao što su to učinili Henderson i Hasselbalch u svoje vrijeme za teoriju pufernih otopina, dobivamo:

gdje, analogno s pH, pK1 = -lgK1 = -lg4 • 10 -7 = 6.4 = const. Zatim je pH = 6.4 + lg [HCO3 - ] / [CO2]. Posljednja jednadžba poznata je kao Henderson-Hasselbalchova jednadžba. Najmanje dva važna zaključka slijede Henderson-Hasselbalchovu jednadžbu. Prvo, za analizu pH vrijednosti potrebno je i dostatno znanje o koncentracijama komponenti samo CO.2-sustav. Drugo, pH vrijednost određena je omjerom koncentracija [HCO3 - ] / [CO2], a ne obrnuto.

Od sadržaja [HCO3 - ] nepoznato, za izračunavanje koncentracije H + u destiliranoj vodi možete koristiti formulu prihvaćenu u analitičkoj kemiji [H +] = √K1[CO2]. Zatim je pH = -lg√K1[CO2]. Da bismo procijenili pH vrijednost koja nas zanima, vratimo se mjernim jedinicama. Iz Henryjevog zakona je poznato da je koncentracija CO2 u destiliranoj vodi je 0,6 ml / l. Izraz [CO2] znači molarnu koncentraciju (vidi gore) ugljičnog dioksida. 1M CO2 težina je 44 grama, a pod normalnim uvjetima ima volumen od 22,4 litre. Zatim, da bi se riješio problem, potrebno je odrediti koji omjer 1M, tj. od 22,4 litara, čine 0,6 ml. Ako je koncentracija CO2 izražene nisu u volumenu, već u jedinicama mase, tj. u mg / l, tada se željena frakcija treba uzeti u obzir od molarne mase CO2 - od 44 grama. Tada će tražena vrijednost biti:

pri čemu je x volumen (ml / 1), y je težina (mg / l) koncentracije CO2. Najjednostavniji izračuni daju približnu vrijednost 3 • 10 -5 M CO2 ili 0.03 mM. tada

što je u skladu s izmjerenim vrijednostima.

Iz Henderson-Hasselbalchove jednadžbe može se vidjeti kako pH vrijednost ovisi o omjeru [HCL3 - ] / [CO2]. Približno možemo pretpostaviti da ako koncentracija jedne komponente premašuje koncentraciju druge 100 puta, tada se ona može zanemariti. Zatim s [NSO3 - ] / [CO2] = 1/100 pH = 4,5, što se može smatrati donjom granicom za CO2-sustav. Manje pH vrijednosti su posljedica prisutnosti drugih mineralnih kiselina, kao što su sumporna, klorovodična, a ne ugljična. Sa [NSO3 - ] / [CO2= 1/10, pH = 5,5. Sa [NSO3 - ] / [CO2] = 1, ili [NSO3 - ] = [CO2], pH = 6,5. Sa [NSO3 - ] / [CO2] = 10, pH = 7,5. Sa [NSO3 - ] / [CO2= 100, pH = 8,5. Vjeruje se da pri pH> 8,3 (ekvivalentna točka fenolftaleina) slobodni ugljični dioksid u vodi praktički ne postoji.

3. PRIRODNA VODA I UNUTARNJI RIBOLOV

U prirodi, atmosferska vlaga, zasićena CO2 zrak i ispadanje s oborinama, filtrirani kroz geološku koru vremenskih uvjeta. Smatra se da tamo, u interakciji s mineralnim dijelom kore vremenskih uvjeta, obogaćuje se tzv. tipomorfni ioni: Ca ++, Mg ++, Na +, SO4 --, Sl - i oblikuje njegov kemijski sastav.

Međutim, djela V.I. Vernadsky i B. B. Polinov je pokazao da kemijski sastav površinskih i podzemnih voda regija s vlažnom i umjereno vlažnom klimom formira prvenstveno tlo. Utjecaj kore vremenskih uvjeta povezan je s njegovom geološkom dobi, tj. sa stupnjem ispiranja. Rastući ostaci biljaka isporučuju se u CO2, NSO3 - i elementi pepela u omjeru koji odgovara njihovom sadržaju u živoj biljnoj tvari: pepeo> Na> Mg. Zanimljivo je da u gotovo cijelom svijetu pitka voda koja se koristi u akvariumistici također sadrži bikarbonat-ion HCO kao dominantni anion.3 -, i među kationima, Ca ++, Na +, Mg ++, često s nekim Fe. A površinske vode vlažnih tropa općenito su iznenađujuće ujednačene u kemijskom sastavu, koje se razlikuju samo po stupnju razrjeđenja. Tvrdoća takvih voda izuzetno rijetko dostiže vrijednosti (8 ° dGH), obično do 4 ° dGH. Zbog činjenice da je u takvim vodama [CO2] = [HCO3 - ], imaju slabu kiselinsku reakciju i pH od 6.0-6.5. Obilje lišća i njegovo aktivno uništavanje s velikom količinom oborina može dovesti do vrlo visokog sadržaja CO u takvim vodama.2 i humusne tvari (fulvične kiseline) u gotovo potpunoj odsutnosti elemenata pepela. To su tzv. „Crne vode“ Amazonije, u kojima vrijednost pH vrijednosti može pasti na 4,5 i dodatno zadržati tzv. vlažni pufer.

O održavanju S2 u prirodnim vodama utječe na njihovu pokretljivost. Tako u tekućim vodama CO2 sadržana je u koncentraciji od 2–5 mg / l (do 10), dok u stajaćim vodama močvara i ribnjaka te vrijednosti dosežu vrijednost od 15–30 mg / l.

U suhim i siromašnim vegetacijskim regijama na nastanak ionskog sastava površinskih voda značajno utječe geološka starost stijena koje čine koru za preživljavanje i njihov kemijski sastav. U njima će se pH i proporcije tipomorfnih iona razlikovati od gore navedenih. Kao rezultat, voda se formira sa značajnim sadržajem SO4 - i Sl -, a iz kationa Na + sa značajnim udjelom Mg ++ mogu prevladati. Povećanje ukupnog sadržaja soli - mineralizacija. Ovisno o sadržaju hidrokarbonata, pH vrijednost tih voda varira u prosjeku od pH 7 ± 0,5 do pH 8 ± 0,5, a tvrdoća je uvijek viša od 10 ° dGH. U stabilnim alkalnim vodama, pri pH> 9, glavni kationi uvijek će biti Mg ++ i Na + s primjetnim sadržajem kalija, budući da se Ca ++ taloži u obliku vapnenca. U tom smislu, vode Velike afričke Rift Valley, koji je karakterizira tzv. zaslanje sode. U isto vrijeme, čak i vode takvih divova kao što su jezero Victoria, Malavi i Tanganjika karakterizira visoka mineralizacija i tako visok sadržaj hidrokarbonata da karbonatna „tvrdoća“ u njihovim vodama prelazi ukupnu tvrdoću: dKH> dGH.

CO sadržan u vodi2 i njegovi derivati, bikarbonati i karbonati međusobno su povezani tzv. ravnoteža ugljičnog dioksida:

U onim regijama gdje je kora za raspadanje mlada i sadrži vapnenac (CaCO3) ravnoteža ugljikovog dioksida izražena je jednadžbom

Primjenjujući na tu jednadžbu zakon djelovanja masa (vidi gore) i uzimajući u obzir da je [H2O] = const i [CaCO3] = const (čvrsta faza), dobivamo:

gdje kCO2 - konstanta ravnoteže ugljičnog dioksida.

Ako su koncentracije aktivnih tvari izražene u milimolima (mM, 10 -3 M), tadaCO2 = 34,3. Iz jednadžbe KCO2 vidljiva nestabilnost hidrokarbonata: u odsutnosti CO2 odnosno s [CO2] = 0, jednadžba nema smisla. U odsutnosti ugljičnog dioksida, bikarbonati se razgrađuju do CO.2 i alkalizirana voda: HCO3 - → HE - + WITH2. Sadržaj slobodnog CO2 (za "beživotnu" vodu je vrlo beznačajno), koja osigurava stabilnost zadane koncentracije hidrokarbonata pri konstantnom pH, naziva se ravnotežni ugljični dioksid - [CO2]r. To je povezano i sa sadržajem ugljičnog dioksida u zraku i sa dKH vode: s povećanjem dKN, količina [CO2]r. Sadržaj CO2 u prirodnim vodama, u pravilu, blizu je ravnoteže, i upravo je to njihova osobina, a ne dKH, dGH i pH vrijednosti, najčešće razlikuju stanje prirodnih voda od akvarijske vode. Jednadžba rješavanja kCO2 relativno S2, Možete odrediti koncentraciju ugljičnog dioksida u ravnoteži:

Budući da su pojmovi ukupne tvrdoće, karbonatne "tvrdoće" i kiselosti kultni u slatkovodnom akvariju, zanimljivo je da su jednadžbe:

kombinirati ih u jedan sustav. Dijeljenje KCO2 na K1 dobivamo generaliziranu jednadžbu:

Sjetite se da su [H +] i pH obrnuto proporcionalni. Potom posljednja jednadžba pokazuje da su parametri: dGH, dKH i pH izravno proporcionalni. To znači da će u stanju blizu ravnoteže plina povećanje koncentracije jedne komponente dovesti do povećanja koncentracije drugih. To svojstvo jasno se vidi kada uspoređujemo kemijski sastav prirodnih voda različitih regija: oštrije vode karakteriziraju više vrijednosti pH i dKH.

Za ribe, optimalni sadržaj CO2 čini 1–5 mg / l. Koncentracije više od 15 mg / l opasne su po zdravlje mnogih vrsta akvarijskih riba (vidi dolje).

Tako, sa stajališta ravnoteže ugljičnog dioksida, sadržaj CO2 u prirodnim vodama uvijek blizu [CO2] str.

4. O AKVARIJSKOJ VODI I PROIZVODNJI TOPLINE

Akvarijska voda nije ravnoteža u smislu CO2 u načelu. Mjerenje ugljičnog dioksida pomoću CO2-test omogućuje određivanje ukupnog ugljičnog dioksida - [CO2]društvo, čija je vrijednost, u pravilu, veća od koncentracije ravnotežnog ugljikovog dioksida - [CO2]društvo> [CO2]r. Taj se višak naziva neravnotežni ugljični dioksid - [CO2]NER. tada

Oba oblika ugljičnog dioksida, i ravnotežna i neravnotežna, nisu mjerljivi, već samo izračunati parametri. To je neravnotežni ugljični dioksid koji omogućuje aktivnu fotosintezu vodenih biljaka i, s druge strane, može stvoriti probleme pri čuvanju određenih vrsta riba. U dobro uravnoteženom akvariju, prirodne dnevne fluktuacije u sadržaju ugljičnog dioksida ne dovode do pada njegove koncentracije ispod [CO2]r i ne prelaze mogućnosti pufera akvarijske vode. Kao što će biti prikazano u sljedećem poglavlju, amplituda tih oscilacija ne smije prelaziti ± 0,5 [CO2]r. Ali s povećanjem sadržaja ugljičnog dioksida za više od 0,5 [CO2]r, dinamika traženih komponenti S2-sustavi - dGH, dKH i pH bit će vrlo različiti od prirodnih: ukupna tvrdoća (dGH) u takvoj situaciji povećava se u odnosu na pozadinu padajućih vrijednosti pH i dKN. Upravo takva situacija može bitno razlikovati akvarijsku vodu od prirodne vode. Povećanje dGH nastaje kao rezultat otapanja vapnenačkog tla. U takvoj vodi mogu se ometati vitalni procesi izmjene plina u ribljem tijelu, posebice - uklanjanje CO2, a patološki procesi koji se pojavljuju često dovode do pogrešaka u procjeni situacije (vidi dolje). U akvarijima morskih grebena takva voda može otopiti svježe precipitirani CaCO3 tvrdi kostur koralja, uključujući i na mjestu ozljede, što može dovesti do odvajanja tijela polipa od kostura i smrti životinje tijekom dobrobiti akvarija prema drugim parametrima.

Uz obilje vodenih biljaka, situacija je moguća kada je [CO2]društvo ++ +CO3 -- (Rr). Primjenjujući zakon djelovanja mase dobivamo: [Ca ++] [CO3 -- ](Rr)/ [CaCO3](Krutina).= K Jer [CaCO3](Krutina).= const (čvrsta faza), zatim [Ca ++] [CO3 -- ](Rr)= K jer posljednja jednadžba karakterizira sposobnost tvari da se otopi, a takav produkt koncentracija zasićenih iona teško topivih tvari naziva se produkt topivosti - PR (usporedi s ionskim produktom vode Kw).

OLCaCO3 = [Ca ++] [CO3 -- ] = 5 • 10 -9. Kao ionski produkt vode, PRCaCO3 ostaje konstantna bez obzira na promjene u koncentraciji kalcijevih iona i karbonata. Zatim, ako je vapnenac prisutan u tlu akvarija, karbonatni ioni uvijek će biti prisutni u vodi u količini određenoj PR-omCaCO3 i ukupna krutost:

U prisutnosti neravnotežnog ugljikovog dioksida u vodi, odvija se sljedeća reakcija:

što smanjuje koncentraciju zasićenja karbonatnih iona [CO3 -- ]. Kao rezultat toga, u skladu s produktom topljivosti, kompenzacijske količine CO će ući u vodu.3 -- iz caso3, odnosno vapnenac će se početi otapati. Od sb2+H2O = H + + NSO3 -, značenje gornje jednadžbe može se preciznije formulirati: CO3 -- +H + = NSO3 -. Posljednja jednadžba kaže da su karbonati u vodi u skladu s PRCaCO3, neutralizira kiselinu (H +) nastalu otapanjem CO2, pri čemu pH vode ostaje nepromijenjen. Tako smo postupno došli do točke u kojoj smo započeli razgovor:

5. SUSTAV KARBONATNOG BUFERA

Rješenja se nazivaju puferima ako posjeduju dva svojstva:

O: pH vrijednost otopina ne ovisi o njihovoj koncentraciji ili o stupnju razrjeđenja.

B: Dodavanje kiseline (H +) ili alkalija (OH -), njihova pH vrijednost malo se mijenja sve dok se koncentracija jedne od komponenti otopine pufera ne promijeni za više od polovice.

Ta svojstva imaju otopine koje se sastoje od slabe kiseline i njene soli. U akvarijskoj praksi ova kiselina je ugljični dioksid, a njegova dominantna sol je kalcijev bikarbonat - Ca (HCO3)2. S druge strane, povećanje CO2 iznad ravnoteže je ekvivalent dodavanja kiseline u vodu - H +, a snižavanje njegove koncentracije ispod ravnoteže je ekvivalentno dodavanju alkalija - OH - (razgradnja bikarbonata - vidi gore). Količina kiseline ili lužine koja se mora dodati u pufersku otopinu (akvarijska voda), tako da se pH vrijednost promijeni za 1 jedinicu, naziva se kapacitet pufera. Iz toga slijedi da se pH akvarijske vode počinje mijenjati prije nego što je njegov kapacitet pufera iscrpljen, ali nakon što je kapacitet pufera iscrpljen, pH se mijenja već ekvivalentan količini uvedene kiseline ili lužinama. Temelj tamponskog sustava je tzv. Le Chatelierov princip: kemijska ravnoteža uvijek se pomiče u smjeru suprotnom od primijenjenog učinka. Razmotrimo svojstva A i B tamponskih sustava.

A. Neovisnost pH pufernih otopina na njihovu koncentraciju izvedena je iz Henderson-Hasselbalchove jednadžbe: pH = pK1 +lg [HCO3 - ] / [CO2]. Zatim pri različitim koncentracijama HCO3 - i CO2 njihov stav [HCO3 - ] / [CO2] može biti nepromijenjena. Na primjer, [HCO3 - ] / [CO2= 20/8 = 10/4 = 5/2 = 2.5 / 1 = 0.5 / 0.2 = 2.5, - tj. različitim vodama, koje se razlikuju po vrijednosti karbonatne "tvrdoće" dKN i sadržaju CO2, ali sadržavati ih u istom omjeru imat će istu pH vrijednost (vidi također poglavlje 2). Takve će se vode zasigurno razlikovati po svojoj pufernoj sposobnosti: što je veća koncentracija komponenata tamponskog sustava, to je veća njegova zaštitna sposobnost i obrnuto.

Akvaristi se susreću s tim svojstvima tamponskih sustava, obično tijekom proljetnih i jesenskih poplava, ako se stanice za unos vode opskrbljuju površinom umjesto arteški. Tijekom tih razdoblja, kapacitet pufera može se smanjiti do te mjere da neke vrste riba ne podnose tradicionalno gusto slijetanje. Tada se počinju pojavljivati ​​priče o misterioznim bolestima, na primjer, skalarne ili swordtails, i protiv kojih su svi lijekovi nemoćni.

B. Možete govoriti o trima tamponima akvarijske vode, od kojih je svaka stabilna u svom rasponu pH:

2. pH = 8,3 NSO3 - bikarbonatni pufer

Razmotrimo svojstvo B u dvije verzije: var. B1 - s povećanjem CO sadržaja2 i var. B2 - uz smanjenje sadržaja.

B1. Koncentracija CO2 povećava (čvrsto slijetanje, vrlo stara voda, prejedanje).

Kisela svojstva CO2 manifestiraju se u stvaranju vodikovih iona H + kada ona interagira s vodom: CO2+H2O → N + + NSO3 -. Zatim se povećava koncentracija CO2 ekvivalentno povećanju koncentracije vodikovih iona H +. Prema principu Le Chateliera, to će dovesti do neutralizacije H +. U ovom slučaju, međuspremnici rade na sljedeći način.

Karbonatni pufer 3: u prisutnosti karbonatnog tla, vodikovi ioni bit će apsorbirani u karbonatima prisutnim u vodi: H + + CO3 -- → NSO3 -. Posljedica ove reakcije bit će otapanje CaCO3 tlo (vidi gore).

Bikarbonatni pufer 1 - 2reakcijom H + + HCO3 - → CO2+ H2A. Stabilnost pH će se postići smanjenjem karbonatne "tvrdoće" dKH i uklanjanjem nastalog CO2 - bilo zbog fotosinteze ili zbog njezine difuzije u zrak (uz odgovarajuću prozračivanje).

Ako je izvor viška CO2 neće se ukloniti, s padom dKN vrijednosti dva puta od početnog, pH vode će se početi smanjivati ​​s popratnim padom kapaciteta pufera i povećanjem ukupne tvrdoće. Kada se pH vrijednost smanji za 1 jedinicu, kapacitet puferskog sustava će se iscrpiti. Pri pH = 6,5, sadržaj preostalih bikarbonata [HCO3 - ] = [CO2], i pri pH - → H + + CO3 --. Zatim nakon smanjenja sadržaja

CO2, proporcionalno će se smanjiti udio hidrokarbonata i vrijednost omjera [NSO3 - ] / [CO2] ostaju konstantne (vidi svojstvo A, Henderson-Hasselbalchova jednadžba). Kada sadržaj ugljičnog dioksida padne ispod 0,5 [CO2]r, pH vrijednost će se početi povećavati i može se povećati na pH = 8,3. Nakon postizanja te vrijednosti, bikarbonatni pufer 1 iscrpljuje svoje mogućnosti, jer u takvoj vodi CO2 praktički odsutan.

Bikarbonatni pufer 2 zadržava pH vrijednost = 8,3. Ova brojka slijedi iz formule [H +] =.K1K2, gdje k1 i K2 - 1. i 2. konstante disocijacije ugljične kiseline (vidi gore). zatim:

tj PH vrijednost bilo koje otopine hidrokarbonata je konstantna, ne prelazi pH = 8,3 i posljedica je vrlo kemijske prirode tih tvari.

U odsutnosti CO2 ugljikovodici se razgrađuju jednadžbom:

NSO3 - → CO2+OH - alkaliziranje vode i isticanje CO2, koje biljke troše. No, isti bikarbonat neutralizira OH - prema shemi: PDV3 - → CO3 -- +H +; i H + + OH - → H2A. Stoga će pH vrijednost biti stabilna, što odražava sažetak jednadžbe:

Stabilnost PH ponovno se postiže smanjenjem količine bikarbonata, tj. snižavanjem kapaciteta pufera vode. Međutim, dKN akvarijski test ne osjeća ovo smanjenje zbog karakteristika same metode analize.

Budući da bikarbonatni ion može disocirati i kiseli i bazični tip, to jest: HCO3 - → H + + CO3 -- i NSO3 - → HE - + WITH2, Ovaj karbonatni „krutost“ dKN (sadržaj ugljikovodika) također je puferski sustav.

Umjetno uvođenje bikarbonata u vodu (obično u obliku sode bikarbone) ponekad se prakticira kada se u trgovini morskim akvarijima čuvaju ciklide iz Velikih afričkih jezera. U ovom slučaju provode se dvije strategije: povećanje kapaciteta pufera akvarijske vode i povećanje pH vrijednosti na 8,3.

Ako je količina CO2 u akvarijskoj vodi će se još više smanjivati, a kada se njezin sadržaj prepolovi u odnosu na ravnotežu, pH vode će početi rasti. Kada pH vrijednost premaši pH = 8,3, ugljični dioksid iz vode nestaje, a anorganski ugljik zastupljen je samo bikarbonatima i karbonatima.

Karbonatni pufer 3. Kada karbonat prelazi koncentraciju koja odgovara proizvodu topljivosti [CO3 -- ] = PRCaCO3/ [Ca ++], CaCO kristali će se formirati u vodi3. Budući da je glavni i jedini potrošač CO2 u slatkovodnom akvariju su vodene biljke, a dotični se procesi uglavnom odvijaju na površini zelenog lista. Povećanjem pH> 8,3, površina zrelih listova počinje se prekrivati ​​krečom od vapna, što je izuzetan supstrat za rast algi. Vezivanje CO karbonata3 --, formiranje CaCO3 također održava pH stabilnost. Međutim, u odsustvu Ca ++ iona (u vrlo mekoj vodi), uz aktivnu fotosintezu, povećanje koncentracije karbonata će povećati pH vrijednost zbog hidrolize karbonata: CO3 -- +H2O → ON - + NSO3 -.

S povećanjem pH vrijednosti za 1 jedinicu, u odnosu na početnu, kapacitet pufera vode će se iscrpiti, a uz nastavak pada sadržaja CO2, pH vrijednost može brzo porasti do rizičnog pH> 8,5. Kao rezultat, pad CO2 u akvarijskoj vodi povećat će pH vrijednost uz blago smanjenje ukupne tvrdoće. U takvoj vodi (kao jako neravnoteže, kao u opciji B1), mnoge meke vode će se osjećati vrlo neugodno.

Tako karbonatni puferni sustav vode kombinira tradicionalne akvarijske hidrokemijske parametre: ukupnu i karbonatnu tvrdoću, pH i sadržaj CO.2. Među dGH - pH - dKH - CO2 najkonzervativniji parametar je dGH, a najviše nepostojan je CO2. Prema stupnju promjene dGH, pH i osobito dKH u usporedbi sa smirujućom, aeriranom vodom iz slavine, može se procijeniti stupanj intenziteta procesa disanja i fotosinteze u akvariju. Iscrpljivanje kapaciteta spremnika akvarijske vode, kako u jednom tako iu drugom smjeru, tako mijenja njegovu sposobnost apsorpcije CO2, da je to svojstvo koje ga često pretvara u jako neravnotežno u smislu CO2 i radikalno se razlikuje od prirodnog. Promjene u sposobnosti akvarijske vode da apsorbira CO koje izdaje riba2, može premašiti fiziološke sposobnosti tijela riba za njegovo uklanjanje. Budući da to utječe na zdravlje riblje populacije akvarija, trebate se upoznati sa značajkama fizioloških učinaka CO2 na tijelu ribe.

© Alexander Yanochkin, 2005
© Aqua Logo, 2005

http://www.aqualogo.ru/co2-1

Pročitajte Više O Korisnim Biljem