В этой, уже третьей по счету статье, мы, наконец-то, можем использовать более привычную и известную многим терминологию в нашем изучении химии воды. Мы поговорим о двух параметрах воды, тесты на которые есть в любом наборе аквариумиста: рН и щелочность. Не взирая на то, держим ли мы африканских цихлид, травник или рифовый аквариум – эти два параметра воды влияют на то, будет ли аквариум успешным и цветущим, либо мы получим ничем не приглядную «банку». От уровня рН зависит как молекулы в воде будут контактировать друг с другом и с другими существами, живущими в воде. Значение кН(Alkalinity) определяет на сколько хорошо вода в нашем аквариуме может потдерживать основный рН.

pH.
Спросите у любого аквариумиста, что он понимает под словами «уровень рН», и я уверен, примерно 90% из них ответит что-то вроде: «Вы измеряете на сколько кислой является вода». Конечно, этот ответ будет правильным, но это понятие намного шире, чем кажется поначалу. Термин «кислотность» означает количество избыточных протонов и электронов, которые присутствуют в воде. Протоны и электрон для всех ионов и молекул. Протоны производят положительный заряд, который притягивает отрицательный заряд электронов, и наоборот.

Любой атом, ион или молекула постоянно пытается достичь одинакового количества протонов и электронов, т.к. по достижению такого равенство химическое вещество считается стабильным. Химические реакции – это механизм, с помощью которого выравнивается баланс между количеством протонов и электронов. Например, поваренная соль состоит из одного иона соды, в котором больше протонов, чем электронов (т.е. имеет положительный заряд), а так же из одного иона хлора, в котором больше электронов, чем протонов (имеет отрицательный заряд). Когда эти два иона связываются ион соды получает електрон, а ион хлора получает дополнительный протон. Таким образом в молекуле поваренной соли содержится равное количество протонов и электронов.

К сожалению рН не указывает окончательно прямо: в вашей воде содержится «х» количество электронов и «у» количество протонов. Поэтому я заранее извиняюсь о том объеме химической информации, в который собираюсь вас погрузить, рН не измеряет количество каждого протона и электрона в воде, как, в принципе, не измеряет электроны в общем. рН помогает измерять количество протонов, которые присутствуют в воде в форме иона водорода (Н+). Буквы «р» и «Н» означают потенциал иона водорода. Поэтому когда вы с помощью обычного теста измеряете уровень рН, который показывает значение от 1 и до 6.9999, это означает, что измеряемая вода считается кислой и в ней много лишних протонов. Это так же означает, что ваша вода будет очень просто реагировать с отрицательно заряженными ионами. Что же означает, если тест на уровень рН показывает цифры между 7.0001 и 14? Уровень рН 7.0000 считается нейтральным, в такой воде нет лишних протонов, а показатели выше этой цифры означают, что в воде число протонов отрицательное.

Существует такое понятие, как «основа воды», «окисляемость воды» base, которое означает способность любого химического вещества принимать протоны. Другими словами, это означает химический элемент с негативным зарядом (дополнительным электроном), которое может вступать в реакцию с дополнительными протонами. Таким образом, когда наш домашний тест на уровень рН показывает нам результат около 7.0000, мы знаем, что в нашей воде есть лишние электроны. Чтобы в воде начали накапливаться избыточные протоны в воду нужно добавлять определенное количество кислоты.

Кислотно-основные взаимодействия.
В начале статьи я писал, что уровень рН в воде определяет, как химический элементы воды будут реагировать друг с другом и с водными жителями. Например, если рН показывает, что вода – кислая, что означает наличие в ней избыточных ионов водорода (экстра протонов). Таким образом химические элементы в воде будут вступать в реакцию с химическими элементами с избыточным количеством электронов более активно. Здесь можно привести самый простой пример – токсичность аммиака. Фактически мы имеем дело с двумя формами аммиака: NH3 (аммиак) и NH4+ (аммоний). Сам по себе Аммоний не очень токсичен для рыб, в то время как аммиак наоборот, очень опасен. Между этими двумя молекулами существуют различия: у Аммония есть экстра протон (Н+). Так скоро, как уровень рН поднимется выше 7.0, этот избыточный протон аммония реагирует с избыточными электронами в воде, образовывая молекулу аммиака. Эту реакцию можно изобразить в виде уравнения:
NH4+ + NaOH NH3 + H+ + Na+ + OH- NH3 + H2O + Na+
NH3 + CH3CO2H NH3 + CH3CO2- + H+ NH4+ + CH3CO2-
Каждое существо, живущее в воде, определенным образом реагирует на параметры воды каждый день. Например, кровь рыбы содержит уровень рН примерно 7,4. Эта кровь, особенно в районах жабр, отделена от внешней среды (воды) двумя или тремя слоями клеток. У карликовых цихлид из очень кислой воды в притоках Амазонки кровеносная система отделена от воды двумя слоями клеток, чтобы была возможность приспособления к уровню рН в воде к уровню рН крови рыб. Если мы поместим этих рыб в аквариум, в котором у воды уровень рН достаточно высокий, рыба не сможет адаптироваться нужным образом.

Щелочность.
Щелочность часть называют карбонатная жесткость воды (КН), что добавляет путаницы этого параметра с Общей жесткостью воды. Напоминаю, что GH и КН это два разных параметра воды. Как мы уже узнали из прошлой статьи, GH показывает сколько катионов находится в воде. В свою очередь, щелочность измеряет количество в воде анионов. Аннион – это обычный ион, который имеет отрицательный заряд. Эти анионы вступают в реакцию с любыми кислотами (Н+), которые попадают в воду, нейтрализуя их и поддерживая высокий уровень рН. В аквариумах из наиболее часто встречающихся составляющих щелочности считаются: бикарбонат и карбонат. Другими словами мы можем определить функцию щелочности, как способность воды абсорбировать кислоты без затрагивания показателей рН.
Щелочность состоит из трех различных значений, которые часто упоминаются в аквариумистике. В США это части на миллион (Parts Per Million (ppm)), а , например, в Германии используют обозначение Степень карбонатной жесткости (Degrees of Carbonate Hardness (dKH). И, естественно, существует научное название – миллиэквиваленты на литр (Milliequivalents Per Liter (Meq/L). Вот простая формула, которая поможет конвертировать эти показатели:
50 ppm (mg/L) = 1 meq/L = 2.8 dKH
Роль уровня щелочности очень важна. Например, все мы знаем, что Африканские цихлиды во многих озерах живут в воде с уровнем рН 8.0. Отходы их жизнедеятельности кислые по природе и наличие их большого количества в воде будет постепенно понижать уровень рН в аквариуме. Здесь вступают в игру анионы, которые нейтрализуют эти кислоты, пока на начал понижаться уровень рН.

Итак, мы сделали это! Вероятно, это была самая важная из всех статей. Не волнуйтесь, если для того, чтобы понять, вам придется перечитать ее пару раз, так как мне пришлось переписывать и корректировать ее много раз. Я очень надеюсь, что после ее прочтения, вы сможете лучше понять как рН и щелочность влияет на жизнь водных обитателей. В следующей статье, которую я собираюсь представить на ваше рассмотрение, будет идти речь о азотном цикле.

Лени Ламби (Lenny Llambi)
www.aquarticles.com
Перевод Юлия Матухно.
Подготовил и разместил Никита Матухно.