Główny Zboża

Rozpuszczalność dwutlenku węgla w wodzie i inne problemy.

Drogi Olegu Mosinie! Przeczytałem twój artykuł „Woda bez powietrza (gazy)” na stronie www.o8ode.ru/article/answer/voda_bez_vozduha_gazov.htm. Pozwól, że zadam ci osobiście pytanie. Jestem biologiem z pewną podstawową wiedzą chemiczną. Pytanie dotyczy rozpuszczalności dwutlenku węgla w wodzie. Istota tego procesu. Część rozpuszczonego gazu oddziałuje z wodą tworząc kwas węglowy, który dysocjuje na wodorowęglany i jony wodorowe. Znając stałą dysocjacji, zawartość rozpuszczonego dwutlenku węgla, możemy obliczyć wskaźnik kwasowości i zawartość samego kwasu węglowego - jest on pomijalny.

Pytanie brzmi: co zatrzymuje resztę dwutlenku węgla w wodzie, ponieważ nie znajduje się w fazie gazowej, w przeciwnym razie natychmiast odparowałaby? Nigdzie nie mogę znaleźć odpowiedzi na to pytanie: co utrzymuje sam dwutlenek w wodzie? Czy może tworzyć wiązania wodorowe z cząsteczkami wody? Ponieważ wiązania wodorowe mogą być tworzone między atomem wodoru połączonym z atomem elektroujemnym i elementem elektroujemnym mającym wolną parę elektronów (O, F, N)?

I jeszcze jedno pytanie. Przy pH = 3 reakcja dysocjacji przesuwa się w lewo, kwas węglowy rozkłada się na dwutlenek węgla i wodę. I rozpuszczony dwutlenek? Wszystkie te kwestie związane są z procesem oddychania u owadów i wybuchowym uwalnianiem dwutlenku węgla z tchawicy. Działanie anhydrazy węglanowej katalizujące proces wiązania dwutlenku węgla z wodą i powstawanie wodorowęglanu jest bezpośrednio związane z tymi pytaniami. Ale nie wiem, że jedna z licznych izoform anhydrazy węglanowej katalizuje proces odwrotny. W przypadku karbohemoglobiny wszystko jest jasne - efekt Bohra. Ale wodorowęglan przedostaje się do pęcherzyków z osocza krwi, co indukuje proces wiązania się z protonem? Jaka jest kinetyka tego procesu?

Byłbym bardzo wdzięczny, gdybyś wyjaśnił te pytania lub wyjaśnił kierunek poszukiwania odpowiedzi.

Z poważaniem, Vladimir.

Na ogół, o ile wiem, rozpuszczalność dwutlenku węgla w wodzie jest wyższa dla wszystkich gazów, jest około 70 razy wyższa niż rozpuszczalność tlenu i 150 razy większa niż rozpuszczalność azotu o współczynniku adsorpcji dwutlenku węgla 12,8, co odpowiada rozpuszczalności 87 ml gazu w 100 mg wody. Oczywiście można założyć, na przykład, że CO2 jakoś osadzony w zamkniętych klastrach wodnych i trzymany w nich, jak w przypadku..... Ale ten proces raczej się nie odbędzie. Rozpuszczalność gazów w wodzie jest różna i zależy zarówno od czynników zewnętrznych - temperatury i ciśnienia, jak i od natury samego gazu oraz jego zdolności do chemicznego reagowania z wodą (jak w przypadku dwutlenku węgla, który rozpuszcza się w wodzie z powodu reakcji chemicznej z z kolei powstawanie kwasu węglowego, dysocjującego na jony H + i HCO - 3). Ale z drugiej strony tylko 1% Z2, obecny w roztworze wodnym jest w nim obecny w postaci H2Z3. Ta niespójność została zauważona przez wielu badaczy. Dlatego dla wygody obliczeń równań chemicznych, pKa a pH jest uważane za cały CO2 reaguje z wodą.

Z punktu widzenia kinetyki chemicznej proces rozpuszczania dwutlenku węgla w wodzie jest dość skomplikowany. Kiedy CO2 rozpuszczony w wodzie ustala się równowaga między kwasem węglowym H2Z3, VAT z wodorowęglanu3 - i węglanowy CO3 -.

Obliczanie stałej jonizacji w tym przypadku przeprowadza się według następującego schematu:

Stała pierwszego etapu jonizacji jest równa pKa1 = 4,4 x 10 -7,

Stała jonizacji drugiego stopnia to pKA2 = 5,6 x 10-11,

Ponieważ oba etapy jonizacji znajdują się w równowadze w roztworze kwasu węglowego, można połączyć pierwszą i drugą stałą jonizacji pK.a1 i pKa2, mnożąc je:

pKa1 x pKa2 = 4,4 x 10 -7 x 5,6 x 10 -11 = 2,46 x 10 -17

Równowaga między dwutlenkiem węgla, wodorowęglanem i węglanem zależy od pH: tutaj działa zasada Le Chateliera - obecność jonów wodorowych w roztworze przesuwa zasadową reakcję medium i kwasu (pH do 5,5). Odwrotnie, usuwanie protonów z systemu przesuwa równowagę reakcji w lewo, gdy dwutlenek węgla jest uzupełniany z węglanu i wodorowęglanu. Tak więc, przy niskim pH, dwutlenek węgla przeważa w układzie, a tak naprawdę ani wodorowęglan ani węglan nie powstają, podczas gdy przy obojętnym pH, wodorowęglan dominuje nad CO.2 i H2CO3. I tylko przy wysokim pH przeważa węglan.

Anhydraza węglanowa katalizuje proces uwadniania CO2 i odwodnienie CO2 (około 100 razy).

Jeśli chodzi o efekt Bohra, tam, gdzie się nie mylę, inny mechanizm - spadek wartości pH powoduje zmniejszenie wiązania tlenu z hemoglobiną, w wyniku czego uwalniany jest tlen. Jak pamiętam z kursu instytutu biochemii, efekt Bohra tłumaczy się tym, że w cząsteczce hemoglobiny występują miejsca wiązania protonów w postaci reszt histydynowych i kwasu asparaginowego. Jak to wszystko się dzieje, nie mogę na pewno powiedzieć, ale główna istota polega na zdolności tych reszt aminokwasowych do interakcji ze sobą w postaci deoksy-hydroksy. W postaci deoksy, reszta kwasu asparaginowego jest zdolna do tworzenia wiązania między protonowaną resztą histydynową. Ta reszta histydynowa ma wysoką wartość pK.a, ponieważ połączenie histydyny z resztą kwasu asparaginowego utrzymuje proton przed dysocjacją. Ale w postaci formy hydroksylowej tworzenie takiego wiązania jest niemożliwe, a zatem wartość pKa dla postaci hydroksyny histydynowej powraca do normalnego pKa. Dlatego przy pH krwi 7,4 histydyna występuje w oksyhemoglobinie w postaci nieprotonowanej. Wysokie stężenia protonów przyczyniają się do powstawania formy deoksy histydynowej, aw konsekwencji uwalniania tlenu. Uwalnianie CO2 z kolei zmniejsza powinowactwo hemoglobiny do tlenu na dwa sposoby. Po pierwsze, trochę CO2 zamienia się w wodorowęglan, uwalniając protony odpowiedzialne za efekt Bohra. Inna część tego wodorowęglanu jest uwalniana przez erytrocyty, podczas gdy pozostała część wodorowęglanu oddziałuje bezpośrednio z hemoglobiną, wiążąc się z grupą N reszty aminokwasowej i tworząc niestabilny ester kwasu karbaminowego, uretan. W tym procesie protony są uwalniane ponownie, co z kolei prowadzi do uwolnienia O2 i wiązanie CO2. W ten sposób ma miejsce cykl oddychania.

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

Woda plus dwutlenek węgla

Dwutlenek węgla i aktywna reakcja wody. Albo jak sprawić, by stalagmity nie rosły na liściach roślin akwariowych

O dlaczego i jak zarządzać zawartością dwutlenku węgla w akwarium.
Wiadomo, że dwutlenek węgla jest niezbędny dla roślin. Asymilowany w procesie fotosyntezy CO2 jest głównym materiałem do syntezy cząsteczek organicznych. A rośliny akwariowe nie są wyjątkiem. Z deficytem dwutlenku węgla po prostu nie będą mieli nic do zbudowania swoich tkanin, co spowolni lub całkowicie powstrzyma ich wzrost. Z drugiej strony, z nadmiarem dwutlenku węgla w wodzie w akwarium, ryby zaczynają się dusić, nawet gdy zawartość tlenu w nich jest wysoka (efekt Ruth). Dlatego akwarysta, jeśli chce cieszyć się żywymi istotami, a nie plastikowymi roślinami i rybami, musi być w stanie utrzymać stężenie dwutlenku węgla w wodzie w optymalnym zakresie.

Z wystarczającą dokładnością akwarysta może obliczyć zawartość dwutlenku węgla w wodzie akwariowej, obliczając, czy zna wartość pH i twardość węglanową wody, co zostanie omówione w tym artykule. Ale najpierw musisz odpowiedzieć na to pytanie: czy akwarysta musi mierzyć coś w ogóle, a potem coś policzyć? Czy naprawdę trzeba „sprawdzić harmonię z algebrą”? Wszakże wszystko w przyrodzie jest zdolne do samoregulacji. Akwarium jest również w istocie małym „kawałkiem” natury i nie stanowi wyjątku od tej reguły. W akwarium o normalnych (klasycznych) * proporcjach z wystarczającą, ale nie dużą liczbą ryb, niezbędne parametry wody są zazwyczaj ustalane same. Aby w przyszłości nie odbiegały od normy, konieczne jest, aby ryby nie były przekarmiane regularnie i co najmniej raz na dwa tygodnie, zastępując około jedną czwartą lub jedną trzecią objętości wody. I to naprawdę wystarczy. W trakcie swojego życia ryby emitują wystarczającą ilość dwutlenku węgla, azotanów i fosforanów, aby rośliny nie żyły w nędzy. Z kolei rośliny dostarczają rybie wystarczającej ilości tlenu. Od ostatniej ćwierci XIX wieku (od czasów NF Zolotnitsky'ego) i przez większość XX wieku prawie wszyscy akwaryści to robili. Wszystko było dla nich dobre, ale wielu z nich nie wiedziało, co to są testy akwarystyczne...

Nowoczesne akwaria bez użycia środków do określania parametrów wody w akwarium są po prostu nie do pomyślenia. Co się zmieniło?

Możliwości techniczne! Z pomocą specjalnego sprzętu zaczęliśmy oszukiwać naturę. W małym szklanym pudełku, które w istocie jest typowym akwarium pokojowym (a nawet 200-300 litrów objętości stałej zbiornika wody w pomieszczeniu jest bardzo małe w porównaniu z naturalnym zbiornikiem wody), możliwe stało się zawarcie takiej liczby organizmów żywych, które nie są porównywalne z zasobami naturalnymi w nim dostępne. Na przykład, w całkowicie nieruchomej i niezmieszanej wodzie akwarium na samej powierzchni na głębokości 0,5-1 mm, ilość tlenu może być dwukrotnie większa niż na głębokości zaledwie kilku centymetrów. Transfer tlenu z powietrza do samej wody jest bardzo powolny. Według obliczeń niektórych badaczy cząsteczka tlenu, dzięki samej dyfuzji, może pogłębić się o nie więcej niż 2 cm! Dlatego bez środków technicznych mieszania lub napowietrzania wody, po prostu niemożliwe jest, aby akwarysta wypełnił akwarium „ekstra” rybami. Nowoczesne wyposażenie akwarium pozwala sadzić w akwarium i przez pewien czas z powodzeniem zawierać niesamowitą ilość ryb w przeszłości, a jasne lampy bardzo gęsto zasadzają akwarium roślinami, a nawet pokrywają jego dno grubą warstwą richi!

To fragment dna akwarium. Jest gęsto obsadzony roślinami okrywowymi: glossist (Glossostigma elatinoides), jawajski mech (Vesicularia dubyana) i Riccia (Riccia fluitans). Ten ostatni zwykle unosi się blisko powierzchni, ale można go osiągnąć tak, że rośnie na dnie. W tym celu akwarium musi być jasno oświetlone, a dwutlenek węgla jest podawany do wody.
Krewetki Amano też przypadkowo nie dostały się do ramy, trzeba ostrożnie i ostrożnie wybierać resztki jedzenia z grubych gryzoni
Ale nie wolno nam zapominać, że zwodzona natura od tego momentu, kiedy gęsto zaludniliśmy akwarium żywymi organizmami, nie jest już odpowiedzialna za nic innego! Trwała żywotność takiego systemu nie jest obecnie gwarantowana. Dla ekologicznego chaosu, który akwarysta zaaranżował w swoim akwarium, on i on będą odpowiedzią. Nawet niewielki jego błąd doprowadzi do katastrofy ekologicznej. Aby nie popełniać błędów, musisz wiedzieć, jak i dlaczego przynajmniej podstawowe parametry wody zmieniają się. Kontrolując je w odpowiednim czasie, możesz szybko interweniować w pracę przeludnionego, a zatem niestabilnego systemu, dostarczając mu brakujących zasobów i usuwając nadmiar odpadów, których samo akwarium „biocenoza” nie jest w stanie wykorzystać. Jednym z niezbędnych do życia w akwarium roślinnym jest dwutlenek węgla.

Zdjęcie zostało zrobione na seminarium przeprowadzonym przez Takashi Amano w Moskwie w 2003 roku. To jest widok z tyłu akwarium. Nie ma tu sztucznego tła. Stworzy rośliny, niezwykle gęsto zasadzone wzdłuż tylnej ściany. Aby mogły rosnąć bez „uduszania się”, wykorzystano kilka sztuczek opartych na wysokich technologiach akwarystycznych. Jest to specjalny, wielowarstwowy, nie kwasowy podkład, bogaty w minerały dostępne dla roślin, bardzo jasne źródło światła o specjalnie dobranym spektrum i oczywiście urządzenie, które wzbogaca wodę w CO2 (wszystko wykonane przez ADA)

Część systemu wzbogacającego wodę akwariową w zbliżenie z dwutlenkiem węgla. Na zewnątrz przymocowane jest urządzenie, które pozwala wizualnie kontrolować przepływ pęcherzyków gazu do akwarium. Wewnątrz znajduje się dyfuzor. Dla jasności organizatorzy seminarium bardzo mocno uruchomili gaz i cała kolumna bąbelków unosi się z dyfuzora. Tak wiele roślin akwariowych z dwutlenkiem węgla nie potrzebuje. Podczas normalnej pracy, gdy gaz jest znacznie mniejszy, pęcherzyki prawie nie powinny być widoczne, ponieważ dwutlenek węgla jest szybko rozpuszczany w wodzie. Tak więc bujna roślinność w „naturalnym” akwarium Takashi Amano nie rośnie sama - wymaga to specjalnego sprzętu. Więc to nie jest takie naturalne akwarium, jest raczej stworzone przez człowieka!

W atmosferze ziemi jest bardzo mało CO2 - tylko 0,03%. W suchym powietrzu atmosferycznym o standardowym ciśnieniu barometrycznym (760 mm. Hg. Art.), Jego ciśnienie cząstkowe wynosi tylko 0,2 mm. Hg Art. (0,03% z 760). Ale ta bardzo mała ilość jest wystarczająca, aby oznaczać swoją obecność w znaczący sposób dla akwarysty. Na przykład destylowana lub dobrze odsolona woda, stojąca w otwartym pojemniku przez czas wystarczający do osiągnięcia równowagi z powietrzem atmosferycznym **, stanie się lekko kwaśna. Dzieje się tak, ponieważ dwutlenek węgla jest w nim rozpuszczony.

Przy powyższym ciśnieniu cząstkowym dwutlenku węgla jego stężenie w wodzie może osiągnąć 0,6 mg na litr, co doprowadzi do spadku pH do wartości bliskich 5,6. Dlaczego Faktem jest, że niektóre cząsteczki dwutlenku węgla (nie więcej niż 0,6%) oddziałują z cząsteczkami wody tworząc kwas węglowy:
CO2 + H2O H2CO3
Kwas węglowy dysocjuje na jon wodorowy i jon wodorowęglanowy: H2CO3 H + + HCO3-
Jest to wystarczające do zakwaszenia wody destylowanej. Przypomnijmy, że pH (aktywna reakcja wody) odzwierciedla tylko zawartość jonów wodorowych w wodzie. Jest to ujemny logarytm ich koncentracji.

W naturze krople deszczu są również zakwaszane. Dlatego nawet w ekologicznie czystych regionach, w których nie ma kwasu siarkowego i azotowego w wodzie deszczowej, jest on nadal lekko kwaśny. Następnie, przechodząc przez glebę, gdzie zawartość dwutlenku węgla jest wielokrotnie wyższa niż w atmosferze, woda jest jeszcze bardziej nasycona dwutlenkiem węgla.

Oddziałując na skały zawierające wapień, woda ta przekształca węglany w wysoce rozpuszczalne wodorowęglany:

CaCO3 + H2O + CO2 Ca (HCO3) 2

Ta reakcja jest odwracalna. Może być przesunięty w prawo lub w lewo w zależności od stężenia dwutlenku węgla. Jeśli zawartość CO2 pozostaje stabilna przez dość długi czas, wówczas w takiej wodzie ustala się równowaga węgiel-kwas-wapno: nie tworzą się nowe jony wodorowęglanowe. Jeśli w taki czy inny sposób usunie się CO2 z układu równowagi, wówczas przesunie się w lewo, a praktycznie nierozpuszczalny węglan wapnia wypłynie z roztworu zawierającego wodorowęglany. Dzieje się tak na przykład podczas gotowania wody (jest to znany sposób zmniejszania twardości węglanowej, to znaczy stężenie w wodzie to Ca (HCO3) 2 i Mg (HCO3) 2). Ten sam proces obserwuje się również przy prostym osiadaniu wody artezyjskiej, która znajdowała się pod ziemią pod podwyższonym ciśnieniem i tam rozpuściło się dużo dwutlenku węgla. Gdy znajdzie się na powierzchni, gdzie ciśnienie cząstkowe CO2 jest niskie, woda ta uwalnia nadmiar dwutlenku węgla do atmosfery, aż osiągnie równowagę z nim. W tym samym czasie pojawia się biaława chmura składająca się z cząstek wapienia. Dokładnie według tej samej zasady powstają stalaktyty i stalagmity: woda wypływająca z podziemnych formacji zostaje uwolniona od nadmiaru dwutlenku węgla, a jednocześnie od węglanów wapnia i magnezu. W rzeczywistości ta sama reakcja zachodzi na liściach wielu roślin akwariowych, kiedy aktywnie fotosyntetyzują w jasnym świetle, a dwutlenek węgla w zamkniętej przestrzeni akwarium się kończy. Tutaj ich liście zaczynają „szarzać”, gdy pokrywają się skorupą węglanu wapnia, ale kiedy cały wolny kwas węglowy jest wydobywany z wody, pH również nieuchronnie rośnie. Zazwyczaj rośliny mogą podnieść pH wody w akwarium do 8,3-8,5. Przy takim wskaźniku aktywnej reakcji wody prawie nie ma cząsteczek dwutlenku węgla, a rośliny (gatunki, które mogą to zrobić, ale wiele może to zrobić) są zaangażowane w ekstrakcję dwutlenku węgla z wodorowęglanów.

Ca (HCO3) 2 -> CO2 (absorbowany przez roślinę) + CaCO3 + H2O

Z reguły nie mogą podnieść pH nawet wyżej, ponieważ jego dalszy wzrost znacznie pogarsza stan funkcjonalny samych roślin: fotosynteza, a zatem usuwanie CO2 z układu spowalnia, a dwutlenek węgla w powietrzu stabilizuje pH. Dlatego rośliny akwariowe mogą się dosłownie dusić. Gatunki, które wygrywają, lepiej usuwają dwutlenek węgla z wygranych węglowodorów, a ci, którzy tego nie potrafią, na przykład rotale i aponogonety z grupy Madagaskaru cierpią. Takie rośliny są uważane za najbardziej łagodne wśród akwarystów.

Rośliny wodne w tym akwarium nie są w najlepszym stanie. Przez długi czas istniał w warunkach ostrego niedoboru dwutlenku węgla, a następnie organizowano jego dostawy. Wyniki są oczywiste. Świeże zielone szczyty mówią same za siebie. Szczególnie silny wpływ dwutlenku węgla jest zauważalny na obrotowym (Rotala macrandra). Prawie umarli, o czym świadczą dolne części łodyg prawie całkowicie pozbawione liści, ale ożyły i dały piękne, czerwonawe liście, które bardzo szybko rosły już podczas dostaw gazu

Te rośliny, które potrafią bardziej rozkładać wodorowęglany. Należą do nich Rdesta, Vallisneria, Echinodorus. Jednak gęste zarośla elodey są w stanie je udusić. Elodea może wydajniej wydobywać dwutlenek węgla związany w węglowodorach:
Ca (HCO3) 2 -> 2CO2 (absorbowany przez roślinę) + Ca (OH) 2
Jeśli twardość węglanowa wody jest wystarczająco wysoka, proces ten może prowadzić do niebezpiecznego wzrostu nie tylko dla innych roślin, ale także dla ogromnej większości ryb akwariowych, wartość pH wody akwariowej do 10. Niemożliwe jest hodowanie całej gamy roślin w wodzie akwariowej o wysokich wartościach pH i Bardzo wiele gatunków ryb akwariowych zdecydowanie nie lubi wody alkalicznej.

Czy możliwe jest skorygowanie sytuacji poprzez zwiększenie napowietrzania akwarium w nadziei, że ze względu na wysoką rozpuszczalność dwutlenku węgla, woda w akwarium wzbogaci CO2? Rzeczywiście, przy normalnym ciśnieniu atmosferycznym i temperaturze 20 ° C, 1,7 g dwutlenku węgla można było rozpuścić w jednym litrze wody. Ale tak by się stało, gdyby faza gazowa, z którą ta woda miała styczność, składała się wyłącznie z CO2. I w kontakcie z powietrzem atmosferycznym, które zawiera tylko 0,03% CO2 w 1 litrze wody, tylko 0,6 mg może przejść z tego powietrza - jest to stężenie równowagi odpowiadające częściowemu ciśnieniu dwutlenku węgla w atmosferze na poziomie morza. Jeśli zawartość dwutlenku węgla w wodzie akwariowej jest niższa, wówczas napowietrzenie rzeczywiście podniesie ją do stężenia 0,6 mg / l i nie więcej! Ale zwykle zawartość dwutlenku węgla w wodzie w akwarium jest nadal wyższa niż określona wartość, a napowietrzenie doprowadzi tylko do utraty CO2.

Problem można rozwiązać, sztucznie wprowadzając dwutlenek węgla do akwarium, zwłaszcza że nie jest to wcale trudne. W tym przypadku można nawet zrezygnować z markowego sprzętu, ale po prostu wykorzystać procesy fermentacji alkoholowej w roztworze cukru z drożdżami i kilkoma innymi bardzo prostymi urządzeniami, o których wkrótce powiemy.

Tutaj jednak trzeba mieć świadomość, że przez to ponownie zwodzimy naturę. Bezmyślne nasycenie wody akwariowej dwutlenkiem węgla nie doprowadzi do niczego dobrego. Możesz więc szybko zabić rybę, a potem rośliny. Proces dostarczania dwutlenku węgla musi być ściśle kontrolowany. Ustalono, że dla ryb stężenie CO2 w wodzie w akwarium nie powinno przekraczać 30 mg / l. W wielu przypadkach wartość ta powinna być o co najmniej jedną trzecią mniejsza. Przypomnijmy, że silne wahania pH dla ryb są również szkodliwe, a dodatkowa podaż dwutlenku węgla szybko zakwasza wodę.

Jak oszacować zawartość CO2 i upewnić się, że gdy woda jest nasycona tym gazem, wartości pH zmieniają się nieznacznie i pozostają w dopuszczalnym zakresie dla ryb? Tutaj nie będziemy mogli obejść się bez formuł i obliczeń matematycznych: hydrochemia wody w akwarium, niestety, jest raczej „sucha”.

Związek między stężeniami w wodzie słodkowodnego akwarium dwutlenku węgla, jonów wodorowych i jonów wodorowęglanowych odzwierciedla równanie Hendersona-Hasselbacha, które w naszym przypadku będzie wyglądać tak:
[H +] [HCO3 -] / [H2CO3 + CO2] = K1
gdzie K1 jest pozorną stałą dysocjacji kwasu węglowego w pierwszym etapie, biorąc pod uwagę równowagę jonów z całą ilością dwutlenku węgla w wodzie - całkowity analitycznie określony kwas węglowy (to znaczy po prostu rozpuszczone cząsteczki CO2 i uwodnione cząsteczki w postaci kwasu węglowego - H2CO3). Dla temperatury 25 ° C ta stała wynosi 4,5 * 10-7. Nawiasy kwadratowe oznaczają stężenia molowe.

Konwersja wzoru daje:

Wartości pH i [HCO3-] można określić za pomocą standardowych testów akwariowych. Należy zauważyć, że test KH określa dokładnie zawartość jonów wodorowęglanowych w wodzie (a nie jony wapnia) i jest odpowiedni do naszych celów. Jedyną niedogodnością związaną z jego używaniem jest konieczność ponownego obliczania stopni w M, co jednak wcale nie jest trudne. W tym celu wartość twardości węglanowej uzyskana po wykonaniu procedury testowej w stopniach jest wystarczająca do podzielenia przez 2,804. Stężenie jonów wodoru wyrażone w pH należy również przekształcić w M, w tym celu konieczne jest podniesienie 10 do mocy równej wartości pH ze znakiem ujemnym:

Aby przeliczyć wartość [H2CO3 + СО2] obliczoną według wzoru (2) z M na mg / l CO2, należy ją pomnożyć przez 44000.

Korzystając z równania Hendersona-Hasselbacha, można obliczyć stężenie całkowitego analitycznie określonego dwutlenku węgla w akwarium, jeśli akwarysta nie użył specjalnych odczynników, a zawartość humusu i innych kwasów organicznych w jego akwarium jest umiarkowana, aby ustabilizować pH (można ocenić w zależności od koloru wody w akwarium: jeśli nie jest podobny do „czarnych wód” Amazonii, jest bezbarwny lub tylko nieznacznie zabarwiony - oznacza to, że nie ma ich zbyt wiele.

Ci, którzy znajdują się na krótkiej stopie z komputerem, w szczególności z arkuszami kalkulacyjnymi Excel, mogą, na podstawie powyższego wzoru i wartości K1, skompilować szczegółowe tabele odzwierciedlające zawartość dwutlenku węgla w zależności od twardości węglanowej i pH. Podamy tutaj skrócony, ale mamy nadzieję, użyteczny dla amatorów akwarystów wariant takiego stołu, który pozwala na automatyczne obliczanie zawartości dwutlenku węgla w wodzie:
Minimalne pH wody w akwarium dla danej twardości węglanowej, przy której zawartość dwutlenku węgla nadal nie jest niebezpieczne dla ryb (czerwone liczby w kolumnach), i maksymalne dopuszczalne wartości pH, przy których rośliny, które nie są w stanie wydobywać dwutlenku węgla z wodorowęglanów, nadal skutecznie fotosyntetyzują. Do 25 ° C

Jeśli zdecydujesz się dostarczyć dwutlenek węgla do akwarium, dostosuj jego dopływ tak, aby wartości pH dla odpowiedniej twardości węglanowej spadły między liczbami czerwonymi i zielonymi. Podczas godzin dziennych zmieni się aktywna reakcja wody (zwykle wzrasta pH), co należy wziąć pod uwagę przy ustawianiu sprzętu. Spróbuj dostroić się w środku przedziału, a następnie wartość pH najprawdopodobniej nie wyskoczy z jego granic. Jeśli podaż CO2 jest regulowana przez regulator pH, odcinając dopływ gazu, gdy pH obniży się do wcześniej określonego poziomu, poziom ten nie powinien być niższy niż minimalne dozwolone dla ryb. Korzystanie z kontrolera pH jest najbardziej skuteczne i bezpieczne, ale jest stosunkowo drogie.

Na pierwszym planie tego zdjęcia jest kolejna Rotala (Rotala wallichii). Po lewej - rzeka latarni morskiej (Mayaca fluviatilis). Jest także miłośnikiem wolnego dwutlenku węgla w wodzie. Przy odpowiednim oświetleniu i zawartości dwutlenku węgla w akwarium rzędu 15-20 mg / l, te rośliny wodne są pokryte pęcherzykami tlenu, fotosynteza jest tak skuteczna

Ponadto rośliny CO2 można podawać za pomocą specjalnych tabletek umieszczonych w akwarium w specjalnym urządzeniu. Stopniowo uwalniają dwutlenek węgla do wody. W tym samym celu na początku światła dziennego można dodawać do akwarium nisko zmineralizowaną gazowaną wodę (naturalnie bez dodatków do żywności!). Tabela i kalkulator podane w tym artykule pomogą ocenić skuteczność tych środków.

Tabela wskazuje również wartości pH, które przy danej twardości węglanowej są uzyskiwane przez dobrze napowietrzoną wodę w akwarium pokojowym, jeśli jest umiarkowanie zaludniona rybami i jeśli woda nie jest w niej utleniana. Innymi słowy, jeśli dostawa dwutlenku węgla do akwarium nagle ustaje, możemy się spodziewać, że pH wody wzrośnie do około tych wartości w ciągu kilku godzin. Liczby w ostatnim wierszu tej tabeli to pH wody o danej twardości węglanowej w równowadze z atmosferą. Jest oczywiste, że są jeszcze wyższe. W naturalnych zbiornikach, w kaskadach czystych rzek, gdzie woda wrze i uwalnia cały nadmiar (nierównowagowy) dwutlenek węgla do atmosfery, takie wartości pH faktycznie mają miejsce. W pomieszczeniach ciśnienie cząstkowe dwutlenku węgla w powietrzu jest wyższe niż w powietrzu, a procesy zachodzące w glebie i filtrze akwarium prowadzą do powstawania dwutlenku węgla i jonów wodorowych. Wszystko to zapewnia więcej niż w warunkach naturalnych zawartość dwutlenku węgla w wodzie w akwariach i wodę w nich o tej samej twardości węglanowej jest bardziej kwaśna.

Teraz zwróć uwagę na ten fakt. Kwas węglowy, który powstaje przez rozpuszczenie atmosferycznego dwutlenku węgla w wodzie, obniża pH wody destylowanej do 5,6, a woda o twardości węglanowej, na przykład równej 5 kH, znajdująca się w równowadze z gazami atmosferycznymi, ma aktywną reakcję 8,4. Łatwo jest prześledzić taki wzór: im wyższa twardość węglanowa wody, tym jest ona bardziej alkaliczna. W rzeczywistości ta zasada jest dobrze znana wielu, ale nie wszyscy akwaryści zdają sobie sprawę z tego, że mówimy o twardości węglanowej. Rzeczywiście, jeśli mamy do czynienia tylko z naturalnymi wodami słodkimi, w których twardość węglanowa z reguły ma bardzo duży udział w całości, można nawet o tym nie myśleć, ale w sztucznie przygotowanej wodzie wszystko może być inne. Na przykład dodanie chlorku wapnia zwiększy twardość wody, ale nie pH. Fakt, że naturalne wody mają zwykle słabą alkaliczną reakcję aktywną jest dokładnie związany z obecnością w nich jonów wodorowęglanowych. Wraz z dwutlenkiem węgla rozpuszczonym w wodzie tworzą układ buforowy dwutlenek węgla-wodorowęglan, który stabilizuje pH wody silniej w obszarze wartości alkalicznych, im wyższe stężenie wodorowęglanu (twardość węglanowa). Aby zrozumieć, dlaczego tak się dzieje i wybrać optymalne wartości sztywności węglanowej dla akwarium, należy ponownie odwołać się do wzoru Hendersona-Hasselbacha.

* Klasyczne proporcje akwarium są następujące: szerokość jest równa lub nie większa niż jedna czwarta mniej niż wysokość. Wysokość nie przekracza 50 cm, jednak w zasadzie nie jest ograniczona długością. Przykładem może być akwarium o długości 1 m, szerokości 40 cm i wysokości 50 cm. Równowaga biologiczna w takim zbiorniku wodnym zostanie ustanowiona stosunkowo łatwo.

** W równowadze z powietrzem atmosferycznym rozumiemy stan wody, gdy stężenia (napięcia) rozpuszczonych w niej gazów odpowiadają ciśnieniu cząstkowemu tych gazów w atmosferze. Jeśli ciśnienie gazu zmniejszy się, cząsteczki gazu zaczną opuszczać wodę, aż stężenie równowagi zostanie ponownie osiągnięte. I odwrotnie, jeśli ciśnienie cząstkowe gazu nad wodą wzrasta, wówczas większa ilość tego gazu rozpuści się w wodzie.

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

Właściwości fizyczne i chemiczne dwutlenku węgla

Formula - CO2. Masa molowa - 44 g / mol.

Właściwości chemiczne dwutlenku węgla

Dwutlenek węgla należy do klasy tlenków kwasowych, tj. podczas interakcji z wodą tworzy kwas, który nazywany jest węglem. Kwas węglowy jest chemicznie nietrwały i w czasie powstawania natychmiast rozkłada się na jego składniki, tj. reakcja interakcji dwutlenku węgla z wodą jest odwracalna:

Po podgrzaniu dwutlenek węgla rozkłada się na tlenek węgla i tlen:

Podobnie jak w przypadku wszystkich tlenków kwasowych, dwutlenek węgla charakteryzuje się reakcjami interakcji z tlenkami zasadowymi (utworzonymi tylko przez metale aktywne) i zasadami:

Dwutlenek węgla nie podtrzymuje spalania, spalają się tylko metale aktywne:

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

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

Dwutlenek węgla reaguje z prostymi substancjami, takimi jak wodór i węgiel:

Gdy dwutlenek węgla oddziałuje z nadtlenkami aktywnych metali, powstają węglany i uwalniany jest tlen:

Jakościowa reakcja na dwutlenek węgla jest reakcją jego oddziaływania z wodą wapienną (mlekiem), tj. z wodorotlenkiem wapnia, w którym powstaje biały osad - węglan wapnia:

Właściwości fizyczne dwutlenku węgla

Dwutlenek węgla jest substancją gazową bez koloru lub zapachu. Cięższy niż powietrze. Odporny termicznie. Po skompresowaniu i schłodzeniu łatwo przechodzi w stan ciekły i stały. Dwutlenek węgla w stanie stałym agregacji nazywany jest „suchym lodem” i łatwo ulega sublimacji w temperaturze pokojowej. Dwutlenek węgla jest słabo rozpuszczalny w wodzie, częściowo z nim reaguje. Gęstość - 1,977 g / l.

Produkcja i wykorzystanie dwutlenku węgla

Istnieją przemysłowe i laboratoryjne metody wytwarzania dwutlenku węgla. Tak więc w przemyśle otrzymuje się go przez spalanie wapienia (1), aw laboratorium przez działanie silnych kwasów na sole węglanowe (2):

Dwutlenek węgla jest stosowany w żywności (karbonatyzacja lemoniady), chemicznej (kontrola temperatury w produkcji włókien syntetycznych), metalurgicznej (ochrona środowiska, na przykład, wytrącanie brązowego gazu) i innych gałęziach przemysłu.

Przykłady rozwiązywania problemów

Piszemy równanie rozpuszczania wapienia w kwasie azotowym:

Zawartość czystego (bez zanieczyszczeń) węglanu wapnia w wapieniu:

ω (CaCO3)cl = 100% - ωdomieszka = 100% - 8% = 92% = 0,92.

Następnie masa czystego węglanu wapnia:

Ilość węglanu wapnia wynosi:

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

Masa kwasu azotowego w roztworze będzie równa:

m (hno3) = 200 x 10/100% = 20 g.

Ilość kwasu azotowego wapnia:

n (hno3) = 20/63 = 0,32 mola.

Porównując liczbę substancji, które weszły w reakcję, ustalamy, że brakuje kwasu azotowego, dlatego dokonujemy dalszych obliczeń dotyczących kwasu azotowego. Zgodnie z równaniem reakcji n (HNO3): n (CO2) = 2: 1, a zatem n (CO2) = 1/2 × n (HNO3) = 0,16 mola. Następnie objętość dwutlenku węgla będzie równa:

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

Co to jest CO2?

Co to jest dwutlenek węgla?

Dwutlenek węgla jest znany głównie w stanie gazowym, tj. jako dwutlenek węgla o prostym wzorze chemicznym CO2. W tej formie istnieje w normalnych warunkach - przy ciśnieniu atmosferycznym i „normalnych” temperaturach. Ale przy zwiększonym ciśnieniu, powyżej 5 850 kPa (jak na przykład ciśnienie na głębokości morza około 600 m), gaz ten zamienia się w ciecz. A przy silnym chłodzeniu (minus 78,5 ° C) krystalizuje i staje się tak zwanym suchym lodem, który jest szeroko stosowany w handlu do przechowywania zamrożonej żywności w lodówkach.

Ciekły dwutlenek węgla i suchy lód są uzyskiwane i wykorzystywane w działalności człowieka, ale formy te są niestabilne i łatwo ulegają rozkładowi.

Ale dwutlenek węgla jest rozprowadzany wszędzie: jest uwalniany podczas oddychania zwierząt i roślin i jest ważną częścią składu chemicznego atmosfery i oceanu.

Właściwości dwutlenku węgla

Dwutlenek węgla CO2 jest bezbarwny i bezwonny. W normalnych warunkach nie ma smaku. Jednakże, wdychając wysokie stężenia dwutlenku węgla, możesz poczuć kwaśny smak w ustach, spowodowany faktem, że dwutlenek węgla rozpuszcza się na błonach śluzowych iw ślinie, tworząc słaby roztwór kwasu węglowego.

Nawiasem mówiąc, zdolność dwutlenku węgla do rozpuszczania się w wodzie jest wykorzystywana do wytwarzania wody gazowanej. Pęcherzyki lemoniady to ten sam dwutlenek węgla. Pierwszy aparat do nasycania CO2 został wynaleziony w 1770 r., A już w 1783 r. Przedsiębiorczy Szwajcar Jacob Schwepp rozpoczął przemysłową produkcję sody (znak towarowy Schweppes nadal istnieje).

Dwutlenek węgla jest 1,5 razy cięższy od powietrza, więc ma tendencję do „osiadania” w swoich niższych warstwach, jeśli pomieszczenie jest słabo wentylowane. Znany jest efekt „jaskini dla psów”, w którym CO2 jest emitowany bezpośrednio z ziemi i gromadzi się na wysokości około pół metra. Dorosły, wchodząc do takiej jaskini, na wysokości swego wzrostu nie odczuwa nadmiaru dwutlenku węgla, ale psy znajdują się bezpośrednio w grubej warstwie dwutlenku węgla i są zatrute.

CO2 nie podtrzymuje spalania, dlatego jest stosowany w gaśnicach i systemach gaśniczych. Koncentracja na gaszeniu płonącej świecy zawartością rzekomo pustej szklanki (a właściwie dwutlenku węgla) opiera się właśnie na tej właściwości dwutlenku węgla.

Dwutlenek węgla w przyrodzie: źródła naturalne

Dwutlenek węgla w przyrodzie powstaje z różnych źródeł:

  • Oddech zwierząt i roślin.
    Każdy student wie, że rośliny absorbują dwutlenek węgla CO2 z powietrza i wykorzystują go w fotosyntezie. Niektóre gospodynie domowe obfitują w rośliny domowe, aby zadośćuczynić za wady wentylacji. Jednak rośliny nie tylko pochłaniają, ale także emitują dwutlenek węgla przy braku światła - jest to część procesu oddychania. Dlatego dżungla w słabo wentylowanej sypialni nie jest dobrym pomysłem: w nocy poziom CO2 wzrośnie jeszcze bardziej.
  • Aktywność wulkaniczna.
    Dwutlenek węgla jest składnikiem gazów wulkanicznych. W obszarach o wysokiej aktywności wulkanicznej CO2 może być emitowany bezpośrednio z ziemi - z pęknięć i uskoków zwanych mofetami. Stężenie dwutlenku węgla w dolinach z mofetami jest tak wysokie, że umiera tam wiele małych zwierząt.
  • Rozkład materii organicznej.
    Dwutlenek węgla powstaje podczas spalania i rozpadu materii organicznej. Wolumetryczne naturalne emisje dwutlenku węgla towarzyszą pożarom lasów.

Dwutlenek węgla jest „przechowywany” w naturze w postaci związków węgla w minerałach: węglu, oleju, torfie, wapieniu. Olbrzymie rezerwy CO2 znajdują się w rozpuszczonej formie w oceanach świata.

Uwalnianie dwutlenku węgla z otwartego zbiornika może prowadzić do katastrofy limnologicznej, jak to miało miejsce na przykład w 1984 i 1986 roku. w jeziorach Manoun i Nyos w Kamerunie. Oba jeziora powstały w miejscu kraterów wulkanicznych - są wymarłe, ale głęboko w magmie wulkanicznej nadal emitują dwutlenek węgla, który unosi się do wód jezior i rozpuszcza się w nich. W wyniku szeregu procesów klimatycznych i geologicznych stężenie dwutlenku węgla w wodach przekroczyło wartość krytyczną. Ogromna ilość dwutlenku węgla została wyemitowana do atmosfery, która, jak lawina, zeszła po zboczach gór. Około 1800 osób padło ofiarą katastrof limnologicznych na jeziorach Kamerunu.

Sztuczne źródła dwutlenku węgla

Główne antropogeniczne źródła dwutlenku węgla to:

  • emisje przemysłowe związane z procesami spalania;
  • transport drogowy.

Pomimo faktu, że udział przyjaznego dla środowiska transportu na świecie rośnie, ogromna większość ludności świata nie będzie miała wkrótce możliwości (lub chęci) przejścia na nowe samochody.

Aktywne wylesianie do celów przemysłowych prowadzi również do wzrostu stężenia dwutlenku węgla CO2 w powietrzu.

Dwutlenek węgla w organizmie człowieka

CO2 jest jednym z końcowych produktów metabolizmu (rozkład glukozy i tłuszczu). Jest wydzielany do tkanek i transportowany przez hemoglobinę do płuc, przez które jest wydychany. Około 4,5% dwutlenku węgla (45 000 ppm) w powietrzu wydychanym przez osobę jest 60-110 razy większa niż w wdychanym.

Dwutlenek węgla odgrywa dużą rolę w regulacji dopływu krwi i oddychania. Wzrost poziomu CO2 we krwi prowadzi do tego, że naczynia włosowate rozszerzają się, przepuszczając więcej krwi, która dostarcza tlen do tkanek i usuwa dwutlenek węgla.

Układ oddechowy jest również stymulowany przez wzrost zawartości dwutlenku węgla, a nie przez brak tlenu, jak mogłoby się wydawać. W rzeczywistości organizm nie odczuwa braku tlenu przez dłuższy czas i jest całkiem możliwe, że osoba straci przytomność w rozrzedzonym powietrzu, zanim poczuje brak powietrza. Właściwości stymulujące CO2 są stosowane w urządzeniach do sztucznego oddychania: dwutlenek węgla jest tam mieszany z tlenem, aby „aktywować” układ oddechowy.

Dwutlenek węgla i my: co jest niebezpieczne w przypadku CO2

Dwutlenek węgla jest niezbędny zarówno dla organizmu ludzkiego, jak i tlenu. Ale tak jak w przypadku tlenu, nadmiar dwutlenku węgla szkodzi naszemu dobrobytowi.

Wysokie stężenie CO2 w powietrzu prowadzi do zatrucia organizmu i powoduje stan hiperkapnii. W przypadku hiperkapnii osoba ma trudności z oddychaniem, nudności, ból głowy, a nawet może stracić przytomność. Jeśli zawartość dwutlenku węgla nie zostanie zmniejszona, wówczas następuje obrót niedotlenienia - głód tlenu. Faktem jest, że zarówno dwutlenek węgla, jak i tlen przemieszczają się po ciele tym samym „transportem” - hemoglobiną. Normalnie „podróżują” razem, przyłączając się do różnych miejsc cząsteczki hemoglobiny. Jednak zwiększone stężenie dwutlenku węgla we krwi obniża zdolność tlenu do wiązania się z hemoglobiną. Ilość tlenu we krwi spada i występuje niedotlenienie.

Takie niezdrowe skutki dla ciała pochodzą z wdychania powietrza o zawartości CO2 powyżej 5000 ppm (może to być na przykład powietrze w kopalniach). W uczciwości, w zwykłym życiu prawie nigdy nie spotykamy takiego powietrza. Jednak znacznie niższe stężenie dwutlenku węgla nie wpływa na zdrowie lepiej.

Zgodnie z wynikami niektórych badań, już 1000 ppm CO2 powoduje zmęczenie i ból głowy u połowy badanych. Wiele osób zaczyna odczuwać otępienie i dyskomfort nawet wcześniej. Wraz z dalszym wzrostem stężenia dwutlenku węgla do 1 500-2 500 ppm wydajność jest krytycznie zmniejszona, mózg jest „leniwy”, aby przejąć inicjatywę, przetwarzać informacje i podejmować decyzje.

A jeśli poziom 5000 ppm jest prawie niemożliwy w życiu codziennym, to 1000 i nawet 2500 ppm może łatwo stać się częścią rzeczywistości współczesnego człowieka. Nasz eksperyment w szkole pokazał, że w rzadko wentylowanych klasach szkolnych poziom CO2 przez znaczną część czasu pozostaje powyżej 1500 ppm, a czasami skacze powyżej 2000 ppm. Są wszelkie powody, aby zakładać, że w wielu biurach, a nawet mieszkaniach sytuacja jest podobna.

Fizjolodzy uważają 800 ppm za bezpieczne dla ludzkiego zdrowia jako poziom dwutlenku węgla.

Inne badanie wykazało związek między poziomem CO2 a stresem oksydacyjnym: im wyższy poziom dwutlenku węgla, tym bardziej cierpimy na stres oksydacyjny, który niszczy komórki naszego ciała.

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

Czy dwutlenek węgla i woda tworzą mieszaninę w butelce sodowej?

W jaki sposób można umieścić tak dużo gazu w cieczy i dlaczego zaczyna on wychodzić po otwarciu pokrywy?

Dwutlenek węgla, pompowany lub umieszczony w inny sposób w naczyniu ze zwykłą wodą pod ciśnieniem, nie tworzy „mieszaniny”, ale przejrzysty roztwór. W tym roztworze dwutlenek węgla występuje głównie w postaci cząsteczek CO2, a częściowo także w postaci produktów chemicznych oddziaływań dwutlenku węgla z wodą - dodatnio naładowanych kationów wodoru H + i ujemnie naładowanych jonów wodorowęglanowych НСО3- i małej liczby cząsteczek kwasu węglowego H2СО3. Ilość rozpuszczonego gazu jest zgodna z prawem Henry'ego - im wyższe ciśnienie cząstkowe gazu (to znaczy ciśnienie bez uwzględnienia innych gazów, w tym powietrza) powyżej roztworu, tym więcej rozpuszcza się gaz. Stała Henry'ego dla dwutlenku węgla i wody jest dobrze znana. Jeśli, na przykład, dwutlenek węgla jest uwalniany ze stalowego kanistra do litra syfonu z 0,9 litra wody (mieści 8,8 g, co jest łatwe do określenia przez ważenie, gaz w nim jest pod ciśnieniem w stanie ciekłym), to obliczenia według prawa Henry'ego, przeniesie około 85% gazu, a reszta pozostanie powyżej roztworu w postaci sprężonego gazu. Jego ciśnienie cząstkowe będzie wynosić około 5,5 atm (i kolejne 1 atm - powietrza, które zostało zassane wodą przed pobraniem dwutlenku węgla). Jeśli napełnisz syfon do góry, ciśnienie powyżej wody nieznacznie wzrośnie. Nawiasem mówiąc, kwasowość wodnego roztworu CO2 (pH od 3,3 do 3,7, w zależności od ciśnienia) jest znacznie mniejsza niż kwasowość soku żołądkowego. Dlatego nawet stężony wodny roztwór kwasu węglowego można pić bez obaw. Jeśli zostanie otwarty syfon lub butelka wody gazowanej, ciśnienie powyżej roztworu gwałtownie spada i staje się równe ciśnieniu atmosferycznemu. Jednocześnie, zgodnie z tym samym prawem Henry'ego, rozpuszczalność gazu również gwałtownie spada, zacznie się on wyróżniać w postaci pęcherzyków w cieczy, która unosi się i wypływa w powietrze. W tym przypadku jony H + i HCO3- łączą się tworząc kwas węglowy H2CO3, który rozkłada się wraz z uwalnianiem CO2 (tj. Procesy są „w przeciwnym kierunku”). I znowu: stała Henry jest silnie zależna od temperatury. W ciepłej wodzie rozpuszczalność dwutlenku węgla jest znacznie mniejsza, aw wodzie lodowej - więcej. Jeśli podgrzejesz odkorkowaną butelkę sodą, ciśnienie gazu w niej znacznie wzrośnie.

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

Dodaj nie

Wszystko o suplementach diety i żywności

E290 - Dwutlenek węgla

Pochodzenie:

Kategoria dodatków:

Niebezpieczeństwo:

dwutlenek węgla, E290, dwutlenek węgla, dwutlenek węgla, dwutlenek węgla, dwutlenek węgla.

Suplement diety E290 (dwutlenek węgla) jest stosowany w przemyśle spożywczym jako środek konserwujący, regulator kwasowości i przeciwutleniacz. W życiu codziennym dodatek E290 jest lepiej znany jako dwutlenek węgla.

W zależności od właściwości fizycznych dwutlenek węgla jest bezbarwnym gazem, bezwonnym i o lekko kwaśnym smaku. Dodatek E290 można rozpuścić w wodzie, tworząc słaby kwas węglowy. Wzór chemiczny dwutlenku węgla: CO2.

Na skalę przemysłową dwutlenek węgla jest wytwarzany z gazów spalinowych poprzez absorbowanie go węglanem potasu lub monoetanoloaminą. W tym celu mieszaninę gazów przemysłowych przepuszcza się przez roztwór węglanu potasu. Dwutlenek węgla jest absorbowany przez ten roztwór, tworząc wodorowęglan. Następnie roztwór wodorowęglanu ogrzewa się lub poddaje działaniu obniżonego ciśnienia, w wyniku czego z niego uwalniany jest czysty kwas węglowy.

Ponadto dwutlenek węgla może być wytwarzany w specjalnych urządzeniach do rozdzielania powietrza, jako produkt uboczny przy ekstrakcji czystego tlenu, argonu i azotu.

W ilościach laboratoryjnych dwutlenek węgla jest wytwarzany w małych ilościach poprzez reakcję węglanów z kwasami. Na przykład, podczas reakcji kredy z kwasem chlorowodorowym, powstaje niestabilny kwas węglowy z jego dalszym rozkładem na dwutlenek węgla i wodę:

Dwutlenek węgla jest częścią atmosfery i wielu żywych komórek naszego ciała. Z tego powodu dodatek E290 można zaklasyfikować jako stosunkowo nieszkodliwe dodatki do żywności.

Należy jednak pamiętać, że dwutlenek węgla przyczynia się do przyspieszonego wchłaniania różnych substancji do błony śluzowej żołądka. Efekt ten przejawia się w szybkim zatruciu w wyniku stosowania gazowanych napojów alkoholowych.

Ponadto napoje gazowane to nic innego jak słaby kwas węglowy. Dlatego nadmierne spożycie suplementowanych napojów E290 jest przeciwwskazane u osób z chorobami żołądka i przewodu pokarmowego (wrzody, zapalenie żołądka).

Istnieje więcej nieszkodliwych „skutków ubocznych” wpływu dwutlenku węgla na organizm. Tak więc, pijąc napoje gazowane, większość ludzi ma odbijanie i „wzdęcia”.

Jest jeszcze inna opinia na temat szkodliwości dodatku do żywności E290. Silnie gazowane napoje mogą promować „wypłukiwanie” wapnia z kości ciała.

W przemyśle spożywczym dwutlenek węgla jest stosowany jako środek konserwujący E290 w produkcji napojów alkoholowych i bezalkoholowych. Kwas węglowy powstały w wyniku reakcji dwutlenku węgla z wodą ma działanie dezynfekujące i przeciwbakteryjne.

W pieczeniu dodatek E290 może być stosowany jako proszek do pieczenia, nadając pompie pieczywo.

Dwutlenek węgla jest szeroko stosowany w produkcji wyrobów winiarskich. Dostosowując ilość dwutlenku węgla w zacierze, można kontrolować fermentację.

Ponadto tlenek węgla można stosować jako gaz ochronny podczas przechowywania i transportu różnych produktów spożywczych.

Inne zastosowania dwutlenku węgla:

  • w produkcji spawalniczej jako atmosfera ochronna;
  • w chłodnictwie w postaci „suchego lodu”;
  • w systemach gaśniczych
  • w pneumatyce butli gazowych

Dodatek E290 jest dopuszczony do stosowania w przemyśle spożywczym w prawie wszystkich krajach świata, w tym na Ukrainie iw Federacji Rosyjskiej.

http://dobavkam.net/additives/e290

Dwutlenek węgla i węglanowy system wodny

Wielu akwarystów jest świadomych zaleceń dotyczących stosowania wody, która jest bardziej miękka i bardziej kwaśna niż w przypadku wody akwariowej do hodowli ryb. W tym celu wygodnie jest używać wody destylowanej, miękkiej i lekko kwaśnej, mieszając ją z wodą z akwarium. Okazuje się jednak, że w tym przypadku twardość wody źródłowej zmniejsza się proporcjonalnie do rozcieńczenia, a pH pozostaje prawie niezmienione. Właściwość utrzymania wartości pH, niezależnie od stopnia rozcieńczenia, nazywa się buforowaniem. W tym artykule przedstawimy główne elementy systemów buforowych wody w akwarium: kwasowość wody - pH, zawartość dwutlenku węgla - CO2, „twardość” węglanowa - dKN (wartość ta wskazuje zawartość jonów wodorowęglanowych HCO w wodzie)3 - ; w hydrochemii rybołówstwa parametr ten nazywa się zasadowością), twardość całkowita - dGH (dla uproszczenia zakłada się, że są to tylko jony wapnia - Ca ++). Omówmy ich wpływ na skład chemiczny wody naturalnej i akwariowej, rzeczywiste właściwości buforowe, a także mechanizm wpływu rozważanych parametrów na organizm ryb. Większość reakcji chemicznych omówionych poniżej jest odwracalna, dlatego ważne jest, aby najpierw zapoznać się z właściwościami chemicznymi reakcji odwracalnych; Dogodnie jest to zrobić na przykładzie wody i pH.

  • 6. CO2 i fizjologia oddychania ryb akwariowych
  • 7. Mini-warsztat
  • 8. Odniesienia

1. O równowagach chemicznych, jednostkach pomiaru i pH

Chociaż woda jest słaba, nadal jest elektrolitem, to znaczy jest zdolna do dysocjacji, opisana równaniem

Ten proces jest odwracalny, tj.

Z chemicznego punktu widzenia jon wodoru H + jest zawsze kwasem. Jony zdolne do wiązania, kwas neutralizujący (H +) są zasadami. W naszym przykładzie są to jony hydroksylowe (OH -), ale w praktyce akwarystycznej, jak zostanie pokazane poniżej, dominującą bazą jest jon wodorowęglanowy HCO3 -, „sztywność” jonu węglanowego. Obie reakcje przebiegają z dość mierzalnymi szybkościami określonymi przez stężenie: szybkości reakcji chemicznych są proporcjonalne do produktu stężeń reagujących substancji. Tak więc dla odwrotnej reakcji dysocjacji wody H + + OH -> H2O jej szybkości będą wyrażone w następujący sposób:

K - współczynnik proporcjonalności, zwany stałą szybkości reakcji.
[] - nawiasy kwadratowe oznaczają stężenie molowe substancji, tj. liczba moli substancji w 1 litrze roztworu. Mol może być zdefiniowany jako masa w gramach (lub objętość w litrach dla gazów) 6 × 1013 cząstek (cząsteczek, jonów) substancji - liczba Avogadro. Liczba wskazująca masę 6 × 1013 cząstek w gramach jest równa liczbie wskazującej masę jednej cząsteczki w daltonach.

Na przykład wyrażenie [H2O] oznacza stężenie molowe wodnego roztworu... wody. Masa cząsteczkowa wody wynosi odpowiednio 18 daltonów (dwa atomy wodoru przy 1d plus atom tlenu 16d), 1 mol (1 M) H2Około - 18 gramów. Następnie 1 litr (1000 gramów) wody zawiera 1000: 18 = 55,56 mola wody, tj. [H2O] = 55,56 M = const.

Ponieważ dysocjacja jest procesem odwracalnym (H2O - H + + OH -), a następnie pod warunkiem, że prędkości reakcji bezpośredniej i odwrotnej są równe (Vpr= Varr) następuje stan równowagi chemicznej, w którym produkty reakcji i reagenty są w stałych i określonych stosunkach: Kpr[H2O] = Karr[H +] [HE -]. Jeśli stałe zostaną połączone w jednej części równania, a odczynniki w drugiej, otrzymamy

gdzie K jest również stałą i nazywa się stałą równowagi.

Ostatnie równanie jest matematycznym wyrażeniem tzw. prawo działania mas: w stanie równowagi chemicznej stosunek produktów równowagowych stężeń odczynników jest stały. Stała równowagi wskazuje, że zachodzą proporcje równowagi chemicznej odczynników. Znając wartość K, można przewidzieć kierunek i głębokość reakcji chemicznej. Jeśli K> 1, reakcja przebiega w kierunku do przodu, jeśli K +] [OH -] / [H2O] = 1,8 • 10 -16. Od [H2O] = 55,56 = const, to może być połączone z K po lewej stronie równania. Następnie:

Równanie dysocjacji wody przekształcone w taką formę nazywane jest produktem jonowym wody i jest oznaczone przez Kw. Wartość Kw pozostaje stała przy dowolnych wartościach stężeń H + i OH - tj. wraz ze wzrostem stężenia jonów wodorowych H +, stężenie jonów hydroksylowych - OH - zmniejsza się i odwrotnie. Na przykład, jeśli [H +] = 10 -6, to [OH -] = Kw/ [H +] = (10 -14) / (10 -6) = 10 -8. Ale Kw = (10 -6). (10 -8) = 10 -14 = const. Z jonowego produktu wody wynika, że ​​w stanie równowagi [H +] = [OH -] = √Kw = √1 • 10 -14 = 10 -7 M.

Wyjątkowość zależności między stężeniem jonów wodorowych i hydroksylu w roztworze wodnym pozwala na wykorzystanie jednej z tych wartości do scharakteryzowania kwasowości lub zasadowości podłoża. Zwyczajowo używa się wartości stężenia jonów wodorowych H +. Ponieważ praca z wartościami rzędu 10-7 jest niewygodna, w 1909 roku szwedzki chemik K.Serenzen zaproponował użycie ujemnego logarytmu stężenia jonów wodorowych H + do tego celu i wyznaczył jego pH od lat. potentia hydrogeni - moc wodoru: pH = -g [H +]. Następnie wyrażenie [H +] = 10 - 7 można zapisać krótko jako pH = 7. Od Proponowany parametr nie ma jednostek, nazywany jest miarą (pH). Wygoda propozycji Serensona wydaje się oczywista, ale był krytykowany przez współczesnych za niezwykłą odwrotną zależność między stężeniem jonów wodorowych H + a wartością pH: wraz ze wzrostem stężenia H +, tj. wraz ze wzrostem kwasowości roztworu, wartość pH maleje. Z jonowego produktu wody wynika, że ​​pH może przyjmować wartości od 0 do 14 z punktem neutralności pH = 7. Narządy ludzkiego smaku zaczynają odróżniać kwaśny smak od wartości pH = 3,5 i poniżej.

W przypadku akwarystyki zakres pH wynosi 4,5–9,5 (tylko poniżej zostanie uwzględniony) i tradycyjnie przyjęto następującą skalę ze zmiennym podziałem cen:

  • pH 8 - alkaliczne

W praktyce w większości przypadków grubsza skala ze stałą ceną podziału jest znacznie bardziej informacyjna:

  • pH = 5 ± 0,5 - kwaśne
  • pH = 6 ± 0,5 - lekko kwaśny
  • pH = 7 ± 0,5 - neutralne
  • pH = 8 ± 0,5 - lekko zasadowy
  • pH> 8,5 - alkaliczne

Środowiska o pH 9,5 są agresywne biologicznie i należy je uważać za nieodpowiednie dla życia mieszkańców akwarium. Ponieważ pH jest wartością logarytmiczną, zmiana pH o 1 jednostkę oznacza zmianę stężenia jonów wodorowych o 10 razy, współczynnik 2 razy 100 razy itd. Zmiana stężenia H + podwaja wartość pH tylko o 0,3 jednostki.

Wiele ryb akwariowych toleruje 100-krotne (tj. 2 jednostki pH) zmiany w kwasowości wody bez szczególnej szkody dla zdrowia. Dzielniki haratsinovyh i inne tzw. ryby miękkowodne, wyrzucają producentów z ogólnego akwarium (często ze słabo alkaliczną wodą) do zbiornika tarłowego (z lekko kwaśnym) iz powrotem bez pośredniej adaptacji. Praktyka pokazuje również, że większość mieszkańców biotopów z kwaśną wodą w niewoli czuje się lepiej w wodzie o pH 7,0-8,0. S. Spott uważa pH 7,1–7,8 za optymalne dla akwarium słodkowodnego.

Woda destylowana ma pH 5,5–6,0, a nie oczekiwane pH = 7. Aby poradzić sobie z tym paradoksem, musisz zapoznać się z „szlachetną rodziną”: CO2 i jego pochodne.

2. CO2 Z KOMRADEM, PH I PONOWNIE JEDNOSTKI POMIARU

Zgodnie z prawem Henry'ego, zawartość gazu w mieszaninie powietrza w wodzie jest proporcjonalna do jej udziału w powietrzu (ciśnienie cząstkowe) i współczynnika absorpcji. Powietrze zawiera do 0,04% CO2, co odpowiada jego stężeniu do 0,4 ml / l. Stosunek absorpcji CO2 woda = 12,7. Następnie 1 litr wody może rozpuścić 0,6–0,7 ml CO2 (ml, nie mg!). Dla porównania, jego biologiczną antypodą jest tlen, z 20% zawartością w atmosferze i współczynnikiem absorpcji 0,05, ma rozpuszczalność 7 ml / l. Porównanie współczynników absorpcji pokazuje, że, przy innych rzeczach równych, rozpuszczalność CO2 znacznie przekracza rozpuszczalność tlenu. Spróbujmy dowiedzieć się, dlaczego taka niesprawiedliwość.

W przeciwieństwie do tlenu i azotu, dwutlenek węgla - CO2, nie jest substancją prostą, ale związkiem chemicznym - tlenkiem. Podobnie jak inne tlenki, oddziałuje z wodą tworząc hydraty tlenków i, podobnie jak inne niemetale, jego wodorotlenek jest kwaśny (węglowy):

W rezultacie większa względna rozpuszczalność dwutlenku węgla wynika z wiązania chemicznego z wodą, która nie występuje w przypadku tlenu lub azotu. Rozważ dokładnie kwaśne właściwości kwasu węglowego, stosując prawo działania masowego i biorąc pod uwagę, że [H2O] = const:

tutaj K1 i K2 - stałe dysocjacji kwasu węglowego w 1 i 2 etapie.

Jonah NSO3 - nazywane są wodorowęglanami (w starej literaturze, wodorowęglanami) i jonami CO3 -- - węglany. Kolejność K1 i K2 sugeruje, że kwas węglowy jest bardzo słabym kwasem (K1 Do2).

Z równania K1 Możesz obliczyć stężenie jonów wodorowych H +:

Jeśli wyrażymy stężenie H + pod względem pH, jak Henderson i Hasselbalch zrobili w swoim czasie dla teorii roztworów buforowych, otrzymujemy:

gdzie, przez analogię do pH, pK1 = -lgК1 = -lg4 • 10 -7 = 6.4 = const. Następnie pH = 6,4 + lg [HCO3 - ] / [CO2]. Ostatnie równanie jest znane jako równanie Hendersona-Hasselbalcha. Co najmniej dwa ważne wnioski wynikają z równania Hendersona-Hasselbalcha. Po pierwsze, aby przeanalizować wartość pH, konieczna i wystarczająca wiedza o stężeniach składników tylko CO.2-system. Po drugie, wartość pH jest określona przez stosunek stężeń [HCO3 - ] / [CO2], a nie odwrotnie.

Od treści [HCO3 - ] nieznane, aby obliczyć stężenie H + w wodzie destylowanej, można użyć wzoru przyjętego w chemii analitycznej [H +] = √K1[CO2]. Następnie pH = -lg√K1[CO2]. Aby oszacować interesującą nas wartość pH, wróćmy do jednostek miary. Wiadomo z prawa Henry'ego, że stężenie CO2 w wodzie destylowanej wynosi 0,6 ml / l. Wyrażenie [CO2] oznacza stężenie molowe dwutlenku węgla (patrz wyżej). 1 mln CO2 waży 44 gramy, aw normalnych warunkach objętość 22,4 litra. Następnie, aby rozwiązać problem, konieczne jest określenie, jaka część 1M, tj. od 22,4 litra, uzupełnić 0,6 ml. Jeśli stężenie CO2 wyrażone nie w objętości, ale w jednostkach wagowych, tj. w mg / l, wtedy pożądaną frakcję należy rozważyć z masy molowej CO2 - od 44 gramów. Następnie wymagana wartość będzie:

gdzie x to objętość (ml / l), y to stężenie (mg / l) stężenia CO2. Najprostsze obliczenia dają przybliżoną wartość 3 • 10 -5 M CO2, lub 0,03 mM. Potem

co jest zgodne z zmierzonymi wartościami.

Z równania Hendersona-Hasselbalcha widać, jak wartość pH zależy od stosunku [HCL3 - ] / [CO2]. W przybliżeniu możemy założyć, że jeśli stężenie jednego składnika przekracza stężenie drugiego o 100 razy, to drugie można pominąć. Następnie z [NSO3 - ] / [CO2] = 1/100 pH = 4,5, co można uznać za dolną granicę CO2-system. Mniejsze wartości pH wynikają z obecności innych kwasów mineralnych, takich jak kwas siarkowy, chlorowodorowy, a nie węglowy. Z [NSO3 - ] / [CO2] = 1/10, pH = 5,5. Z [NSO3 - ] / [CO2] = 1 lub [NSO3 - ] = [CO2], pH = 6,5. Z [NSO3 - ] / [CO2] = 10, pH = 7,5. Z [NSO3 - ] / [CO2] = 100, pH = 8,5. Uważa się, że przy pH> 8,3 (punkt równoważności fenoloftaleiny) praktycznie nie ma wolnego dwutlenku węgla w wodzie.

3. WODA NATURALNA I RÓWNOWAGA WĘGLA

W przyrodzie wilgoć atmosferyczna nasycona CO2 powietrze i wypadanie z opadami, filtrowane przez skorupę geologiczną wietrzenia. Uważa się, że tam, oddziałując z mineralną częścią skorupy wietrzenia, jest wzbogacony w tzw. jony typomorficzne: Ca ++, Mg ++, Na +, SO4 --, Сl - i tworzy jego skład chemiczny.

Jednak prace V.I. Vernadsky i B. B. Polynow wykazał, że skład chemiczny wód powierzchniowych i gruntowych regionów o wilgotnym i umiarkowanie wilgotnym klimacie jest tworzony głównie przez glebę. Wpływ skorupy wietrzącej jest związany z jej wiekiem geologicznym, tj. ze stopniem wymywania. Rozkładające się pozostałości roślin są dostarczane do CO2, NSO3 - i pierwiastki popiołu w proporcji odpowiadającej ich zawartości w żywej materii roślinnej: popiół> Na> Mg. Ciekawe jest, że w prawie całym świecie woda pitna stosowana w aquriumistics zawiera również HCO wodorowęglanowe jako dominujący anion.3 -, i wśród kationów, Ca ++, Na +, Mg ++, często z pewną ilością Fe. A wody powierzchniowe wilgotnych tropików są na ogół zaskakująco jednorodne pod względem składu chemicznego, różniące się jedynie stopniem ich rozcieńczenia. Twardość takich wód bardzo rzadko osiąga wartości (8 ° dGH), zwykle utrzymując do 4 ° dGH. Ze względu na to, że w takich wodach [CO2] = [HCO3 - ], mają słabą reakcję kwasową i pH 6,0-6,5. Obfitość ściółki liściowej i jej aktywne niszczenie z dużą ilością opadów może prowadzić do bardzo wysokiej zawartości CO w takich wodach.2 i substancje humusowe (kwasy fulwowe) w prawie całkowitym braku pierwiastków popiołu. Są to tzw. „Czarne wody” Amazonii, w których wartość pH może spaść do 4,5 i dodatkowo zatrzymać tzw. wilgotny bufor.

O konserwacji Z2 w naturalnych wodach wpływa na ich mobilność. Tak więc w płynących wodach CO2 zawiera się w stężeniu 2–5 mg / l (do 10), podczas gdy w wodach stojących bagien i stawów wartości te osiągają wartość 15–30 mg / l.

Na suchych i ubogich obszarach wegetacyjnych znaczny wpływ na skład jonowy wód powierzchniowych ma wiek geologiczny skał tworzących skorupę wietrzną i ich skład chemiczny. W nich pH i proporcje jonów typomorficznych będą się różnić od podanych powyżej. W wyniku tego powstaje woda o znacznej zawartości SO4 - i Сl - oraz z kationów Na + ze znaczną ilością Mg ++ mogą przeważać. Zwiększenie całkowitej zawartości soli - mineralizacja. W zależności od zawartości węglowodorów wartość pH takich wód zmienia się średnio od pH 7 ± 0,5 do pH 8 ± 0,5, a twardość jest zawsze wyższa niż 10 ° dGH. W stabilnych wodach alkalicznych, przy pH> 9, głównymi kationami będą zawsze Mg ++ i Na + o zauważalnej zawartości potasu, ponieważ Ca ++ wytrąca się w postaci wapienia. W związku z tym wody Wielkiej Doliny Afrykańskiej Rift, która charakteryzuje się tzw. zasolenie sody. Jednocześnie nawet wody takich gigantów jak Jezioro Wiktorii, Malawi i Tanganika charakteryzują się wysoką mineralizacją i tak wysoką zawartością węglowodorów, że „twardość” węglanowa w ich wodach przekracza twardość całkowitą: dKH> dGH.

CO zawarty w wodzie2 a jego pochodne, wodorowęglany i węglany są ze sobą połączone tzw. równowaga dwutlenku węgla:

W tych regionach, gdzie skorupa wietrzenia jest młoda i zawiera wapień (CaCO3) równowaga dwutlenku węgla jest wyrażona równaniem

Stosując to równanie, prawo działania mas (patrz wyżej) i biorąc pod uwagę, że [H2O] = const i [CaCO3] = const (faza stała), otrzymujemy:

gdzie kCO2 - stała równowagi dwutlenku węgla.

Jeśli stężenia substancji czynnych wyrażone są w milimolach (mM, 10-3 M), wówczasCO2 = 34,3. Z równania KCO2 widoczny wodorowęglan niestabilności: przy braku CO2, tj. z [CO2] = 0, równanie nie ma sensu. W nieobecności dwutlenku węgla wodorowęglany rozkładają się do CO.2 i woda alkaliczna: HCO3 - → HE - + Z2. Zawartość wolnego CO2 (ponieważ „martwa” woda jest bardzo nieznaczna), co zapewnia trwałość danego stężenia wodorowęglanów przy stałym pH, nazywa się równowagowym dwutlenkiem węgla - [CO2]str. Jest on związany zarówno z zawartością dwutlenku węgla w powietrzu, jak iz dKH wody: wraz ze wzrostem dК H, ilością [CO2]str. Zawartość CO2 w wodach naturalnych z reguły jest zbliżona do równowagi i to właśnie ich cechy, a nie wartości dKH, dGH i pH, najczęściej odróżniają stan wód naturalnych od wody w akwarium. Rozwiązywanie równania kCO2 względnie Z2, Możesz określić stężenie równowagowego dwutlenku węgla:

Ponieważ koncepcje całkowitej twardości, węglanowej „twardości” i kwasowości są kultowe w akwarystyce słodkowodnej, interesujące jest, że równania:

połącz je w jeden system. Dzielenie KCO2 na K1, otrzymujemy uogólnione równanie:

Przypomnijmy, że [H +] i pH są odwrotnie proporcjonalne. Następnie ostatnie równanie pokazuje, że parametry: dGH, dKH i pH są wprost proporcjonalne. Oznacza to, że w stanie zbliżonym do równowagi gazu, wzrost stężenia jednego składnika doprowadzi do zwiększenia stężenia innych. Ta właściwość jest wyraźnie widoczna przy porównaniu składu chemicznego wód naturalnych różnych regionów: twardsze wody charakteryzują się wyższymi wartościami pH i dKH.

Dla ryb optymalna zawartość CO2 robi 1–5 mg / l. Stężenia powyżej 15 mg / l są niebezpieczne dla zdrowia wielu gatunków ryb akwariowych (patrz poniżej).

Tak więc z punktu widzenia bilansu dwutlenku węgla zawartość CO2 w wodach naturalnych zawsze blisko [CO2] p.

4. O WODZIE AKWARIUM I PRODUKCJI ROZPUSZCZALNOŚCI

Woda w akwarium nie jest równowagą pod względem CO2 w zasadzie. Pomiar dwutlenku węgla za pomocą CO2-test pozwala określić całkowity dwutlenek węgla - [CO2]ogólne, których wartość z reguły przekracza stężenie równowagowego dwutlenku węgla - [CO2]ogólne> [CO2]str. Ten nadmiar nazywany jest nierównowagowym dwutlenkiem węgla - [CO2]ner. Potem

Obie formy dwutlenku węgla, zarówno równowaga, jak i nierównowaga, nie są mierzalne, a jedynie obliczone parametry. Jest to nierównowagowy dwutlenek węgla, który zapewnia aktywną fotosyntezę roślin wodnych, az drugiej strony może stwarzać problemy przy utrzymywaniu pewnych gatunków ryb. W dobrze wyważonym akwarium naturalne dzienne wahania zawartości dwutlenku węgla nie prowadzą do spadku jego stężenia poniżej [CO2]str i nie przekraczają możliwości bufora wody w akwarium. Jak zostanie pokazane w następnym rozdziale, amplituda tych oscylacji nie powinna przekraczać ± 0,5 [CO2]str. Ale ze wzrostem zawartości dwutlenku węgla powyżej 0,5 [CO2]str, dynamika deklarowanych komponentów Z2-systemy - dGH, dKH i pH, będą bardzo różne od naturalnych: całkowita twardość (dGH) w takiej sytuacji wzrasta na tle spadającego pH i wartości dКН. Taka sytuacja może zasadniczo odróżnić wodę akwariową od wody naturalnej. Wzrost dGH występuje w wyniku rozpuszczenia gleby wapiennej. W takiej wodzie mogą być utrudnione ważne procesy wymiany gazu w organizmie ryb, w szczególności - usuwanie CO2, a pojawiające się patologiczne procesy odpowiedzi często prowadzą do błędów w ocenie sytuacji (patrz poniżej). W akwariach z rafą morską woda taka może rozpuszczać świeżo wytrącony CaCO3 twardy szkielet koralowca, w tym w miejscu urazu, który może prowadzić do oderwania ciała polipa od szkieletu i śmierci zwierzęcia podczas dobrostanu akwarium zgodnie z innymi parametrami.

Przy obfitości roślin wodnych możliwa jest sytuacja, gdy [CO2]ogólne ++ +Z3 -- (rr). Stosując prawo działania mas, otrzymujemy: [Ca ++] [CO3 -- ](rr)/ [CaCO3](tv.)= K Ponieważ [CaCO3](tv.)= const (faza stała), a następnie [Ca ++] [CO3 -- ](rr)= K Od ostatnie równanie charakteryzuje zdolność substancji do rozpuszczania się, a następnie taki produkt stężenia nasyconych jonów trudno rozpuszczalnych substancji nazywano produktem rozpuszczalności - PR (porównaj z produktem jonowym wody Kw).

PRCaso3 = [Ca ++] [CO3 -- ] = 5 • 10 -9. Jak produkt jonowy wody, PRCaso3 pozostaje stała niezależnie od zmian stężenia jonów wapnia i węglanów. Następnie, jeśli wapń jest obecny w glebie akwarium, jony węglanowe zawsze będą obecne w wodzie w ilości określonej przez PRCaso3 i ogólna sztywność:

W obecności nierównowagowego dwutlenku węgla w wodzie zachodzi następująca reakcja:

co obniża stężenie nasycające jonów węglanowych [CO3 -- ]. W rezultacie, zgodnie z iloczynem rozpuszczalności, do wody wpływają kompensacyjne ilości CO.3 -- od caso3, tj. wapień zacznie się rozpuszczać. Od sb2+H2O = H + + NSO3 -, znaczenie powyższego równania można sformułować dokładniej: CO3 -- +H + = NSO3 -. Ostatnie równanie mówi, że węglany w wodzie są zgodne z PRCaso3, neutralizować kwas (H +) utworzony przez rozpuszczenie CO2, przy czym pH wody pozostaje niezmienione. W ten sposób stopniowo dochodziliśmy do punktu, w którym rozpoczęliśmy rozmowę:

5. SYSTEM BUFORA WĘGLOWEGO

Rozwiązania są nazywane buforem, jeśli posiadają dwie właściwości:

Odp.: Wartość pH roztworów nie zależy od ich stężenia ani od stopnia ich rozcieńczenia.

B: Dodanie kwasu (H +) lub zasady (OH -) powoduje, że ich wartość pH zmienia się nieznacznie, dopóki stężenie jednego ze składników roztworu buforowego nie zmieni się o więcej niż połowę.

Właściwości te mają roztwory składające się ze słabego kwasu i jego soli. W praktyce akwariowej ten kwas jest dwutlenkiem węgla, a jego dominującą solą jest wodorowęglan wapnia - Ca (HCO)3)2. Z drugiej strony wzrost CO2 powyżej równowagi jest równoważne dodaniu kwasu do wody - H +, a obniżenie jego stężenia poniżej równowagi jest równoważne dodaniu zasady - OH - (rozkład wodorowęglanów - patrz wyżej). Ilość kwasu lub zasady, którą należy dodać do roztworu buforowego (wody w akwarium), aby wartość pH została zmieniona o 1 jednostkę, nazywa się pojemnością buforową. Z tego wynika, że ​​pH wody w akwarium zaczyna się zmieniać wcześniej niż jego pojemność buforowa jest wyczerpana, ale po wyczerpaniu pojemności bufora pH zmienia się już równoważne ilości wprowadzonego kwasu lub zasady. Podstawą systemu buforowego jest tzw. Zasada Le Chateliera: równowaga chemiczna jest zawsze przesuwana w kierunku przeciwnym do zastosowanego efektu. Rozważ właściwości buforów A i B.

A. Niezależność pH roztworów buforowych od ich stężenia wynika z równania Hendersona-Hasselbalcha: pH = pK1 +lg [HCO3 - ] / [CO2]. Następnie przy różnych stężeniach HCO3 - i CO2 ich nastawienie [HCO3 - ] / [CO2] może być niezmieniony. Na przykład [HCO3 - ] / [CO2] = 20/8 = 10/4 = 5/2 = 2,5 / 1 = 0,5 / 0,2 = 2,5, - czyli różne wody, różniące się wartością „twardości” węglanu dКН i zawartością CO2, ale zawierające je w tej samej proporcji będą miały tę samą wartość pH (patrz także rozdział 2). Takie wody z pewnością różnią się pod względem pojemności buforowej: im wyższe stężenie składników układu buforowego, tym większa pojemność buforowa i odwrotnie.

Akwaryści napotykają tę właściwość systemów buforowych, zwykle w okresach wiosennej i jesiennej powodzi, jeśli stacje ujęcia wody są zaopatrywane raczej w wodę powierzchniową niż artezyjską. W takich okresach pojemność buforowa wody może się zmniejszyć do tego stopnia, że ​​niektóre gatunki ryb nie wytrzymają tradycyjnego gęstego lądowania. Wtedy zaczynają pojawiać się historie o tajemniczych chorobach, na przykład skalarne lub mieczykowe, wobec których wszystkie leki są bezsilne.

B. Możesz mówić o systemach akwariowych z trzema buforami, z których każda jest stabilna w swoim zakresie pH:

2. pH = 8,3 NSO3 - bufor wodorowęglanowy

Rozważ właściwość B w dwóch wersjach: var. B1 - wraz ze wzrostem zawartości CO2 i var. B2 - jednocześnie zmniejszając jego zawartość.

B1. Stężenie CO2 wzrasta (ciasne lądowanie, bardzo stara woda, przekarmianie).

Kwaśne właściwości CO2 objawia się powstawaniem jonów wodorowych H +, gdy oddziałuje z wodą: CO2+H2О → Н + + НСО3 -. Następnie zwiększając stężenie CO2 odpowiednik wzrostu stężenia jonów wodorowych H +. Zgodnie z zasadą Le Chatelier doprowadzi to do neutralizacji H +. W tym przypadku systemy buforujące działają w następujący sposób.

Bufor węglanowy 3: w obecności gleby węglanowej jony wodorowe zostaną wchłonięte przez węglany obecne w wodzie: H + + CO3 -- → NSO3 -. Konsekwencją tej reakcji będzie rozwiązanie CaCO3 ziemia (patrz wyżej).

Bufor wodorowęglanowy 1 - 2: przez reakcję H + + HCO3 - → CO2↑ + H2A. Stabilność pH zostanie osiągnięta poprzez zmniejszenie „twardości” węglanu dKH i usunięcie powstałego CO2 - albo z powodu fotosyntezy, albo z powodu jej dyfuzji w powietrze (z odpowiednim napowietrzaniem).

Jeśli źródło nadmiaru CO2 nie zostanie wyeliminowany, przy spadku wartości dKH dwukrotnie od początkowej, pH wody zacznie spadać wraz z jednoczesnym spadkiem pojemności bufora i wzrostem całkowitej twardości. Gdy wartość pH zmniejszy się o 1 jednostkę, pojemność układu buforowego zostanie wyczerpana. Przy pH = 6,5 zawartość pozostałych wodorowęglanów [HCO3 - ] = [CO2] i przy pH - → H + + CO3 --. Następnie po zmniejszeniu zawartości

Z2, proporcja węglowodorów zostanie również proporcjonalnie zmniejszona, a wartość stosunku [NSO3 - ] / [CO2] pozostają stałe (patrz właściwość A, równanie Hendersona-Hasselbalcha). Gdy zawartość dwutlenku węgla spadnie poniżej 0,5 [CO2]str, wartość pH zacznie wzrastać i może wzrosnąć do pH = 8,3. Po osiągnięciu tej wartości bufor wodorowęglanowy 1 wyczerpuje swoje możliwości, ponieważ w takiej wodzie CO2 praktycznie nieobecny.

Bufor wodorowęglanowy 2 zachowuje wartość pH = 8,3. Ta liczba wynika ze wzoru [H +] = √К1Do2, gdzie k1 i K2 - 1 i 2 stałe dysocjacji kwasu węglowego (patrz wyżej). Następnie:

To znaczy Wartość pH dowolnych roztworów wodorowęglanów jest stała, nie przekracza pH = 8,3 i jest konsekwencją bardzo chemicznego charakteru tych substancji.

W przypadku braku CO2 węglowodory rozkładają się według równania:

NSO3 - → CO2+OH - woda alkalizująca i podkreślająca CO2, które rośliny zużywają. Ale ten sam wodorowęglan neutralizuje OH - według schematu: VAT3 - → CO3 -- +H +; i H + + OH - → H2A. Dlatego wartość pH będzie utrzymywana na stałym poziomie, co odzwierciedla równanie sumaryczne:

Stabilność PH ponownie osiąga się przez zmniejszenie ilości wodorowęglanów, tj. przez obniżenie pojemności buforowej wody. Jednak test akwarium dKN nie odczuwa tego spadku ze względu na charakterystykę samej metody analizy.

Ponieważ jon wodorowęglanowy ma zdolność do dysocjacji zarówno typu kwasowego, jak i zasadowego, to jest: HCO3 - → H + + CO3 -- i NSO3 - → HE - + Z2, Ta „sztywność” węglanowa dKN (zawartość węglowodorów) jest również układem buforowym.

Sztuczne wprowadzanie wodorowęglanów do wody (zwykle w postaci sody oczyszczonej) jest czasami praktykowane, gdy pielęgnice z Wielkich Jezior Afrykańskich są trzymane w handlu morskim. W tym przypadku wdrażane są dwie strategie: zwiększenie pojemności buforowej wody w akwarium i zwiększenie wartości pH do 8,3.

Jeśli ilość CO2 w wodzie akwariowej zmniejszy się jeszcze bardziej, a gdy jej zawartość zmniejszy się o połowę w porównaniu z równowagą, pH wody zacznie wzrastać. Gdy wartość pH wzrasta powyżej pH = 8,3, znika dwutlenek węgla z wody, a węgiel nieorganiczny jest reprezentowany tylko przez wodorowęglany i węglany.

Bufor węglanowy 3. Gdy węglan przekracza stężenie odpowiadające produktowi rozpuszczalności [CO3 -- ] = PRCaso3/ [Ca ++], kryształy CaCO utworzą się w wodzie3. Od głównego i jedynego konsumenta CO2 w akwarium słodkowodnym są rośliny wodne, a procesy te występują głównie na powierzchni zielonego liścia. Wraz ze wzrostem pH> 8,3 powierzchnia dojrzałych liści zacznie pokrywać się skorupą wapienną, która jest niezwykłym podłożem dla wzrostu glonów. Wiązanie węglanów CO3 --, tworzenie CaCO3 utrzymuje również stabilność pH. Jednak przy braku jonów Ca ++ (w bardzo miękkiej wodzie), przy aktywnej fotosyntezie, wzrost stężenia węglanów zwiększy wartość pH z powodu hydrolizy węglanów: CO3 -- +H2О → ОН - + НСО3 -.

Wraz ze wzrostem wartości pH o 1 jednostkę w porównaniu z wartością początkową, pojemność buforowa wody zostanie wyczerpana, a przy ciągłym spadku zawartości CO2, Wartość pH może szybko wzrosnąć do ryzykownego pH> 8,5. W rezultacie spadek CO2 w wodzie akwariowej zwiększy wartość pH przy niewielkim spadku twardości całkowitej. W takiej wodzie (jako silnie nierównowagowej, jak w wersji B1), wiele ryb miękkiej wody będzie czuć się bardzo niekomfortowo.

W ten sposób system buforowania węglanowego wody łączy tradycyjne parametry hydrochemiczne akwarium: twardość całkowitą i węglanową, pH i zawartość CO.2. Wśród dGH - pH - dKH - CO2 najbardziej konserwatywnym parametrem jest dGH, a najbardziej zmienny jest CO2. W zależności od stopnia zmiany dGH, pH, a zwłaszcza dKH w porównaniu z osiadłą, napowietrzoną wodą wodociągową, można ocenić stopień intensywności procesów oddychania i fotosyntezy w akwarium. Wyczerpanie pojemności buforowej wody w akwarium, zarówno w jednym, jak iw drugim kierunku, zmienia jego zdolność do pochłaniania CO2, że to właśnie ta własność często zamienia ją w silną nierównowagę pod względem CO2 i radykalnie różni się od naturalnego. Zmiany zdolności wody akwariowej do pochłaniania CO wydychanego przez ryby2, może przekroczyć fizjologiczne możliwości organizmu ryb w celu jego usunięcia. Ponieważ wpływa to na zdrowie populacji ryb w akwarium, powinieneś zapoznać się z cechami fizjologicznych skutków CO2 na ciele ryb.

© Alexander Yanochkin, 2005
© Aqua Logo, 2005

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

Czytaj Więcej Na Temat Przydatnych Ziół