Lieber Oleg Mosin! Ich habe Ihren Artikel "Wasser ohne Luft (Gase)" unter www.o8ode.ru/article/answer/voda_bez_vozduha_gazov.htm gelesen. Lassen Sie mich persönlich eine Frage stellen. Ich bin Biologe und verfüge über grundlegende Kenntnisse der Chemie. Die Frage betrifft die Löslichkeit von Kohlendioxid in Wasser. Die Essenz dieses Prozesses. Ein Teil des gelösten Gases interagiert mit Wasser unter Bildung von Kohlensäure, die in Bicarbonat- und Wasserstoffionen dissoziiert. Wenn wir die Dissoziationskonstante, den Gehalt an gelöstem Kohlendioxid, kennen, können wir den Säureindex und den Gehalt an Kohlensäure selbst berechnen - dies ist vernachlässigbar.

Die Frage ist: Was hält den Rest von Kohlendioxid in Wasser, weil es nicht in der Gasphase ist, sonst wäre es sofort verdampft worden? Nirgendwo kann ich eine Antwort auf diese Frage finden: Was hält das Dioxid selbst im Wasser? Kann es mit Wassermolekülen Wasserstoffbrücken bilden? Da Wasserstoffbrückenbindungen zwischen einem mit einem elektronegativen Atom verbundenen Wasserstoffatom und einem elektronegativen Element mit einem freien Elektronenpaar (O, F, N)?

Und noch eine Frage. Bei pH = 3 verschiebt sich die Dissoziationsreaktion nach links, Kohlensäure zerfällt in Kohlendioxid und Wasser. Und gelöstes Dioxid? Alle diese Fragen beziehen sich auf den Atmungsprozess von Insekten und die explosive Freisetzung von Kohlendioxid aus Tracheolflüssigkeit. Die Wirkung der Carboanhydrase, die den Prozess der Bindung des Dioxids mit Wasser und die Bildung von Bicarbonat katalysiert, hängt direkt mit diesen Fragen zusammen. Ich weiß jedoch nicht, dass eine der zahlreichen Isoformen der Carboanhydrase den umgekehrten Prozess katalysiert. Bei Kohlenhydrat ist alles klar - der Bohr-Effekt. Aber Bikarbonat, das aus Blutplasma in die Alveolen eindringt, was den Prozess der Bindung an ein Proton induziert? Was ist die Kinetik dieses Prozesses?

Ich wäre Ihnen sehr dankbar, wenn Sie diese Fragen oder die Richtung der Suche nach Antworten klären.

Mit freundlichen Grüßen Vladimir.

Soweit ich weiß, ist die Löslichkeit von Kohlendioxid in Wasser im Allgemeinen für alle Gase höher, sie ist etwa 70-fach höher als die Löslichkeit von Sauerstoff und 150-fach höher als die Löslichkeit von Stickstoff mit einem Kohlendioxid-Adsorptionskoeffizienten von 12,8, was einer Löslichkeit von 87 ml Gas in 100 mg Wasser entspricht. Natürlich würde man zum Beispiel davon ausgehen, dass CO₂ Irgendwie in geschlossenen Wasserclustern eingebettet und in ihnen gehalten, wie es in... der Fall ist. Aber dieser Prozess wird unwahrscheinlich stattfinden. Die Löslichkeit von Gasen in Wasser ist unterschiedlich und hängt sowohl von äußeren Faktoren ab - Temperatur und Druck, als auch von der Art des Gases selbst und seiner Fähigkeit, mit Wasser chemisch zu reagieren (wie dies bei Kohlendioxid der Fall ist, das sich aufgrund einer chemischen Reaktion mit Wasser im Wasser löst die Bildung von Kohlensäure wiederum dissoziiert in Ionen H + und HCO - ₃). Andererseits nur 1% MIT₂, in wässriger Lösung vorliegen, liegt darin in Form von H vor₂MIT₃. Diese Inkonsistenz wurde von vielen Forschern bemerkt. Zur Vereinfachung der Berechnungen von chemischen Gleichungen gilt daher pK_a und der pH wird als das gesamte CO angesehen₂ reagiert mit Wasser.

Unter dem Gesichtspunkt der chemischen Kinetik ist das Lösen von Kohlendioxid in Wasser ziemlich kompliziert. Wenn CO₂ in Wasser gelöst, stellt sich das Gleichgewicht zwischen Kohlensäure H ein₂MIT₃, Bicarbonat-Mehrwertsteuer₃ - und Carbonat CO₃ -.

Die Berechnung der Ionisationskonstante erfolgt in diesem Fall nach folgendem Schema:

Die Konstante der ersten Ionisationsstufe ist gleich pK_{a1 =} 4,4 x 10 -7

Die Ionisationskonstante der zweiten Stufe ist pK_{A2 =} 5,6 x 10-11

Da sich beide Ionisationsstufen in einer Lösung von Kohlensäure im Gleichgewicht befinden, können die erste und die zweite Ionisationskonstante pK kombiniert werden._a1 und pK_a2, multiplizieren sie:

pK_a1 x pK_a2 = 4,4 × 10 –7 × 5,6 × 10 –11 = 2,46 × 10 –17

Das Gleichgewicht zwischen Kohlendioxid, Bicarbonat und Carbonat hängt vom pH-Wert ab: Hier gilt das Prinzip von Le Chatelier: Die Anwesenheit von Wasserstoffionen in Lösung verschiebt die alkalische Reaktion des Mediums und der sauren Seite (pH-Wert auf 5,5). Umgekehrt verschiebt das Entfernen von Protonen aus dem System das Reaktionsgleichgewicht nach links, wenn Kohlendioxid aus Carbonat und Bicarbonat nachgefüllt wird. Bei einem niedrigen pH-Wert dominiert daher Kohlendioxid im System, und in der Tat werden weder Bicarbonat noch Carbonat gebildet, während bei neutralem pH Bicarbonat gegenüber CO dominiert.₂ und H₂CO₃. Und nur bei hohem pH-Wert herrscht Carbonat vor.

Carboanhydrase katalysiert den Prozess der CO-Hydratation₂ und CO-Dehydratisierung₂ (ungefähr 100 mal).

Was den Bohr-Effekt betrifft, so gibt es, wenn ich mich nicht irre, ein anderer Mechanismus - eine Abnahme des pH-Werts - eine Verringerung der Bindung von Sauerstoff an Hämoglobin, wodurch Sauerstoff freigesetzt wird. Wie ich mich aus dem Instituts-Lehrgang in Biochemie erinnere, erklärt sich der Bohr-Effekt dadurch, dass im Hämoglobin-Molekül Protonenbindungsstellen in Form von Histidinresten und Asparaginsäure vorhanden sind. Wie das alles dort passiert, kann ich nicht mit Sicherheit sagen, aber der Hauptbestandteil liegt in der Fähigkeit dieser Aminosäurereste, in Form von Desoxyhydroxy miteinander zu interagieren. In der Desoxyform kann ein Asparaginsäurerest eine Bindung zwischen dem protonierten Histidinrest bilden. Dieser Histidinrest hat einen hohen pK-Wert._a, da die Verbindung von Histidin mit dem Asparaginsäurerest das Proton von der Dissoziation abhält. Aber in Form einer Hydroxyform ist die Bildung einer solchen Bindung unmöglich und daher der Wert von pK_a für die Histidinhydroxyform kehrt sie zu normalem pK zurück_a. Bei einem Blut-pH-Wert von 7,4 liegt Histidin daher in unprotonierter Form in Oxyhämoglobin vor. Hohe Protonenkonzentrationen tragen zur Bildung der Histidin-Desoxyform und damit zur Freisetzung von Sauerstoff bei. CO-Freisetzung₂ reduziert wiederum die Affinität von Hämoglobin mit Sauerstoff auf zwei Arten. Zuerst etwas CO₂ verwandelt sich in Bikarbonat, wodurch die für den Bohr-Effekt verantwortlichen Protonen freigesetzt werden. Ein anderer Teil dieses Bikarbonats wird von Erythrozyten freigesetzt, während der verbleibende Teil des Bikarbonats direkt mit Hämoglobin interagiert, sich an die N-Gruppe des Aminosäurerestes bindet und das instabile Carbaminsäureesterurethan bildet. Dabei werden wieder Protonen freigesetzt, die wiederum zur Freisetzung von O führen₂ und CO-Bindung₂. So findet der Atmungszyklus statt.

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

Wasser plus Kohlendioxid

Kohlendioxid und die aktive Reaktion von Wasser. Oder wie man Stalagmiten nicht auf den Blättern von Aquarienpflanzen wachsen lässt

Warum und wie mit dem Kohlendioxidgehalt im Aquarium umgegangen wird.
Es ist bekannt, dass Kohlendioxid für Pflanzen unerlässlich ist. CO2 ist während des Photosyntheseprozesses das wichtigste Baumaterial für die Synthese organischer Moleküle. Und Aquarienpflanzen machen da keine Ausnahme. Mit einem Defizit an Kohlendioxid werden sie einfach nichts zum Bauen ihrer Stoffe haben, was ihr Wachstum verlangsamt oder ganz stoppt. Andererseits beginnen die Fische mit einem Überschuss an Kohlendioxid im Wasser des Aquariums zu würgen, selbst wenn der Sauerstoffgehalt im Aquarium hoch ist (Ruth-Effekt). Daher muss ein Aquarianer, wenn er lebende Dinge genießen möchte, keine Plastikpflanzen und Fische, in der Lage sein, die Konzentration von Kohlendioxid im Wasser im optimalen Bereich zu halten.

Mit ausreichender Genauigkeit kann ein Aquarianer durch Berechnung den Kohlendioxidgehalt im Aquarienwasser bestimmen, wenn er den pH-Wert und die Karbonathärte des Wassers kennt, worauf in diesem Artikel eingegangen wird. Aber zuerst müssen Sie diese Frage beantworten: Muss der Aquarianer überhaupt etwas messen und dann etwas zählen? Ist es wirklich notwendig, "die Harmonie mit der Algebra zu überprüfen"? Denn alles in der Natur kann sich selbst regulieren. Ein Aquarium ist im Wesentlichen auch ein kleines „Stück“ der Natur und bildet keine Ausnahme von dieser Regel. Im Aquarium mit normalen (klassischen) * Verhältnissen mit ausreichenden, aber nicht großen Fischen, werden die erforderlichen Wasserparameter normalerweise von sich selbst eingestellt. Damit sie in Zukunft nicht von der Norm abweichen, ist es nicht erforderlich, die Fische regelmäßig und mindestens einmal alle zwei Wochen zu überfüttern und etwa ein Viertel oder ein Drittel der Wassermenge zu ersetzen. Und das wird wirklich genug sein. Fische geben im Laufe ihres Lebens ausreichend Kohlendioxid, Nitrate und Phosphate ab, damit die Pflanzen nicht im Elend leben. Im Gegenzug versorgen die Pflanzen die Fische mit ausreichend Sauerstoff. Seit dem letzten Viertel des 19. Jahrhunderts (seit der Zeit von NF Zolotnitsky) und für den Großteil des 20. Jahrhunderts haben fast alle Aquarianer dies getan. Alles war gut für sie, aber viele von ihnen wussten nicht, was Aquarientests sind...

Moderne Aquarien ohne Mittel zur Bestimmung der Parameter von Aquarienwasser sind undenkbar. Was hat sich geändert?

Technische Fähigkeiten! Mit Hilfe einer speziellen Ausrüstung haben wir begonnen, die Natur zu täuschen. In einer kleinen Glasbox, die im Wesentlichen ein typisches Raumaquarium ist (und sogar ein Volumen von 200 bis 300 Litern für einen Raumwasserbehälter ist im Vergleich zu einem natürlichen Wasserbehälter sehr klein), wurde es möglich, eine solche Anzahl lebender Organismen aufzunehmen, die mit den natürlichen Ressourcen nicht vergleichbar sind verfügbar. Beispielsweise kann in einem völlig unbeweglichen und ungemischten Wasser eines Aquariums an seiner Oberfläche in einer Tiefe von 0,5 bis 1 mm die Sauerstoffmenge doppelt so groß sein wie in einer Tiefe von nur wenigen Zentimetern. Die Übertragung von Sauerstoff aus Luft in Wasser selbst ist sehr langsam. Nach Berechnungen einiger Forscher kann sich das Sauerstoffmolekül allein durch Diffusion um höchstens 2 cm vertiefen! Ohne technische Mittel zum Mischen oder Belüften des Wassers ist es daher für einen Aquarianer einfach unmöglich, ein Aquarium mit „zusätzlichen“ Fischen zu besiedeln. Moderne Aquarientechnik ermöglicht es Ihnen, in einem Aquarium zu pflanzen und für einige Zeit erfolgreich eine unglaubliche Menge an Fisch in der Vergangenheit zu enthalten, und helle Lampen pflanzen ein Aquarium mit Pflanzen dicht ein und bedecken sogar ihren Boden mit einer dicken Schicht Richi!

Dies ist ein Fragment des Aquarienbodens. Es ist dicht mit Bodendeckerpflanzen bepflanzt: Glossist (Glossostigma elatinoides), Javaner-Moos (Vesicularia dubyana) und Riccia (Riccia fluitans). Letzteres schwimmt normalerweise in der Nähe der Oberfläche, kann aber so erreicht werden, dass es auf der Unterseite wächst. Dafür muss das Aquarium hell beleuchtet sein und Kohlendioxid wird in das Wasser eingeleitet.
Auch Amanos Garnelen geriet nicht aus Versehen in den Rahmen. Es ist notwendig, die Speisereste aus dem Dickicht der Nagetiere sorgfältig und sorgfältig auszuwählen
Aber wir dürfen nicht vergessen, dass die betrogene Natur von diesem Moment an, als wir das Aquarium mit lebenden Organismen dicht bevölkerten, für nichts anderes verantwortlich ist! Die dauerhafte Funktionsfähigkeit eines solchen Systems ist jetzt keinesfalls garantiert. Für das ökologische Chaos, das der Aquarianer in seinem Aquarium angeordnet hat, wird er und er allein die Antwort sein. Selbst ein kleiner Fehler seines Willens führt zu einer Umweltkatastrophe. Und um keine Fehler zu machen, müssen Sie wissen, wie und warum sich zumindest die grundlegenden Parameter des Wassers ändern. Durch eine zeitnahe Steuerung können Sie schnell in die Arbeit des übervölkerten und daher instabilen Systems eingreifen, es mit den fehlenden Ressourcen versorgen und überschüssigen Abfall entfernen, den das Aquarium "Biozönose" selbst nicht nutzen kann. Kohlendioxid ist eines der für ein Aquarium lebender Pflanzen.

Das Bild wurde 2003 bei einem von Takashi Amano in Moskau durchgeführten Seminar aufgenommen. Dies ist die Rückansicht des Aquariums. Es gibt hier keinen künstlichen Hintergrund. Es entstehen Pflanzen, die an der Rückwand extrem dicht bepflanzt sind. Damit sie ohne "Würgen" wachsen konnten, wurden gleichzeitig mehrere Tricks eingesetzt, die auf Aquarientechnologien basieren. Dies ist eine spezielle, mehrschichtige, nicht saure Grundierung, die reich an Mineralien für Pflanzen ist, eine sehr helle Lichtquelle mit einem speziell ausgewählten Spektrum und natürlich ein Gerät, das Wasser mit CO2 anreichert (alles von ADA hergestellt).

Teil eines Systems, das Aquarienwasser mit Kohlendioxid aus der Nähe anreichert. Im Außenbereich ist ein Gerät angebracht, mit dem Sie den Gasblasenstrom visuell steuern können. Innen befindet sich ein Diffusor. Zur Verdeutlichung starteten die Seminarveranstalter sehr stark mit Gas und eine ganze Blasensäule steigt aus dem Diffusor. So viel Kohlendioxid-Aquarienpflanzen brauchen nicht. Im Normalbetrieb, wenn das Gas viel weniger ist, sollten Blasen fast nicht sichtbar sein, da Kohlendioxid schnell in Wasser gelöst wird. So wächst die üppige Vegetation im "natürlichen" Aquarium von Takashi Amano nicht von selbst - dies erfordert eine spezielle Ausrüstung. Es ist also kein so natürliches Aquarium, es ist eher von Menschen gemacht!

In der Erdatmosphäre befindet sich sehr wenig CO2 - nur 0,03%. In trockener atmosphärischer Luft mit normalem Luftdruck (760 mm. Hg. Art.) Beträgt sein Partialdruck nur 0,2 mm. Hg Art. (0,03% von 760). Diese geringe Menge reicht jedoch aus, um seine Präsenz für einen Aquarianer sinnvoll darzustellen. Zum Beispiel wird destilliertes oder gut entsalztes Wasser, das sich ausreichend lange in einem offenen Behälter befindet, um sich mit atmosphärischer Luft ** ins Gleichgewicht zu bringen, etwas sauer werden. Dies geschieht, weil Kohlendioxid darin gelöst ist.

Mit dem obigen Kohlendioxidpartialdruck kann seine Konzentration in Wasser 0,6 mg pro Liter erreichen, was zu einem Abfall des pH-Werts auf Werte nahe 5,6 führen wird. Warum Tatsache ist, dass einige Kohlendioxidmoleküle (nicht mehr als 0,6%) mit Wassermolekülen interagieren, um Kohlensäure zu bilden:
CO 2 + H 2 O H 2 CO 3
Kohlensäure dissoziiert in ein Wasserstoffion und ein Kohlenwasserstoffion: H2CO3 H + + HCO3-
Dies reicht aus, um destilliertes Wasser anzusäuern. Es sei daran erinnert, dass der pH-Wert (aktive Reaktion von Wasser) nur den Gehalt an Wasserstoffionen in Wasser widerspiegelt. Dies ist der negative Logarithmus ihrer Konzentration.

In der Natur werden auch Regentropfen angesäuert. Daher ist es auch in ökologisch sauberen Regionen, in denen im Regenwasser keine Schwefel- und Salpetersäure vorhanden ist, immer noch leicht sauer. Beim Durchlaufen des Bodens, wo der Kohlendioxidgehalt um ein Vielfaches höher ist als in der Atmosphäre, ist das Wasser noch mehr mit Kohlendioxid gesättigt.

Dieses Wasser interagiert dann mit kalkhaltigen Gesteinen und wandelt Carbonate in hochlösliche Hydrogencarbonate um:

CaCO 3 + H 2 O + CO 2 Ca (HCO 3) 2

Diese Reaktion ist reversibel. Sie kann je nach Kohlendioxidkonzentration nach rechts oder links verschoben werden. Bleibt der CO2-Gehalt über längere Zeit stabil, so stellt sich in diesem Wasser der Kohlenstoff-Säure-Kalk-Haushalt ein: Es entstehen keine neuen Kohlenwasserstoffionen. Wenn das CO2 aus dem Gleichgewichtssystem auf die eine oder andere Weise entfernt wird, wird es nach links verschoben, und praktisch unlösliches Calciumcarbonat fällt aus der bicarbonathaltigen Lösung heraus. Dies geschieht zum Beispiel beim Kochen von Wasser (dies ist ein bekanntes Verfahren zur Verringerung der Carbonathärte, d. H. Die Konzentration in Wasser ist Ca (HCO 3) 2 und Mg (HCO 3) 2). Der gleiche Vorgang wird auch beim einfachen Absetzen von artesischem Wasser beobachtet, das sich unter erhöhtem Druck im Untergrund befand und dort viel Kohlendioxid gelöst wurde. Sobald es an der Oberfläche ist, wo der CO2-Partialdruck niedrig ist, gibt dieses Wasser überschüssiges Kohlendioxid in die Atmosphäre ab, bis es sich im Gleichgewicht befindet. Gleichzeitig erscheint darin eine weißliche Wolke aus Kalksteinpartikeln. Genau nach demselben Prinzip werden Stalaktiten und Stalagmiten gebildet: Das aus unterirdischen Formationen fließende Wasser wird von überschüssigem Kohlendioxid und gleichzeitig von Calcium- und Magnesiumcarbonaten befreit. In der Tat tritt die gleiche Reaktion auf den Blättern vieler Aquarienpflanzen auf, wenn sie bei hellem Licht aktiv photosynthetisieren und Kohlendioxid im geschlossenen Raum des Aquariums endet. Hier fangen ihre Blätter an zu "grau" zu werden, da sie mit einer Kalziumkarbonatkruste bedeckt sind. Sobald jedoch die gesamte freie Kohlensäure aus dem Wasser extrahiert wird, wächst auch der pH-Wert unaufhaltsam. Normalerweise können Pflanzen den pH-Wert des Aquarienwassers auf 8,3-8,5 erhöhen. Bei einem solchen Indikator für die aktive Reaktion von Wasser gibt es fast keine Kohlendioxidmoleküle, und die Pflanzen (die Arten, die dies können, aber viele können es tun) sind mit der Extraktion von Kohlendioxid aus Bicarbonaten beschäftigt.

Ca (HCO3) 2 → CO2 (von der Pflanze aufgenommen) + CaCO3 + H2O

In der Regel können sie den pH-Wert nicht noch weiter erhöhen, da das weitere Wachstum den Funktionszustand der Pflanzen selbst erheblich verschlechtert: Photosynthese, und daher verlangsamt sich die Entfernung von CO2 aus dem System, und Kohlendioxid in der Luft stabilisiert den pH-Wert. Aquarienpflanzen können sich also buchstäblich gegenseitig ersticken. Diejenigen Arten, die besser gewinnen, um Kohlendioxid aus Kohlenwasserstoffen zu entfernen, gewinnen, und diejenigen, die es nicht können, beispielsweise Rotale und Aponogonetone der Madagaskar-Gruppe, leiden darunter. Solche Pflanzen gelten als die sanftesten unter den Aquarianern.

Wasserpflanzen in diesem Aquarium sind nicht in bestem Zustand. Es bestand lange Zeit unter akutem Kohlendioxidmangel, dann wurde seine Versorgung organisiert. Die Ergebnisse liegen auf der Hand. Frische grüne Tops sprechen für sich. Ein besonders starker Effekt von Kohlendioxid ist auf die Rotation (Rotala Macrandra) bemerkbar. Sie starben fast, wie die unteren Teile der Stiele beinahe völlig ohne Blätter zeigten, aber sie wurden lebendig und gaben schöne rötliche Blätter, die bereits während der Gaszufuhr sehr schnell wuchsen

Pflanzen, die Bikarbonat zersetzter abbauen können. Dazu gehören Rdesta, Vallisneria, Echinodorus. Allerdings können dichte Dickichte elodey sie erwürgen. Elodea kann in Kohlenwasserstoffen gebundenes Kohlendioxid effizienter extrahieren:
Ca (HCO 3) 2 -> 2 CO 2 (von der Pflanze aufgenommen) + Ca (OH) 2
Wenn die Karbonathärte des Wassers groß genug ist, kann dieser Prozess nicht nur für andere Pflanzen, sondern auch für die überwiegende Mehrheit der Aquarienfische den gefährlichen pH-Wert des Aquarienwassers auf 10 erhöhen Sehr viele Aquarienfische mögen definitiv kein alkalisches Wasser.

Kann die Situation durch Erhöhung der Belüftung des Aquariums korrigiert werden, in der Hoffnung, dass Aquarienwasser aufgrund der hohen Löslichkeit von Kohlendioxid CO2 anreichert? Bei normalem Atmosphärendruck und einer Temperatur von 20 ° C konnten 1,7 g Kohlendioxid in einem Liter Wasser gelöst werden. Dies würde jedoch nur geschehen, wenn die Gasphase, mit der dieses Wasser in Kontakt gekommen ist, vollständig aus CO2 besteht. Bei Kontakt mit atmosphärischer Luft, die nur 0,03% CO2 in 1 Liter Wasser enthält, können nur 0,6 mg aus dieser Luft austreten - dies ist die Gleichgewichtskonzentration, die dem Partialdruck von Kohlendioxid in der Atmosphäre auf Meereshöhe entspricht. Wenn der Kohlendioxidgehalt im Aquariumwasser niedriger ist, erhöht die Belüftung die Konzentration auf 0,6 mg / l und nicht mehr! In der Regel liegt der Kohlendioxidgehalt im Wasser des Aquariums jedoch immer noch über dem angegebenen Wert und die Belüftung führt nur zum CO2-Verlust.

Das Problem kann durch künstliche Zufuhr von Kohlendioxid in das Aquarium gelöst werden, zumal es überhaupt nicht schwierig ist. In diesem Fall können Sie sogar auf Markengeräte verzichten, verwenden Sie jedoch einfach die Prozesse der alkoholischen Gärung in Zuckerlösung mit Hefe und einigen anderen extrem einfachen Geräten, die wir bald erzählen werden.

Hier muss man sich jedoch bewusst sein, dass wir dadurch die Natur noch einmal täuschen. Die gedankenlose Sättigung des Aquarienwassers mit Kohlendioxid führt zu nichts Gutem. So können Sie den Fisch und die Pflanzen schnell töten. Der Prozess der Kohlendioxidzufuhr muss streng kontrolliert werden. Es wird festgestellt, dass für Fische die CO2-Konzentration im Wasser des Aquariums 30 mg / l nicht überschreiten sollte. In einigen Fällen sollte dieser Wert mindestens um ein Drittel niedriger sein. Es sei daran erinnert, dass die starken pH-Schwankungen bei Fischen auch schädlich sind und die zusätzliche Zufuhr von Kohlendioxid das Wasser schnell ansäuert.

Wie lässt sich der CO2-Gehalt abschätzen und sicherstellen, dass bei pH-Sättigung des Wassers die pH-Werte leicht schwanken und im für Fische akzeptablen Bereich bleiben? Auf Formeln und mathematische Berechnungen können wir hier nicht verzichten: Die Hydrochemie von Aquarienwasser ist leider ein eher „trockenes“ Thema.

Die Beziehung zwischen den Konzentrationen von Kohlendioxid, Wasserstoffionen und Kohlenwasserstoffionen in einem Süßwasseraquarium spiegelt die Henderson-Hasselbach-Gleichung wider, die in unserem Fall folgendermaßen aussehen wird:
[H +] [HCO 3 -] / [H 2 CO 3 + CO 2] = K1
Dabei ist K1 die scheinbare Dissoziationskonstante der Kohlensäure in der ersten Stufe, wobei das Ionengleichgewicht mit der Gesamtmenge an Kohlendioxid in Wasser berücksichtigt wird - die gesamte analytisch bestimmte Kohlensäure (d. h. sowohl einfach gelöste CO2-Moleküle als auch hydratisierte Moleküle in Form von Kohlensäure - H2CO3). Für eine Temperatur von 25 ° C beträgt diese Konstante 4,5 * 10-7. Eckige Klammern geben molare Konzentrationen an.

Die Umwandlung der Formel ergibt:

Die pH- und [HCO3-] -Werte können mit Standard-Aquarientests bestimmt werden. Es ist zu beachten, dass der KH-Test den Gehalt an Hydrogencarbonat-Ionen in Wasser (und nicht die Calciumionen) genau bestimmt und für unsere Zwecke geeignet ist. Der einzige Nachteil bei der Verwendung ist mit der Notwendigkeit verbunden, die Grade in M ​​neu zu berechnen, was jedoch keineswegs schwierig ist. Dafür reicht der Karbonathärte-Wert, der nach Durchführung des Testverfahrens in Grad erhalten wird, um sich durch 2,804 zu teilen. Die Konzentration der Wasserstoffionen, ausgedrückt als pH-Wert, muss ebenfalls in M ​​umgewandelt werden. Dazu muss die Potenz 10 auf eine dem pH-Wert entsprechende Leistung mit negativem Vorzeichen erhöht werden:

Um den durch die Formel (2) berechneten Wert [H2CO3 + СО2] von M in mg / l CO2 umzuwandeln, sollte er mit 44000 multipliziert werden.

Mit der Henderson-Hasselbach-Gleichung kann die Konzentration von insgesamt analytisch nachweisbarem Kohlendioxid in einem Aquarium berechnet werden, wenn der Aquarianer keine speziellen Reagenzien verwendet hat und der Gehalt an Humin- und anderen organischen Säuren in seinem Aquarium moderat ist, um den pH-Wert zu stabilisieren (dies kann für einen Amateur mit einer ausreichenden Genauigkeit beurteilt werden). je nach Farbe des Aquarienwassers: Wenn es den "schwarzen Gewässern" Amazoniens nicht ähnlich ist, ist es farblos oder nur geringfügig gefärbt (dh es gibt nicht viele davon).

Wer sich mit einem Computer, insbesondere mit Excel-Tabellenkalkulationen, nicht auskennt, kann auf der Grundlage der obigen Formel und der K1-Werte detaillierte Tabellen erstellen, die den Kohlendioxidgehalt in Abhängigkeit von der Karbonathärte und dem pH-Wert widerspiegeln. Wir werden hier eine verkürzte, aber hoffentlich nützliche, für Amateur-Aquarianer geeignete Variante einer solchen Tabelle geben, mit der Sie den Kohlendioxidgehalt im Wasser automatisch berechnen können:
Der Mindest-pH-Wert des Wassers im Aquarium für eine bestimmte Karbonathärte, bei dem der Kohlendioxidgehalt für Fische immer noch nicht gefährlich ist (rote Zahlen in den Säulen), und die maximal zulässigen pH-Werte, bei denen Pflanzen nicht in der Lage sind, Kohlendioxid aus Hydrogencarbonaten zu extrahieren, noch effektiv Photosynthese. Für 25 ° C

Wenn Sie sich dafür entscheiden, einem Aquarium Kohlendioxid zuzuführen, passen Sie seine Zufuhr so ​​an, dass die pH-Werte für die entsprechende Karbonathärte zwischen den roten und grünen Zahlen liegen. Während der Tagesstunden ändert sich die aktive Reaktion des Wassers (normalerweise steigt der pH-Wert). Dies sollte bei der Einrichtung des Geräts berücksichtigt werden. Versuchen Sie, in der Mitte des Intervalls abzustimmen, dann springt der pH-Wert höchstwahrscheinlich nicht über seine Grenzen hinaus. Wenn die CO2-Zufuhr von einem pH-Regler geregelt wird, der die Gaszufuhr abschaltet, wenn der pH-Wert auf ein vorbestimmtes Niveau abgesenkt wird, sollte dieses Niveau nicht unter dem für Fische zulässigen Mindestwert liegen. Die Verwendung eines pH-Controllers ist am effektivsten und sichersten, jedoch relativ teuer.

Im Vordergrund dieses Fotos ist eine weitere Rotala (Rotala wallichii). Links der Leuchtturm (Mayaca fluviatilis). Sie liebt auch freies Kohlendioxid in Wasser. Mit einer geeigneten Beleuchtung und einem Kohlendioxidgehalt im Aquarium in der Größenordnung von 15-20 mg / l sind diese Wasserpflanzen mit Sauerstoffblasen bedeckt und die Photosynthese ist so effizient

Darüber hinaus können CO2-Pflanzen mit Hilfe spezieller Tabletten, die in einem speziellen Gerät in einem Aquarium platziert werden, gefüttert werden. Sie geben nach und nach Kohlendioxid an das Wasser ab. Zu dem gleichen Zweck ist es möglich, zu Beginn des Tageslichts niedrigmineralisiertes kohlensäurehaltiges Wasser in das Aquarium zu geben (natürlich ohne Lebensmittelzusatzstoffe!). Die Tabelle und der Taschenrechner in diesem Artikel helfen zu beurteilen, wie effektiv diese Maßnahmen sind.

In der Tabelle sind auch die pH-Werte angegeben, die bei gegebener Karbonathärte von gut belüftetem Wasser in einem Zimmeraquarium erfasst werden, wenn es mäßig mit Fischen besiedelt ist und wenn das Wasser darin nicht oxidierbar ist. Mit anderen Worten, wenn die Zufuhr von Kohlendioxid zum Aquarium plötzlich aufhört, können wir erwarten, dass der pH-Wert des Wassers innerhalb weniger Stunden auf etwa diese Werte ansteigt. Die Zahlen in der letzten Zeile dieser Tabelle sind der pH-Wert des Wassers einer gegebenen Karbonathärte im Gleichgewicht mit der Atmosphäre. Es ist offensichtlich, dass sie noch höher sind. In natürlichen Stauseen, in den Stromschnellen sauberer Flüsse, in denen Wasser kocht und alles überschüssige Kohlendioxid (nicht im Gleichgewicht) an die Atmosphäre abgibt, finden solche pH-Werte tatsächlich statt. In Räumen ist der Partialdruck von Kohlendioxid in der Luft höher als im Freien, und die im Boden und im Filter des Aquariums ablaufenden Vorgänge führen zur Bildung von Kohlendioxid und Wasserstoffionen. All dies bewirkt mehr als unter natürlichen Bedingungen, dass der Gehalt an Kohlendioxid im Wasser von Aquarien und das Wasser in ihnen mit der gleichen Karbonathärte saurer sind.

Nun beachte diese Tatsache. Kohlensäure, die durch Auflösen von atmosphärischem Kohlendioxid in Wasser gebildet wird, verringert den pH-Wert von destilliertem Wasser auf 5,6, und Wasser mit einer Karbonathärte von beispielsweise 5 kH, die sich im Gleichgewicht mit atmosphärischen Gasen befindet, hat eine aktive Reaktion von 8,4. Ein solches Muster lässt sich leicht aufspüren: Je höher die Karbonathärte des Wassers, desto alkalischer ist es. In der Tat ist diese Regel vielen bekannt, aber nicht allen Aquarianern ist bekannt, dass es sich um Karbonathärte handelt. Wenn wir uns nur mit natürlichen Süßwässern befassen, in denen die Karbonathärte in der Regel einen sehr erheblichen Beitrag zur Gesamtmenge leistet, kann man nicht einmal darüber nachdenken, aber in künstlich aufbereitetem Wasser kann alles anders sein. Zum Beispiel erhöht die Zugabe von Kalziumchlorid die Wasserhärte, nicht jedoch den pH-Wert. Die Tatsache, dass natürliche Wässer normalerweise eine schwach alkalisch aktive Reaktion zeigen, hängt genau mit der Anwesenheit von Kohlenwasserstoffionen in ihnen zusammen. Sie bilden zusammen mit in Wasser gelöstem Kohlendioxid ein Kohlendioxid-Bicarbonat-Puffersystem, das den pH-Wert von Wasser im Bereich der alkalischen Werte umso stärker stabilisiert, je höher die Konzentration von Bicarbonat (Karbonathärte) ist. Um zu verstehen, warum dies geschieht, und um die optimalen Karbonat-Steifigkeitswerte für ein Aquarium zu wählen, müssen Sie erneut auf die Henderson-Hasselbach-Formel verweisen.

* Die klassischen Proportionen eines Aquariums lauten wie folgt: Die Breite ist gleich oder weniger als ein Viertel der Höhe. Die Höhe überschreitet nicht 50 cm, ist jedoch in der Länge grundsätzlich nicht begrenzt. Ein Beispiel ist ein 1 m langes, 40 cm breites und 50 cm hohes Aquarium, in dem sich das biologische Gleichgewicht in einem solchen Raumreservoir relativ leicht einstellen lässt.

** Unter Gleichgewicht mit atmosphärischer Luft verstehen wir den Zustand des Wassers, wenn die Konzentrationen (Spannungen) der darin gelösten Gase den Partialdrücken dieser Gase in der Atmosphäre entsprechen. Wenn der Druck eines Gases abnimmt, verlassen die Gasmoleküle das Wasser, bis die Gleichgewichtskonzentration wieder erreicht ist. Wenn umgekehrt der Partialdruck des Gases über Wasser ansteigt, löst sich eine größere Menge dieses Gases in Wasser auf.

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

Physikalische und chemische Eigenschaften von Kohlendioxid

Formel - CO₂. Molmasse - 44 g / mol.

Chemische Eigenschaften von Kohlendioxid

Kohlendioxid gehört zur Klasse der sauren Oxide, d.h. Bei der Wechselwirkung mit Wasser bildet es eine Säure, die als Kohle bezeichnet wird. Kohlensäure ist chemisch instabil und zum Zeitpunkt der Bildung zerfällt sie sofort in ihre Komponenten, d.h. Die Reaktion der Wechselwirkung von Kohlendioxid mit Wasser ist reversibel:

Beim Erhitzen zersetzt sich Kohlendioxid in Kohlenmonoxid und Sauerstoff:

Wie alle Säureoxide ist Kohlendioxid durch Wechselwirkungen mit basischen Oxiden (nur aus aktiven Metallen gebildet) und Basen gekennzeichnet:

Kohlendioxid hält die Verbrennung nicht aufrecht, nur aktive Metalle brennen darin:

CO₂ + 2 mg = C + 2 mgO (t);

CO₂ + 2 Ca = C + 2 CaO (t).

Kohlendioxid reagiert mit einfachen Substanzen wie Wasserstoff und Kohlenstoff:

Wenn Kohlendioxid mit den Peroxiden der Aktivmetalle wechselwirkt, bilden sich Carbonate und Sauerstoff wird freigesetzt:

Eine qualitative Reaktion auf Kohlendioxid ist die Reaktion seiner Wechselwirkung mit Kalkwasser (Milch), d. H. mit Calciumhydroxid, in dem ein weißer Niederschlag gebildet wird - Calciumcarbonat:

Physikalische Eigenschaften von Kohlendioxid

Kohlendioxid ist eine gasförmige Substanz ohne Farbe oder Geruch. Schwerer als Luft. Thermisch beständig Wenn leicht komprimiert und abgekühlt wird, geht es in einen flüssigen und festen Zustand über. Kohlendioxid im festen Aggregatzustand wird als "Trockeneis" bezeichnet und kann bei Raumtemperatur leicht sublimiert werden. Kohlendioxid ist in Wasser schwer löslich und reagiert teilweise mit ihm. Dichte - 1.977 g / l.

Produktion und Verwendung von Kohlendioxid

Es gibt industrielle und Labormethoden zur Erzeugung von Kohlendioxid. In der Industrie wird es durch Verbrennen von Kalkstein (1) und im Labor durch Einwirkung starker Säuren auf Carbonatsalze (2) erhalten:

Kohlendioxid wird in Lebensmitteln (Limonaden-Kohlensäure), Chemikalien (Temperaturkontrolle bei der Herstellung von Synthesefasern), metallurgischen (Umweltschutz, zum Beispiel Braungasniederschlag) und anderen Industrien verwendet.

Beispiele zur Problemlösung

Wir schreiben die Gleichung der Auflösung von Kalkstein in Salpetersäure:

Gehalt an reinem Calciumcarbonat (ohne Verunreinigung) in Kalkstein:

ω (CaCO₃)_cl = 100% - ω_Beimischung = 100% - 8% = 92% = 0,92.

Dann die Masse von reinem Calciumcarbonat:

Die Menge an Calciumcarbonat beträgt:

n (CaCO₃) = 82,8 / 100 = 0,83 mol.

Die Masse der Salpetersäure in der Lösung ist gleich:

m (hno₃) = 200 × 10/100% = 20 g.

Die Menge an Calcium-Salpetersäure beträgt:

n (hno₃) = 20/63 = 0,32 Mol.

Wenn wir die Anzahl der Substanzen vergleichen, die in die Reaktion eingegangen sind, stellen wir fest, dass Salpetersäure knapp ist. Daher führen wir weitere Berechnungen zu Salpetersäure durch. Nach der Reaktionsgleichung n (HNO₃): n (CO₂) = 2: 1, also n (CO₂) = 1/2 × n (HNO₃) = 0,16 mol. Dann ist das Volumen an Kohlendioxid gleich:

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

Was ist CO2?

Was ist Kohlendioxid?

Kohlendioxid ist hauptsächlich in seinem gasförmigen Zustand bekannt, d.h. als Kohlendioxid mit einer einfachen chemischen Formel CO2. In dieser Form existiert es unter normalen Bedingungen - bei atmosphärischem Druck und "normalen" Temperaturen. Bei erhöhtem Druck von über 5.850 kPa (wie zum Beispiel dem Druck in Meerestiefe von etwa 600 m) wird dieses Gas jedoch zu einer Flüssigkeit. Bei starker Abkühlung (minus 78,5 ° C) kristallisiert es und wird zum sogenannten Trockeneis, das im Handel häufig für die Lagerung von Tiefkühlkost in Kühlschränken verwendet wird.

Flüssiges Kohlendioxid und Trockeneis werden bei der menschlichen Tätigkeit erhalten und verwendet, aber diese Formen sind instabil und zerfallen leicht.

Aber Kohlendioxidgas wird überall verteilt: Es wird während der Atmung von Tieren und Pflanzen freigesetzt und ist ein wichtiger Bestandteil der chemischen Zusammensetzung der Atmosphäre und des Ozeans.

Kohlendioxid-Eigenschaften

CO2 Kohlendioxid ist farblos und geruchlos. Unter normalen Bedingungen hat es keinen Geschmack. Beim Einatmen hoher Konzentrationen von Kohlendioxid können Sie jedoch einen sauren Geschmack im Mund spüren, der durch die Tatsache verursacht wird, dass sich Kohlendioxid auf den Schleimhäuten und im Speichel auflöst und eine schwache Kohlensäurelösung bildet.

Übrigens wird die Fähigkeit von Kohlendioxid, sich in Wasser aufzulösen, zur Herstellung von Kohlensäure verwendet. Limonadenblasen sind das gleiche Kohlendioxid. Die erste CO2-Sättigungsapparatur wurde bereits 1770 erfunden, und bereits 1783 begann der geschäftstüchtige Schweizer Jacob Schwepp mit der industriellen Produktion von Soda (die Marke Schweppes existiert noch immer).

Kohlendioxid ist 1,5 Mal schwerer als Luft, daher neigt es dazu, sich in den unteren Schichten niederzulassen, wenn der Raum schlecht belüftet ist. Der "Hundehöhle" -Effekt ist bekannt, bei dem CO2 direkt aus dem Boden ausgestoßen wird und sich in einer Höhe von etwa einem halben Meter ansammelt. Ein Erwachsener, der in eine solche Höhle kommt, spürt auf der Höhe seines Wachstums keinen Kohlendioxidüberschuss, aber die Hunde befinden sich direkt in einer dicken Kohlendioxidschicht und sind vergiftet.

CO2 hält der Verbrennung nicht stand und wird daher in Feuerlöschern und Feuerlöschsystemen eingesetzt. Der Fokus beim Löschen einer brennenden Kerze mit dem Inhalt eines angeblich leeren Glases (und tatsächlich Kohlendioxid) beruht genau auf dieser Eigenschaft von Kohlendioxid.

Kohlendioxid in der Natur: natürliche Quellen

Kohlendioxid in der Natur wird aus verschiedenen Quellen gebildet:

• Der Atem von Tieren und Pflanzen.
  Jeder Student weiß, dass Pflanzen Kohlendioxid CO2 aus der Luft aufnehmen und für die Photosynthese verwenden. Einige Hausfrauen versuchen mit einer Fülle von Zimmerpflanzen die Mängel der Belüftung auszugleichen. Pflanzen absorbieren jedoch nicht nur Kohlendioxid, sondern geben auch Kohlendioxid ab - dies ist Teil des Atmungsprozesses. Daher ist der Dschungel in einem schlecht belüfteten Schlafzimmer keine gute Idee: Nachts steigt der CO2-Gehalt noch weiter an.
• Vulkanische Aktivität
  Kohlendioxid ist ein Bestandteil vulkanischer Gase. In Gebieten mit hoher Vulkanaktivität kann CO2 direkt aus dem Boden emittiert werden - von Rissen und Fehlern, sogenannten Mofeten. Die Konzentration von Kohlendioxid in den Tälern mit Mofetas ist so hoch, dass viele kleine Tiere dort sterben.
• Zersetzung von organischem Material.
  Kohlendioxid entsteht während der Verbrennung und des Zerfalls organischer Stoffe. Die volumetrischen natürlichen Kohlendioxidemissionen begleiten Waldbrände.

Kohlendioxid wird in der Natur in Form von Kohlenstoffverbindungen in Mineralien „gelagert“: Kohle, Öl, Torf, Kalkstein. Riesige CO2-Reserven befinden sich in gelöster Form in den Weltmeeren.

Die Freisetzung von Kohlendioxid aus einem offenen Reservoir kann zu einer limnologischen Katastrophe führen, wie dies beispielsweise in den Jahren 1984 und 1986 der Fall war. in den Seen von Manoun und Nyos in Kamerun. Beide Seen, die sich an der Stelle von Vulkankratern gebildet haben - sie sind jetzt ausgestorben, aber tief im vulkanischen Magma strahlen immer noch Kohlendioxid aus, das in das Wasser der Seen steigt und sich in ihnen löst. Aufgrund verschiedener klimatischer und geologischer Prozesse hat die Konzentration von Kohlendioxid in den Gewässern den kritischen Wert überschritten. Eine riesige Menge Kohlendioxid wurde in die Atmosphäre ausgestoßen, die wie eine Lawine die Berghänge hinunterging. An den kamerunischen Seen wurden etwa 1.800 Menschen Opfer limnologischer Katastrophen.

Künstliche Kohlendioxidquellen

Die wichtigsten anthropogenen Kohlendioxidquellen sind:

• Industrieemissionen im Zusammenhang mit Verbrennungsprozessen;
• Straßentransport.

Trotz der Tatsache, dass der Anteil umweltfreundlicher Verkehrsmittel in der Welt wächst, wird die große Mehrheit der Weltbevölkerung nicht bald die Gelegenheit (oder den Wunsch) haben, auf neue Autos umzusteigen.

Aktive Entwaldung für industrielle Zwecke führt auch zu einer Erhöhung der Kohlendioxidkonzentration von CO2 in der Luft.

Kohlendioxid im menschlichen Körper

CO2 ist eines der Endprodukte des Stoffwechsels (Abbau von Glukose und Fett). Es wird in das Gewebe ausgeschieden und durch Hämoglobin in die Lunge transportiert, durch die es ausgeatmet wird. Etwa 4,5% des Kohlendioxids (45.000 ppm) in der von einer Person ausgeatmeten Luft sind 60-110 mal so groß wie in der inhalierten.

Kohlendioxid spielt eine große Rolle bei der Regulierung der Blutversorgung und der Atmung. Eine Erhöhung des CO2-Spiegels im Blut führt dazu, dass sich die Kapillaren ausdehnen, mehr Blut eindringen lassen, das dem Gewebe Sauerstoff zuführt und Kohlendioxid entfernt.

Das Atmungssystem wird auch durch einen Anstieg des Kohlendioxidgehalts stimuliert und nicht durch einen Sauerstoffmangel, wie es scheint. Tatsächlich wird der Sauerstoffmangel nicht lange vom Körper wahrgenommen, und es ist durchaus möglich, dass eine Person in verdünnter Luft das Bewusstsein verliert, bevor sie den Luftmangel verspürt. Die stimulierende Eigenschaft von CO2 wird in künstlichen Beatmungsgeräten genutzt: Kohlendioxid wird dort mit Sauerstoff gemischt, um die Atemwege zu "aktivieren".

Kohlendioxid und wir: Was ist mit CO2 gefährlich?

Kohlendioxid ist sowohl für den menschlichen Körper als auch für Sauerstoff notwendig. Aber genau wie bei Sauerstoff schadet ein Überschuss an Kohlendioxid unserem Wohlbefinden.

Eine hohe Konzentration von CO2 in der Luft führt zu einer Vergiftung des Körpers und zu einer Hyperkapnie. Mit Hyperkapnie hat eine Person Schwierigkeiten beim Atmen, Übelkeit, Kopfschmerzen und kann sogar das Bewusstsein verlieren. Wenn der Kohlendioxidgehalt nicht verringert wird, dann kommt es zu einer Hypoxie - Sauerstoffmangel. Tatsache ist, dass sich sowohl Kohlendioxid als auch Sauerstoff auf demselben Transportweg - dem Hämoglobin - im Körper bewegen. Normalerweise "reisen" sie gemeinsam an verschiedenen Stellen des Hämoglobinmoleküls. Eine erhöhte Konzentration von Kohlendioxid im Blut verringert jedoch die Fähigkeit von Sauerstoff, an Hämoglobin zu binden. Die Sauerstoffmenge im Blut nimmt ab und es tritt Hypoxie auf.

Solche gesundheitsschädlichen Auswirkungen auf den Körper sind auf das Einatmen von Luft mit einem CO2-Gehalt von mehr als 5.000 ppm zurückzuführen (dies kann beispielsweise Luft in Bergwerken sein). In der Fairness, im normalen Leben, begegnen wir dieser Luft fast nie. Eine viel niedrigere Konzentration an Kohlendioxid wirkt sich jedoch nicht besser auf die Gesundheit aus.

Nach den Ergebnissen einiger Studien verursacht bereits die Hälfte der Probanden bereits 1.000 ppm CO2 Müdigkeit und Kopfschmerzen. Viele Menschen spüren schon früher die Mattigkeit und das Unbehagen. Mit einer weiteren Erhöhung der Kohlendioxidkonzentration auf 1 500 - 2 500 ppm wird die Effizienz kritisch herabgesetzt, das Gehirn ist "faul", die Initiative zu ergreifen, Informationen zu verarbeiten und Entscheidungen zu treffen.

Und wenn der Stand von 5.000 ppm im Alltag fast unmöglich ist, können 1.000 und sogar 2.500 ppm leicht zur Realität des modernen Menschen gehören. Unser Schulversuch hat gezeigt, dass in selten belüfteten Schulklassen der CO2-Gehalt für einen erheblichen Teil der Zeit über 1.500 ppm liegt und manchmal sogar über 2.000 ppm steigt. Es gibt allen Grund zu der Annahme, dass die Situation in vielen Büros und sogar in Wohnungen ähnlich ist.

Physiologen halten 800 ppm für das menschliche Wohlbefinden als Kohlendioxidgehalt.

Eine andere Studie fand einen Zusammenhang zwischen CO2-Gehalt und oxidativem Stress: Je höher der Kohlendioxidgehalt, desto mehr leiden wir unter oxidativem Stress, der die Körperzellen zerstört.

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

Entstehen Kohlendioxid und Wasser in einer Soda-Flasche?

Wie kann so viel Gas in eine Flüssigkeit gefüllt werden und warum tritt es aus, wenn der Deckel geöffnet wird?

Kohlendioxid, gepumpt oder auf andere Weise in einem Behälter mit normalem Wasser unter Druck angeordnet, bildet keine "Mischung", sondern eine klare Lösung. In dieser Lösung liegt Kohlendioxid hauptsächlich in Form von CO2-Molekülen vor und teilweise auch in Form von Produkten der chemischen Wechselwirkung von Kohlendioxid mit Wasser - positiv geladenen Wasserstoffkationen H + und negativ geladenen Kohlenwasserstoffionen НСО3- und einer geringen Anzahl von Kohlensäuremolekülen Н2СО3. Die Menge des gelösten Gases gehorcht dem Gesetz von Henry - je höher der Partialdruck des Gases (dh der Druck ohne Berücksichtigung anderer Gase einschließlich Luft) über der Lösung, desto mehr Gas löst sich auf. Die Konstante von Henry für Kohlendioxid und Wasser ist allgemein bekannt. Wenn zum Beispiel Kohlendioxid aus einem Stahlkanister in einen Liter-Siphon mit 0,9 Litern Wasser freigesetzt wird (er hält 8,8 g, was durch Wiegen leicht zu bestimmen ist, dann steht das Gas in flüssigem Zustand unter Druck) Berechnung durch Henry's Gesetz, wird ungefähr 85% des Gases übertragen, und der Rest verbleibt in Form von komprimiertem Gas über der Lösung. Sein Partialdruck beträgt etwa 5,5 atm (und 1 atm - Luft, die vor dem Einleiten von Kohlendioxid mit Wasser abgesaugt wurde). Wenn Sie den Siphon nach oben füllen, steigt der Druck über dem Wasser leicht an. Übrigens ist die Acidität einer wässrigen Lösung von CO 2 (pH-Wert von 3,3 bis 3,7 je nach Druck) viel geringer als die Acidität von Magensaft. Daher kann sogar eine konzentrierte wässrige Lösung von Kohlensäure angstfrei getrunken werden. Wenn ein Siphon oder eine Flasche mit kohlensäurehaltigem Wasser geöffnet wird, fällt der Druck oberhalb der Lösung stark ab und wird dem atmosphärischen Druck gleich. Gleichzeitig fällt die Löslichkeit des Gases nach demselben Gesetz von Henry ebenfalls stark ab, es beginnt sich in Form von Blasen in einer Flüssigkeit abzuheben, die in die Luft schweben wird. In diesem Fall verbinden sich die H + - und HCO 3 - -Ionen unter Bildung von Kohlensäure H 2 CO 3, die sich unter Freisetzung von CO 2 zersetzt (d. H. Die Prozesse sind "in die entgegengesetzte Richtung"). Und wieder: Der Konstante Henry ist stark von der Temperatur abhängig. In warmem Wasser ist die Löslichkeit von Kohlendioxid viel geringer und in Eiswasser mehr. Wenn Sie eine entkorkte Flasche mit Soda erhitzen, steigt der Gasdruck stark an.

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

Nr. Hinzufügen

Alles über E-Ergänzungen und Lebensmittel

E290 - Kohlendioxid

Herkunft:

Zusatzkategorie:

Gefahr:

Kohlendioxid, E290, Kohlendioxid, Kohlendioxid, Kohlendioxid, Kohlendioxid.

Nahrungsergänzungsmittel E290 (Kohlendioxid) wird in der Lebensmittelindustrie als Konservierungsmittel, Säureregulator und Antioxidans verwendet. Im Alltag ist der Zusatzstoff E290 besser als Kohlendioxid bekannt.

Kohlendioxid ist aufgrund seiner physikalischen Eigenschaften ein farbloses Gas, geruchlos und leicht säuerlich. Der Zusatzstoff E290 kann in Wasser gelöst werden, um schwache Kohlensäure zu bilden. Chemische Formel von Kohlendioxid: CO₂.

In industriellem Maßstab wird Kohlendioxid aus Rauchgasen erzeugt, indem es mit Kaliumcarbonat oder Monoethanolamin absorbiert wird. Dazu wird ein Gemisch aus Industriegasen durch eine Lösung von Kaliumcarbonat geleitet. Kohlendioxid wird von dieser Lösung absorbiert und bildet ein Hydrocarbonat. Als nächstes wird die Bicarbonatlösung erhitzt oder vermindertem Druck ausgesetzt, wodurch reine Kohlensäure daraus freigesetzt wird.

Darüber hinaus kann Kohlendioxid in speziellen Anlagen zur Luftzerlegung als Nebenprodukt bei der Extraktion von reinem Sauerstoff, Argon und Stickstoff erzeugt werden.

In Labormengen wird Kohlendioxid in geringen Mengen durch Umsetzung von Carbonaten mit Säuren erzeugt. Beispielsweise tritt während der Reaktion von Kreide mit Salzsäure die Bildung von instabiler Kohlensäure auf, gefolgt von ihrer Zersetzung in Kohlendioxid und Wasser:

Kohlendioxid ist Teil der Atmosphäre und vieler lebender Zellen unseres Körpers. Aus diesem Grund kann der Zusatzstoff E290 als relativ ungefährlicher Lebensmittelzusatzstoff eingestuft werden.

Es ist jedoch zu beachten, dass Kohlendioxid zur beschleunigten Aufnahme verschiedener Substanzen in die Magenschleimhaut beiträgt. Dieser Effekt zeigt sich in der schnellen Vergiftung durch die Verwendung kohlensäurehaltiger alkoholischer Getränke.

Außerdem sind kohlensäurehaltige Getränke nichts anderes als eine schwache Kohlensäure. Daher ist der übermäßige Verzehr von mit E290 ergänzten Getränken für Menschen mit Erkrankungen des Magens und des Magen-Darm-Trakts (Geschwüre, Gastritis) kontraindiziert.

Es gibt harmlosere "Nebenwirkungen" von Kohlendioxideffekten auf den Körper. Wenn Sie kohlensäurehaltige Getränke trinken, haben die meisten Menschen Aufstoßen und "Völlegefühl".

Zum Schaden des Lebensmittelzusatzstoffs E290 gibt es eine andere Meinung. Stark kohlensäurehaltige Getränke können das "Auswaschen" von Kalzium aus den Knochen des Körpers fördern.

In der Lebensmittelindustrie wird Kohlendioxid als Konservierungsmittel E290 bei der Herstellung von alkoholischen und alkoholfreien Getränken verwendet. Durch Reaktion von Kohlendioxid mit Wasser gebildete Kohlensäure wirkt desinfizierend und antimikrobiell.

Beim Backen kann der Zusatzstoff E290 als Backpulver verwendet werden, wodurch Backwaren Pomp gegeben wird.

Kohlendioxid wird häufig bei der Herstellung von Weinprodukten verwendet. Durch Einstellen der Kohlendioxidmenge im Weinbrei kann die Gärung kontrolliert werden.

Kohlenmonoxid kann auch als Schutzgas während der Lagerung und des Transports verschiedener Lebensmittelprodukte verwendet werden.

Andere Verwendungen von Kohlendioxid:

• in der Schweißproduktion als Schutzatmosphäre;
• in der Kühlung in Form von "Trockeneis";
• in Feuerlöschanlagen
• in der Gasflaschenpneumatik

Additiv E290 ist in fast allen Ländern der Welt, einschließlich der Ukraine und der Russischen Föderation, in der Lebensmittelindustrie zugelassen.

http://dobavkam.net/additives/e290

Kohlendioxid- und Karbonatwassersystem

Viele Aquarianer sind sich der Empfehlungen für die Verwendung von Wasser bewusst, das weicher und saurer ist als das Aquarienwasser für die Fischzucht. Es ist zweckmäßig, zu diesem Zweck destilliertes, weiches und leicht saures Wasser zu verwenden, das mit Wasser aus dem Aquarium gemischt wird. Es stellt sich jedoch heraus, dass in diesem Fall die Härte des Quellwassers proportional zur Verdünnung abnimmt und der pH-Wert nahezu unverändert bleibt. Die Eigenschaft, den pH-Wert unabhängig vom Verdünnungsgrad beizubehalten, wird als Pufferung bezeichnet. In diesem Artikel stellen wir die Hauptkomponenten von Aquarienwasserpuffersystemen vor: Wassersäure - pH-Wert, Kohlendioxidgehalt - CO₂, Carbonat "Härte" - dKN (dieser Wert gibt den Gehalt an Kohlenwasserstoffionen HCO in Wasser an₃ - ; In der Fischereihydrochemie wird dieser Parameter als Alkalität bezeichnet. Gesamthärte - dGH (der Einfachheit halber wird angenommen, dass es sich nur um Calciumionen handelt - Ca ++). Lassen Sie uns ihren Einfluss auf die chemische Zusammensetzung von Natur- und Aquarienwasser, die tatsächlichen Puffereigenschaften sowie den Mechanismus der Auswirkung der betrachteten Parameter auf den Fischorganismus diskutieren. Die meisten der unten diskutierten chemischen Reaktionen sind reversibel. Daher ist es wichtig, sich zunächst mit den chemischen Eigenschaften reversibler Reaktionen vertraut zu machen. Es ist zweckmäßig, dies am Beispiel von Wasser und pH-Wert zu tun.

• 6. CO₂ und Physiologie der Atmung von Aquarienfischen
• 7. Mini-Werkstatt
• 8. Referenzen

1. Über chemische Gleichgewichte, Maßeinheiten und pH-Wert

Obwohl Wasser schwach ist, ist es immer noch ein Elektrolyt, d. H. Es ist zur Dissoziation fähig, wie durch die Gleichung beschrieben

Dieser Vorgang ist reversibel, d.h.

Aus chemischer Sicht ist das Wasserstoffion H + immer eine Säure. Die zur Bindung von neutralisierender Säure (H +) fähigen Ionen sind Basen. In unserem Beispiel sind dies Hydroxylionen (OH -), aber in der Aquarienpraxis ist, wie nachstehend gezeigt wird, die Kohlenwasserstoffionen-HCO die dominierende Base₃ -, Carbonation "Steifheit". Beide Reaktionen laufen mit ziemlich messbaren Raten ab, die durch die Konzentration bestimmt werden: Die Raten der chemischen Reaktionen sind proportional zum Produkt der Konzentrationen der reagierenden Substanzen. Also für die Rückreaktion der Wasserdissoziation H + + OH -> H₂Ihre Geschwindigkeit wird wie folgt ausgedrückt:

K - Proportionalitätskoeffizient, die Reaktionsgeschwindigkeitskonstante.
[] - eckige Klammern bezeichnen die molare Konzentration einer Substanz, d. h. die Anzahl der Mole Substanz in 1 Liter Lösung. Ein Mol kann definiert werden als Gewicht in Gramm (oder Volumen in Liter für Gase) von 6 × 10 23 Partikeln (Molekülen, Ionen) einer Substanz - die Avogadro-Zahl. Eine Zahl, die das Gewicht von 6 × 10 23 Teilchen in Gramm angibt, ist gleich der Zahl, die das Gewicht eines Moleküls in Dalton angibt.

So zum Beispiel der Ausdruck [H₂O] bezeichnet die molare Konzentration einer wässrigen Lösung von Wasser. Das Molekulargewicht von Wasser beträgt 18 Dalton (zwei Wasserstoffatome bei 1d plus ein Sauerstoffatom von 16d) bzw. 1 Mol (1M) H₂Ungefähr 18 Gramm. Dann enthält 1 Liter (1000 g) Wasser 1000: 18 = 55,56 Mol Wasser, d.h. [H₂O] = 55,56M = const.

Da Dissoziation ein reversibler Prozess ist (H₂O - H + + OH -), dann unter der Bedingung, dass die Geschwindigkeiten der direkten und umgekehrten Reaktionen gleich sind (V_pr= V_arr) kommt es zu einem Zustand des chemischen Gleichgewichts, in dem die Reaktionsprodukte und Reaktanten in konstanten und bestimmten Verhältnissen stehen: K_pr[H₂O] = K_arr[H +] [HE -]. Wenn die Konstanten in einem Teil der Gleichung und die Reagenzien im anderen Teil kombiniert werden, erhalten wir

Dabei ist K auch eine Konstante und wird Gleichgewichtskonstante genannt.

Die letzte Gleichung ist ein mathematischer Ausdruck des sogenannten. das Gesetz der Wirkung der Massen: Im chemischen Gleichgewicht ist das Verhältnis der Produkte der Gleichgewichtskonzentrationen der Reagenzien konstant. Die Gleichgewichtskonstante gibt die Anteile des chemischen Gleichgewichts der Reagenzien an. Wenn man den Wert von K kennt, kann man die Richtung und die Tiefe der chemischen Reaktion vorhersagen. Wenn K> 1 ist, läuft die Reaktion in Vorwärtsrichtung ab, wenn K +] [OH -] / [H₂O] = 1,8 · 10 -16. Da [H₂O] = 55.56 = const, dann kann es mit K auf der linken Seite der Gleichung kombiniert werden. Dann:

Die Wasserdissoziationsgleichung, die in eine solche Form umgewandelt wird, wird als ionisches Produkt von Wasser bezeichnet und mit K bezeichnet_w. K-Wert_w bleibt bei beliebigen Werten der Konzentrationen von H + und OH - konstant, d.h. mit steigender Konzentration an Wasserstoffionen H + nimmt die Konzentration an Hydroxylionen - OH - ab und umgekehrt. Wenn zum Beispiel [H +] = 10 -6, dann ist [OH -] = K_w/ [H +] = (10 -14) / (10 -6) = 10 -8. Aber K_w = (10 -6). (10 -8) = 10 -14 = const. Aus dem ionischen Produkt von Wasser folgt, dass im Gleichgewichtszustand [H +] = [OH -] = √K_w = √1 · 10 -14 = 10 -7 M.

Die Einzigartigkeit der Beziehung zwischen der Konzentration von Wasserstoffionen und Hydroxyl in einer wässrigen Lösung ermöglicht die Verwendung eines dieser Werte zur Charakterisierung der Acidität oder Alkalinität des Mediums. Es ist üblich, den Wert der Konzentration der Wasserstoffionen H + zu verwenden. Da es ungünstig ist, mit Werten in der Größenordnung von 10 -7 zu arbeiten, schlug der schwedische Chemiker K.Serenzen 1909 vor, den negativen Logarithmus der Konzentration der Wasserstoffionen H + für diesen Zweck zu verwenden, und bezeichnet ihren pH-Wert aus lat. potentia hydrogeni - die Kraft des Wasserstoffs: pH = -lg [H +]. Dann kann der Ausdruck [H +] = 10 - 7 kurz als pH = 7 geschrieben werden. Seit Der vorgeschlagene Parameter hat keine Einheiten, er wird als Maß (pH) bezeichnet. Die Bequemlichkeit des Vorschlags von Serenson scheint offensichtlich zu sein, wurde jedoch von Zeitgenossen wegen der ungewöhnlichen umgekehrten Beziehung zwischen der Konzentration von Wasserstoffionen H + und dem pH-Wert kritisiert: mit zunehmender Konzentration von H +, d. mit zunehmender Azidität der Lösung nimmt der pH-Wert ab. Aus dem ionischen Produkt von Wasser folgt, dass der pH-Wert Werte von 0 bis 14 mit einem Neutralitätspunkt von pH = 7 annehmen kann. Die menschlichen Organe beginnen, den sauren Geschmack von dem Wert von pH = 3,5 und darunter zu unterscheiden.

Für Aquarismus liegt der pH-Bereich zwischen 4,5 und 9,5 (wird nur unten betrachtet), und die folgende Skala wird traditionell mit einer variablen Preisaufteilung verwendet:

• pH 8 - alkalisch

In der Praxis ist eine gröbere Waage mit einem konstanten Einteilungspreis in den meisten Fällen viel aussagekräftiger:

• pH = 5 ± 0,5 - sauer
• pH = 6 ± 0,5 - leicht sauer
• pH = 7 ± 0,5 - neutral
• pH = 8 ± 0,5 - schwach alkalisch
• pH> 8,5 - alkalisch

Umgebungen mit einem pH-Wert von 9,5 sind biologisch aggressiv und sollten für das Leben der Bewohner des Aquariums als ungeeignet angesehen werden. Da der pH-Wert ein logarithmischer Wert ist, bedeutet eine Änderung des pH-Werts um 1 Einheit eine 10-fache Änderung der Konzentration der Wasserstoffionen, einen Faktor 2 um das 100-fache usw. Eine Änderung der Konzentration von H + verdoppelt den pH-Wert um nur 0,3 Einheiten.

Viele Aquarienfische tolerieren die 100-fache (d. H. 2 pH-Einheiten) Änderungen der Wassersäure ohne besonderen Gesundheitsschaden. Teiler haratsinovyh und andere sogenannte. Weichwasserfische, werfen Erzeuger aus dem allgemeinen Aquarium (oft mit schwach alkalischem Wasser) in den Laichbehälter (mit etwas Säuregehalt) und ohne Zwischenanpassung zurück. Die Praxis zeigt auch, dass sich die meisten Bewohner von Biotopen mit saurem Wasser in Gefangenschaft in Wasser mit einem pH-Wert von 7,0 bis 8,0 besser fühlen. S. Spott hält pH 7,1–7,8 für ein Süßwasseraquarium als optimal.

Destilliertes Wasser hat einen pH-Wert von 5,5–6,0 und nicht den erwarteten pH-Wert = 7. Um mit diesem Paradoxon fertig zu werden, müssen Sie sich mit der "Adelsfamilie" vertraut machen: CO₂ und seine Derivate.

2. CO2 MIT COMRADE, PH, UND WIEDER MESSUNGSEINHEITEN

Nach dem Gesetz von Henry ist der Gasgehalt eines Luftgemisches in Wasser proportional zu seinem Luftanteil (Partialdruck) und seinem Absorptionskoeffizienten. Luft enthält bis zu 0,04% CO₂, das entspricht seiner Konzentration bis zu 0,4 ml / l. CO-Absorptionsverhältnis₂ Wasser = 12,7. Dann kann 1 Liter Wasser 0,6–0,7 ml CO lösen₂ (ml, nicht mg!). Zum Vergleich: Sein biologischer Antipode ist Sauerstoff mit einem Gehalt von 20% in der Atmosphäre und einem Absorptionskoeffizienten von 0,05. Er hat eine Löslichkeit von 7 ml / l. Ein Vergleich der Absorptionskoeffizienten zeigt, dass die Löslichkeit von CO bei anderen Faktoren gleich ist₂ liegt deutlich über der Löslichkeit von Sauerstoff. Versuchen wir herauszufinden, warum solche Ungerechtigkeiten.

Im Gegensatz zu Sauerstoff und Stickstoff, Kohlendioxid - CO₂, ist keine einfache Substanz, sondern eine chemische Verbindung - ein Oxid. Wie andere Oxide wechselwirkt es mit Wasser unter Bildung von Oxidhydraten, und wie andere Nichtmetalle ist das Hydroxid Säure (Kohlensäure):

Infolgedessen beruht die größere relative Löslichkeit von Kohlendioxid auf einer chemischen Bindung mit Wasser, die nicht mit Sauerstoff oder Stickstoff auftritt. Berücksichtigen Sie sorgfältig die sauren Eigenschaften der Kohlensäure, wenden Sie das Massenwirkungsgesetz an und berücksichtigen Sie, dass [H₂O] = const:

hier K₁ und K₂ - die Dissoziationskonstanten der Kohlensäure in der 1. und 2. Stufe.

Jonah NSO₃ - werden Bicarbonate (in der alten Literatur Bicarbonate) und CO-Ionen genannt₃ -- - Karbonate. Ordnung von K₁ und K₂ legt nahe, dass Kohlensäure eine sehr schwache Säure ist (K₁ Zu₂).

Aus der Gleichung K₁ Sie können die Konzentration von Wasserstoffionen H + berechnen:

Wenn wir die Konzentration von H + in Bezug auf den pH-Wert ausdrücken, wie es Henderson und Hasselbalch in ihrer Zeit für die Theorie der Pufferlösungen getan haben, erhalten wir:

wobei analog zum pH-Wert pK₁ = -lgК₁ = -lg4 · 10 -7 = 6,4 = konst. Dann pH = 6,4 + 1 g [HCO₃ - ] / [CO₂]. Die letzte Gleichung ist als Henderson-Hasselbalch-Gleichung bekannt. Aus der Henderson-Hasselbalch-Gleichung ergeben sich mindestens zwei wichtige Schlussfolgerungen. Um den pH-Wert zu analysieren, ist es zunächst notwendig und ausreichend, die Konzentrationen der Komponenten von nur CO zu kennen.₂-System. Zweitens wird der pH-Wert durch das Verhältnis der Konzentrationen [HCO₃ - ] / [CO₂] und nicht umgekehrt.

Da der Inhalt von [HCO₃ - ] unbekannt, um die Konzentration von H + in destilliertem Wasser zu berechnen, können Sie die Formel der analytischen Chemie [H +] = √K verwenden₁[CO₂]. Dann ist pH = -lg√K₁[CO₂]. Um den pH-Wert abzuschätzen, an dem wir interessiert sind, kehren wir zu den Maßeinheiten zurück. Aus Henrys Gesetz ist bekannt, dass die CO-Konzentration₂ in destilliertem Wasser beträgt 0,6 ml / l. Ausdruck [CO₂] bezeichnet die molare Konzentration (siehe oben) von Kohlendioxid. 1 M CO₂ wiegt 44 Gramm und nimmt unter normalen Bedingungen ein Volumen von 22,4 Litern auf. Um das Problem zu lösen, ist es notwendig, zu bestimmen, welcher Anteil von 1 M, d.h. Aus 22,4 Liter 0,6 ml auffüllen. Wenn die Konzentration von CO₂ ausgedrückt nicht in Volumen, sondern in Gewichtseinheiten, d.h. in mg / l sollte die gewünschte Fraktion aus dem Molgewicht von CO betrachtet werden₂ - von 44 Gramm. Dann ist der erforderliche Wert:

wobei x das Volumen (ml / l) ist, y die Gewichtskonzentration (mg / l) von CO ist₂. Die einfachsten Berechnungen ergeben einen ungefähren Wert von 3 • 10 -5 M CO₂ oder 0,03 mM. Dann

was mit den gemessenen Werten übereinstimmt.

Aus der Henderson-Hasselbalch-Gleichung ist ersichtlich, wie der pH-Wert vom Verhältnis [HCL₃ - ] / [CO₂]. Wir können ungefähr davon ausgehen, dass wenn die Konzentration der einen Komponente die Konzentration der anderen Komponente um das 100-fache übersteigt, diese letztere vernachlässigt werden kann. Dann mit [NSO₃ - ] / [CO₂] = 1/100 pH = 4,5, was als untere Grenze für CO betrachtet werden kann₂-System. Geringere pH-Werte beruhen auf der Anwesenheit anderer Mineralsäuren wie Schwefelsäure, Salzsäure und nicht Kohlensäure. Mit [NSO₃ - ] / [CO₂] = 1/10, pH = 5,5. Mit [NSO₃ - ] / [CO₂] = 1 oder [NSO₃ - ] = [CO₂], pH = 6,5. Mit [NSO₃ - ] / [CO₂] = 10, pH = 7,5. Mit [NSO₃ - ] / [CO₂] = 100, pH = 8,5. Es wird angenommen, dass bei pH> 8,3 (Äquivalenzpunkt von Phenolphthalein) freies Kohlendioxid in Wasser praktisch nicht vorhanden ist.

3. NATÜRLICHES WASSER- UND KOHLENSTOFFGLEICH

In der Natur Luftfeuchtigkeit, gesättigt mit CO₂ Luft und Niederschlag mit Niederschlag, gefiltert durch die geologische Verwitterungskruste. Es wird angenommen, dass dort, in Wechselwirkung mit dem mineralischen Teil der Verwitterungskruste, der sogenannte Bereich angereichert ist. Typomorphe Ionen: Ca ++, Mg ++, Na +, SO₄ --, Сl - und bildet seine chemische Zusammensetzung.

Die Arbeiten von V.I. Vernadsky und B. B. Polynov zeigte, dass die chemische Zusammensetzung von Oberflächen- und Grundwasser in Regionen mit einem feuchten und mäßig feuchten Klima hauptsächlich vom Boden gebildet wird. Der Einfluss der Verwitterungskruste hängt mit dem geologischen Alter zusammen, d. mit einem gewissen Auslaugungsgrad. Zerfallende Pflanzenrückstände werden an CO geliefert₂, NSO₃ - und Aschenelemente in einem Anteil, der ihrem Gehalt an lebendem Pflanzenmaterial entspricht: Asche> Na> Mg. Es ist merkwürdig, dass in fast der ganzen Welt Trinkwasser, das in der Aquarianz verwendet wird, auch Bicarbonat-HCO als dominierendes Anion enthält.₃ -, und unter den Kationen Ca ++, Na +, Mg ++, häufig mit etwas Fe. Die Oberflächengewässer feuchter Tropen sind im Allgemeinen überraschend einheitlich und unterscheiden sich nur in ihrem Verdünnungsgrad. Die Härte solcher Wässer erreicht extrem selten Werte (8 ° dGH) und hält gewöhnlich bis zu 4 ° dGH. Aufgrund der Tatsache, dass in solchen Gewässern [CO₂] = [HCO₃ - ], sie reagieren schwach sauer und haben einen pH-Wert von 6,0 bis 6,5. Der Überfluss an Laubstreu und seine aktive Zerstörung mit großen Niederschlagsmengen kann zu einem sehr hohen Gehalt an CO in solchen Gewässern führen.₂ und Huminstoffe (Fulvinsäuren) bei fast vollständigem Fehlen von Aschenelementen. Dies sind die sogenannten. "Black Waters" von Amazonien, in dem der Wert des pH-Wertes auf 4,5 fallen kann und zusätzlich das sogenannte behält. feuchter Puffer

Auf die Wartung MIT₂ in natürlichen Gewässern beeinträchtigt ihre Mobilität. Also in den fließenden Gewässern von CO₂ ist in einer Konzentration von 2–5 mg / l (bis zu 10) enthalten, während diese Werte in den stehenden Gewässern von Sümpfen und Teichen einen Wert von 15–30 mg / l erreichen.

In trockenen und armen Vegetationsregionen wird die Bildung der Ionenzusammensetzung von Oberflächengewässern wesentlich durch das geologische Alter der Gesteinsverwitterungskruste und deren chemische Zusammensetzung beeinflusst. In ihnen unterscheiden sich der pH-Wert und die Anteile typomorpher Ionen von den oben angegebenen. Als Ergebnis wird Wasser mit einem erheblichen Gehalt an SO gebildet₄ - und C 1 - und von Kationen Na + mit einem signifikanten Anteil an Mg ++ können sich durchsetzen. Erhöhung des Gesamtsalzgehaltes - Mineralisierung. Abhängig vom Gehalt an Hydrocarbonaten variiert der pH-Wert solcher Wässer im Durchschnitt von pH 7 ± 0,5 bis pH 8 ± 0,5 und die Härte ist immer höher als 10 ° dGH. In stabilen alkalischen Wässern werden bei pH> 9 die Hauptkationen immer Mg ++ und Na + mit einem merklichen Kaliumgehalt sein, da Ca ++ in Form von Kalkstein ausfällt. In dieser Hinsicht sind die Gewässer des Großen Afrikanischen Grabenbruchs, der durch sogenannte Wasserfälle gekennzeichnet ist. Soda-Versalzung. Gleichzeitig zeichnen sich selbst die Gewässer von Giganten wie dem Viktoriasee, Malawi und Tanganyika durch eine hohe Mineralisierung und einen so hohen Gehalt an Kohlenwasserstoffen aus, dass die Karbonathärte in ihrem Wasser die Gesamthärte übersteigt: dKH> dGH.

In Wasser enthaltenes CO₂ und ihre Derivate, Bicarbonate und Carbonate, sind miteinander verbunden. Kohlendioxid-Gleichgewicht:

In den Regionen, in denen die Verwitterungskruste jung ist und Kalkstein enthält (CaCO₃) Das Kohlendioxidgleichgewicht wird durch die Gleichung ausgedrückt

Wende auf diese Gleichung das Aktionsgesetz der Massen (siehe oben) an und berücksichtige, dass [H₂O] = const und [CaCO₃] = const (Festphase) erhalten wir:

wo k_CO2 - Kohlendioxid-Gleichgewichtskonstante.

Wenn die Wirkstoffkonzentrationen in Millimol (mM, 10 -3 M) ausgedrückt werden, dann_CO2 = 34,3. Aus der Gleichung K_CO2 sichtbare Instabilität des Hydrocarbonats: in Abwesenheit von CO₂ d.h. mit [CO₂] = 0, die Gleichung macht keinen Sinn. In Abwesenheit von Kohlendioxid zersetzen sich Hydrogencarbonate zu CO.₂ und alkalisiertes Wasser: HCO₃ - → ER - + MIT₂. Inhalt des freien CO₂ (für "lebloses" Wasser ist sehr unbedeutend), das die Nachhaltigkeit einer bestimmten Konzentration von Bicarbonaten bei einem konstanten pH-Wert gewährleistet, wird als Gleichgewichtskohlendioxid - [CO] bezeichnet₂]_p. Es ist sowohl mit dem Kohlendioxidgehalt in der Luft als auch mit dem dKH von Wasser verbunden: Mit einer Erhöhung von dKН wird die Menge an [CO₂]_p. CO-Gehalt₂ In natürlichen Gewässern ist es in der Regel nahe an dem Gleichgewicht, und dieses Merkmal und nicht der dKH-, dGH- und pH-Wert ist es, der den Zustand des natürlichen Wassers meistens vom Aquarienwasser unterscheidet. Lösen der Gleichung k_CO2 relativ MIT₂, Sie können die Konzentration von Gleichgewichtskohlendioxid bestimmen:

Da die Konzepte der Gesamthärte, der Karbonathärte und des Säuregehaltes im Süßwasseraquarismus Kult sind, ist es interessant, dass die Gleichungen:

kombinieren Sie sie zu einem System. Teilen von K_CO2 auf K₁ Wir erhalten die verallgemeinerte Gleichung:

Es sei daran erinnert, dass [H +] und der pH-Wert umgekehrt proportional sind. Die letzte Gleichung zeigt dann, dass die Parameter: dGH, dKH und pH direkt proportional sind. Dies bedeutet, dass in einem Zustand nahe des Gasgleichgewichts eine Erhöhung der Konzentration einer Komponente zu einer Erhöhung der Konzentration der anderen Komponente führt. Diese Eigenschaft zeigt sich deutlich beim Vergleich der chemischen Zusammensetzung natürlicher Gewässer verschiedener Regionen: Härtere Gewässer zeichnen sich durch höhere pH- und dKH-Werte aus.

Für Fische der optimale Gehalt an CO₂ macht 1–5 mg / l. Konzentrationen von mehr als 15 mg / l sind für viele Arten von Aquarienfischen gesundheitsgefährdend (siehe unten).

Unter dem Gesichtspunkt der Kohlendioxidbilanz ist somit der Gehalt an CO₂ in natürlichen Gewässern immer in der Nähe von [CO₂] p.

4. ÜBER AQUARIUMWASSER UND PRODUKTION DER LÖSLICHKEIT

Aquariumwasser ist in Bezug auf CO kein Gleichgewicht₂ im Prinzip. Kohlendioxidmessung mit CO₂-Mit diesem Test können Sie das Gesamt-Kohlendioxid bestimmen - [CO₂]_allgemein, deren Wert in der Regel die Konzentration des Gleichgewichtskohlendioxids - [CO] übersteigt₂]_allgemein> [CO₂]_p. Dieser Überschuss wird als Nichtgleichgewichts-Kohlendioxid - [CO] bezeichnet₂]_ner. Dann

Beide Formen von Kohlendioxid, sowohl das Gleichgewicht als auch das Nichtgleichgewicht, sind nicht messbar, sondern nur berechnete Parameter. Es ist Kohlendioxid im Nichtgleichgewicht, das für die aktive Photosynthese von Wasserpflanzen sorgt und andererseits Probleme beim Halten bestimmter Fischarten verursachen kann. In einem ausgeglichenen Aquarium führen natürliche tägliche Schwankungen des Kohlendioxidgehalts nicht zu einem Abfall der Konzentration unter [CO]₂]_p und überschreiten Sie nicht die Möglichkeiten des Aquarienwasserpuffers. Wie im nächsten Kapitel gezeigt, sollte die Amplitude dieser Schwingungen ± 0,5 [CO] nicht überschreiten₂]_p. Bei einem Anstieg des Kohlendioxidgehalts von mehr als 0,5 [CO₂]_p, die Dynamik der beanspruchten Komponenten WITH₂-Systeme - dGH, dKH und pH werden sich stark von natürlichen unterscheiden: Die Gesamthärte (dGH) steigt in einer solchen Situation vor dem Hintergrund sinkender pH- und d d½-Werte. Es ist diese Situation, die Aquarienwasser grundlegend von natürlichem Wasser unterscheiden kann. Eine Zunahme von dGH tritt infolge der Auflösung des Kalksteinbodens auf. In solchen Gewässern können lebenswichtige Gasaustauschprozesse im Fischkörper behindert werden, insbesondere die Entfernung von CO₂, und auftretende pathologische Reaktionsprozesse führen häufig zu Fehlern bei der Beurteilung der Situation (siehe unten). In marinen Riffaquarien kann dieses Wasser frisch gefälltes CaCO auflösen₃ hartes Korallenskelett, auch an der Verletzungsstelle, was dazu führen kann, dass sich der Polypenkörper vom Skelett löst und das Tier während des Wohlergehens des Aquariums nach anderen Parametern stirbt.

Bei einer Fülle von Wasserpflanzen ist eine Situation möglich, wenn [CO₂]_allgemein ++ +MIT₃ -- _(rr). Nach dem Gesetz der Massen erhalten wir: [Ca ++] [CO₃ -- ]_(rr)/ [CaCO₃]_(tv.)= K Weil [CaCO₃]_(tv.)= const (Festphase), dann [Ca ++] [CO₃ -- ]_(rr)= K Seit Die letzte Gleichung charakterisiert die Löslichkeit einer Substanz, dann wurde ein solches Produkt aus gesättigten Ionenkonzentrationen schwerlöslicher Substanzen Löslichkeitsprodukt - PR (vergleiche mit dem ionischen Produkt von Wasser K) genannt_w).

PR_Caso3 = [Ca ++] [CO₃ -- ] = 5 • 10 -9. Wie das ionische Produkt von Wasser, PR_Caso3 bleibt unabhängig von Konzentrationsänderungen von Calciumionen und Carbonaten konstant. Befindet sich im Aquarienboden Kalkstein, sind Carbonationen immer in einer durch PR bestimmten Menge im Wasser vorhanden_Caso3 und Gesamtsteifigkeit:

In Gegenwart von nichtgleichgewichtigem Kohlendioxid in Wasser findet die folgende Reaktion statt:

was die Sättigungskonzentration von Carbonationen verringert [CO₃ -- ]. Infolgedessen fließen entsprechend dem Löslichkeitsprodukt kompensierende Mengen an CO in das Wasser.₃ -- von caso₃, d.h. Kalkstein beginnt sich aufzulösen. Seit jdm₂+H₂O = H + + NSO₃ -, Die Bedeutung der obigen Gleichung kann genauer formuliert werden: CO₃ -- +H + = NSO₃ -. Die letzte Gleichung besagt, dass die Karbonate im Wasser der PR entsprechen_Caso3, die durch Lösen von CO gebildete Säure (H +) neutralisieren₂, wobei der pH-Wert des Wassers unverändert bleibt. So kamen wir allmählich an den Punkt, an dem wir das Gespräch begannen:

5. CARBONAT-PUFFERSYSTEM

Lösungen werden als Puffer bezeichnet, wenn sie zwei Eigenschaften besitzen:

A: Der pH-Wert von Lösungen hängt nicht von ihrer Konzentration oder vom Verdünnungsgrad ab.

B: Durch Zugabe von Säure (H +) oder Alkali (OH -) ändert sich ihr pH-Wert wenig, bis sich die Konzentration einer der Komponenten der Pufferlösung um mehr als die Hälfte ändert.

Diese Eigenschaften haben Lösungen, die aus einer schwachen Säure und ihrem Salz bestehen. In der Aquarienpraxis ist diese Säure Kohlendioxid, und das vorherrschende Salz ist Calciumbicarbonat - Ca (HCO)₃)₂. Auf der anderen Seite ist die Zunahme von CO₂ Das oben genannte Gleichgewicht ist gleichbedeutend mit der Zugabe von Säure zu Wasser - H +, und die Verringerung seiner Konzentration unter das Gleichgewicht entspricht der Zugabe von Alkali - OH - (Zersetzung von Bicarbonaten - siehe oben). Die Menge an Säure oder Alkali, die der Pufferlösung (Aquariumwasser) hinzugefügt werden muss, damit der pH-Wert um 1 Einheit geändert wird, wird als Pufferkapazität bezeichnet. Daraus folgt, dass sich der pH-Wert des Aquarienwassers früher zu ändern beginnt, als seine Pufferkapazität erschöpft ist, aber nachdem die Pufferkapazität erschöpft ist, ändert sich der pH-Wert bereits entsprechend der Menge an eingeführter Säure oder Alkali. Die Basis des Puffersystems ist das sogenannte. Das Prinzip von Le Chatelier: Das chemische Gleichgewicht wird immer in die der angewendeten Wirkung entgegengesetzte Richtung verschoben. Berücksichtigen Sie die Eigenschaften von A- und B-Puffersystemen.

A. Die Abhängigkeit des pH-Werts von Pufferlösungen von deren Konzentration ergibt sich aus der Henderson-Hasselbalch-Gleichung: pH = pK₁ +lg [HCO₃ - ] / [CO₂]. Dann bei verschiedenen Konzentrationen von HCO₃ - und CO₂ ihre Haltung [HCO₃ - ] / [CO₂] kann unverändert bleiben. Zum Beispiel [HCO₃ - ] / [CO₂] = 20/8 = 10/4 = 5/2 = 2,5 / 1 = 0,5 / 0,2 = 2,5, das heißt verschiedene Wässer, die sich in der Karbonathärte "d" und dem Gehalt an CO unterscheiden₂, Wenn sie jedoch im gleichen Verhältnis vorliegen, haben sie denselben pH-Wert (siehe auch Kapitel 2). Solche Wässer werden sich sicherlich in ihrer Pufferkapazität unterscheiden: Je höher die Konzentration der Komponenten des Puffersystems ist, desto größer ist die Pufferkapazität und umgekehrt.

Diese Eigenschaft von Puffersystemen begegnen Aquaristen normalerweise während der Frühlings- und Herbstflut, wenn die Wassereintrittsstationen nicht mit artesischem Wasser, sondern mit Oberflächen versorgt werden. Während dieser Zeiträume kann die Pufferkapazität des Wassers so stark abnehmen, dass einige Fischarten der traditionellen dichten Landung nicht standhalten. Dann tauchen Geschichten über mysteriöse Krankheiten auf, zum Beispiel Skalar oder Schwertköpfe, gegen die alle Medikamente machtlos sind.

B. Sie können von drei Puffersystemen Aquarienwasser sprechen, von denen jedes in seinem pH-Bereich stabil ist:

2. pH = 8,3 NSO₃ - Bicarbonatpuffer

Betrachten Sie die Eigenschaft B in zwei Versionen: var. B1 - mit steigendem CO-Gehalt₂ und var. B2 - während der Inhalt reduziert wird.

B1. CO-Konzentration₂ erhöht (enge Landung, sehr altes Wasser, Überfütterung).

Saure Eigenschaften von CO₂ manifestiert sich in der Bildung von Wasserstoffionen H +, wenn es mit Wasser interagiert: CO₂+H₂О → Н + + НСО₃ -. Dann wird die Konzentration von CO erhöht₂ äquivalent zu einer Erhöhung der Konzentration von Wasserstoffionen H +. Nach dem Prinzip von Le Chatelier führt dies zur Neutralisierung von H +. In diesem Fall arbeiten die Puffersysteme wie folgt.

Karbonatpuffer 3: In Gegenwart von karbonatischem Boden werden Wasserstoffionen von im Wasser vorhandenen Karbonaten absorbiert: H + + CO₃ -- → NSO₃ -. Die Folge dieser Reaktion wird die Auflösung von CaCO sein₃ Boden (siehe oben).

Bicarbonatpuffer 1 - 2: durch die Reaktion von H + + HCO₃ - → CO₂↑ + H₂A. Die pH-Stabilität wird erreicht, indem die Carbonathärte des dKH reduziert und das resultierende CO entfernt wird₂ - entweder aufgrund der Photosynthese oder aufgrund ihrer Diffusion in die Luft (bei ordnungsgemäßer Belüftung).

Wenn die Quelle von überschüssigem CO₂ Wenn der dKN-Wert zweimal vom ersten Wert abgenommen hat, beginnt der pH-Wert des Wassers mit einem gleichzeitigen Abfall der Pufferkapazität und einer Erhöhung der Gesamthärte zu sinken. Wenn der pH-Wert um 1 Einheit abnimmt, ist die Kapazität des Puffersystems erschöpft. Bei einem pH-Wert von 6,5 beträgt der Gehalt der verbleibenden Hydrogencarbonate [HCO₃ - ] = [CO₂] und bei pH - → H + + CO₃ --. Dann nach der Abnahme des Inhalts

MIT₂, Der Anteil der Hydrocarbonate wird ebenfalls proportional verringert und der Wert des Verhältnisses [NSO₃ - ] / [CO₂] konstant bleiben (siehe Eigenschaft A, Henderson-Hasselbalch-Gleichung). Wenn der Kohlendioxidgehalt unter 0,5 fällt [CO₂]_p, Der pH-Wert beginnt zu steigen und kann sich auf pH = 8,3 erhöhen. Beim Erreichen dieses Wertes erschöpft der Bicarbonatpuffer 1 seine Fähigkeiten, da in diesem Wasser CO vorhanden ist₂ praktisch abwesend.

Bicarbonatpuffer 2 behält den pH-Wert = 8,3. Diese Zahl ergibt sich aus der Formel [H +] = √К₁Zu₂, wo k₁ und K₂ - 1. und 2. Dissoziationskonstante der Kohlensäure (siehe oben). Dann:

Ie Der pH-Wert aller Hydrogencarbonatlösungen ist konstant, überschreitet nicht pH = 8,3 und ist eine Folge der sehr chemischen Natur dieser Substanzen.

In Abwesenheit von CO₂ Kohlenwasserstoffe werden durch die Gleichung zersetzt:

NSO₃ - → CO₂+OH - alkalisierendes Wasser und Hervorhebung von CO₂, welche Pflanzen verbrauchen. Aber das gleiche Bicarbonat neutralisiert OH - gemäß der Regelung: Mehrwertsteuer₃ - → CO₃ -- +H +; und H + + OH - → H₂A. Daher wird der pH-Wert stabil gehalten, was die zusammenfassende Gleichung widerspiegelt:

Die pH-Stabilität wird wiederum durch Verringerung der Menge an Hydrogencarbonaten erreicht, d.h. durch Senken der Pufferkapazität von Wasser. Der dKN-Aquarientest spürt diese Abnahme jedoch aufgrund der Eigenschaften der Analysemethode nicht.

Da das Bicarbonat-Ion die Fähigkeit hat, sowohl den sauren als auch den basischen Typ zu dissoziieren, ist dies: HCO₃ - → H + + CO₃ -- und NSO₃ - → ER - + MIT₂, Diese Carbonat- "Steifigkeit" dKN (Kohlenwasserstoffgehalt) ist auch ein Puffersystem.

Die künstliche Einführung von Bikarbonaten in Wasser (meistens in Form von Backpulver) wird manchmal praktiziert, wenn Buntbarsche aus den großen afrikanischen Seen im Handel mit Meerwasseraquarien gehalten werden. In diesem Fall werden zwei Strategien umgesetzt: Erhöhung der Pufferkapazität des Aquarienwassers und Erhöhung des pH-Wertes auf 8,3.

Wenn die Menge an CO₂ In Aquarienwasser nimmt der Wassergehalt weiter ab. Wenn sich der Gehalt im Vergleich zum Gleichgewicht halbiert, steigt der pH-Wert des Wassers an. Wenn der pH-Wert den pH-Wert von 8,3 übersteigt, verschwindet Kohlendioxid aus dem Wasser und anorganischer Kohlenstoff wird nur durch Bicarbonate und Carbonate dargestellt.

Karbonatpuffer 3. Wenn Carbonat die Konzentration überschreitet, die dem Löslichkeitsprodukt entspricht [CO₃ -- ] = PR_Caso3/ [Ca ++] werden sich CaCO-Kristalle in Wasser bilden₃. Da der Haupt- und einzige Verbraucher von CO₂ Befinden sich in einem Süßwasseraquarium Wasserpflanzen, so treten die betreffenden Prozesse überwiegend auf der Oberfläche des grünen Blattes auf. Mit einem Anstieg des pH-Werts> 8,3 beginnt die Oberfläche der reifen Blätter mit einer Kalkkruste zu bedecken, die ein bemerkenswertes Substrat für das Algenwachstum ist. Bindende CO-Karbonate₃ --, Bildung von CaCO₃ behält auch pH-Stabilität bei. In Abwesenheit von Ca ++ - Ionen (in sehr weichem Wasser) erhöht die Konzentration der Carbonate bei aktiver Photosynthese jedoch den pH-Wert aufgrund der Hydrolyse der Carbonate: CO₃ -- +H₂О → ОН - + НСО₃ -.

Bei einer Erhöhung des pH-Wertes um 1 Einheit im Vergleich zu der ursprünglichen wird die Pufferkapazität des Wassers erschöpft sein und der CO-Gehalt wird weiter abnehmen₂, Der pH-Wert kann schnell auf einen riskanten pH-Wert von> 8,5 steigen. Als Ergebnis ist der Abfall von CO₂ Im Aquarienwasser erhöht es den pH-Wert mit einer leichten Abnahme der Gesamthärte. In solchen Gewässern (so stark wie in der Version B1 nicht im Gleichgewicht) fühlen sich viele Weichwasserfische sehr unwohl.

Das Karbonat-Puffersystem des Wassers kombiniert somit die traditionellen hydrochemischen Parameter des Aquariums: Gesamt- und Karbonathärte, pH-Wert und CO-Gehalt.₂. Unter dGH-pH-dKH-CO₂ Der konservativste Parameter ist dGH und der flüchtigste ist CO₂. Je nach dem Grad der Änderung von dGH, pH und vor allem dKH im Vergleich zu festem, belüftetem Leitungswasser kann man den Intensitätsgrad der Atmungsprozesse und der Photosynthese in einem Aquarium beurteilen. Die Erschöpfung der Pufferkapazität des Aquarienwassers sowohl in der einen als auch in der anderen Richtung ändert somit seine Fähigkeit, CO zu absorbieren₂, dass es diese Eigenschaft ist, die es in Bezug auf CO oft in ein starkes Ungleichgewicht verwandelt₂ und radikal anders als das Natürliche. Änderungen in der Fähigkeit von Aquarienwasser, von Fischen ausgeatmetes CO zu absorbieren₂, kann die physiologischen Fähigkeiten des Körpers von Fischen für dessen Entfernung übersteigen. Da dies die Gesundheit der Fischbestände des Aquariums beeinträchtigt, sollten Sie sich mit den physiologischen Auswirkungen von CO vertraut machen₂ auf dem Körper von Fischen.

© Alexander Yanochkin, 2005
© Aqua Logo, 2005

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