Книги по аквариумистике

Двуокись углерода

Двуокись углерода в карбонатной системе

Не вызывает сомнений, что CO₂ существует в каждой природной воде в большей или меньшей концентрации. Двуокись углерода обладает очень хорошей растворимостью, которая ограничивается обменом с атмосферой. Растворенный CO₂ переходит в угольную кислоту (H₂CO₃) в незначительном количестве (примерно 0,1-0,2%).

CO₂+ H₂O => H₂CO₃.

Даже если этот процесс выражен слабо, образование кислоты неизбежно приводит к снижению pH. Воды, обогащенные угольной кислотой, могут достигать значений pH около 5, а иногда бывают и ниже. При растворении двуокиси углерода в воде возрастает проводимость. Это происходит из-за образования ионов:

H₂CO₃+ H₂O => H₃O⁺ + HCO₃^–,

появляются ион гидроксония и гидрокарбонат-ион. Гидрокарбонат-ион вступает в соединения со щелочноземельными металлами, из которых самым важным является Ca(HCO₃)₂ (соль угольной кислоты) и существует в воде полностью диссоциированным, т.е. в виде катионов и анионов.

Соотношение углекислого газа и анионов угольной кислоты в воде в зависимости от pH (кривые для морской и пресной воды)

Гидрокарбонат кальция хорошо растворяется в воде. Именно это соединение образует временную жесткость. Гидрокарбонат содержит химически связанный CO2, который называется в соответствии с этим «связанной угольной кислотой». Количество гидрокарбоната кальция в водном растворе не изменяется, если имеется дополнительный CO₂, или равновесный CO₂, свободная углекислота. Если такое же количество свободного CO₂, как и Ca(HCO₃)₂ имеется в наличии, то вода находится в так называемом равновесии кальций – угольная кислота. Часто встречается вода, в которой растворено больше свободного CO₂, чем это необходимо для поддержания равновесия «кальций – угольная кислота». Раствор в этом случае называется «свободной перенасыщенной кислотой». Эта угольная кислота химически активна, но для реакции необходимы соответствующие соединения. Таким образом, к примеру, растворяется известняк (CaCO₃), в результате чего снова повышается содержание гидрокарбоната кальция, и вода стремится к равновесию кальций – угольная кислота. Свободная избыточная угольная кислота растворяет пассивные слои в трубопроводах из металлов, разрушает также трубопроводы из меди и свинца, вследствие чего, с одной стороны, повреждаются водные коммуникации, с другой стороны, вода может обогащаться токсичными соединениями металлов. Если в воде недостаточно высокая концентрация свободной углекислоты, в осадок выпадает карбонат кальция (CaCO₃). Нам он известен как известняк, который практически нерастворим в воде.

Превращения между гидрокарбонатом и карбонатом кальция выражаются следующим уравнением:

CO₂ недостаток (стрелка вправо)

Ca(HCO₃)₂ <=> CaCO₃+ CO₂+ H₂O

CO₂ избыток (стрелка влево)

Оно отчетливо показывает, что переход от одного вида связи в другой всегда сопровождается также изменениями pH, Если при недостатке CO₂ выпадает известняк, то должно повышаться значение pH. И наоборот, при избытке CO₂ значение pH снижается. Различные виды связей CO₂, с которыми мы здесь познакомились, таковы:

двуокись углерода = CO₂;

угольная кислота = H₂CO₃;

гидрокарбонат = HCO₃^–, чаще в виде Ca(HCO₃)₂ и называется также бикарбонатом;

карбонат = CO₃^2–, чаще всего в виде CaCO₃

Эти формы частично могут существовать совместно в воде. От значения pH зависит, какая из них преобладает. В мягкой кислой воде с pH 6 примерно 80% двуокиси углерода будет присутствовать в виде CO₂ или в виде угольной кислоты и только примерно 20% в виде гидрокарбоната. При pH 7 соотношение становится другим – преобладает HCO₃. При pH 8 – 9 HCO₃^– составляет свыше 90%, а HCO₃ и карбонаты, например CaCO₃ незначительно. В морской воде наблюдаются совсем другие закономерности. Граница между углекислотой и гидрокарбонатом только немного смешена влево, но значительно более сильное изменение отмечается между гидрокарбонатом и карбонатом. Это приводит к тому, что в оптимальной для аквариумов с морской водой pH-области (pH 8 – 8,5) практически не существует свободной угольной кислоты, но присутствует большое количество карбонатов. Это для морских живых существ особенно важно. Кальциефильные организмы, прежде всего коралловые, находят в море оптимальные условия (достаточное количество извести). В частности, приповерхностная вода, которая смешивается с атмосферой, пересыщена карбонатом кальция, причем тем больше, чем больше температура воды. Чем холоднее вода, тем больше она может поглощать CO₂. Поэтому диатомные организмы холодных морей образуют оболочки тела из кремниевой кислоты. Растворимость CO₂ возрастает также с увеличением глубины, Вследствие этого в воде уменьшается количество карбонатов, поэтому столь популярные для аквариумов коралловые рифы расположены только в теплых поверхностных водах тропиков.

Предыдущая || Следующая || Оглавление