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Solubilità del biossido di carbonio in acqua e altre questioni.

Caro Oleg Mosin! Ho letto il tuo articolo "Acqua senza aria (gas)" su www.o8ode.ru/article/answer/voda_bez_vozduha_gazov.htm. Lascia che ti faccia una domanda di persona. Sono un biologo con una conoscenza di base della chimica. La domanda riguarda la solubilità del biossido di carbonio nell'acqua. L'essenza di questo processo. Una parte del gas disciolto interagisce con l'acqua per formare l'acido carbonico, che si dissocia in bicarbonato e ioni idrogeno. Conoscendo la costante di dissociazione, il contenuto di anidride carbonica disciolta, possiamo calcolare l'indice di acidità e il contenuto di acido carbonico stesso - è trascurabile.

La domanda è: cosa tiene il resto del biossido di carbonio nell'acqua, perché non è nella fase gassosa, altrimenti sarebbe immediatamente evaporato? Da nessuna parte riesco a trovare una risposta a questa domanda: cosa tiene il diossido stesso nell'acqua? Può formare legami idrogeno con molecole d'acqua? Poiché i legami idrogeno possono essere formati tra un atomo di idrogeno collegato ad un atomo elettronegativo e un elemento elettronegativo con una coppia libera di elettroni (O, F, N)?

E un'altra domanda. A pH = 3, la reazione di dissociazione si sposta a sinistra, l'acido carbonico si decompone in anidride carbonica e acqua. E diossido disciolto? Tutti questi problemi sono legati al processo di respirazione negli insetti e al rilascio esplosivo di anidride carbonica dal fluido tracheolico. L'azione dell'anidrasi carbonica che catalizza il processo di legame del diossido con acqua e la formazione di bicarbonato è direttamente correlata a queste domande. Ma non so che una delle numerose isoforme dell'anidrasi carbonica catalizza il processo inverso. Nel caso della carboemoglobina, tutto è chiaro: l'effetto di Bohr. Ma il bicarbonato entra negli alveoli dal plasma sanguigno, che induce il processo di legame con un protone? Qual è la cinetica di questo processo?

Sarei molto grato se chiarissi queste domande o chiarissi la direzione della ricerca di risposte.

Cordialmente, Vladimir.

In generale, per quanto ne so, la solubilità del biossido di carbonio nell'acqua è più elevata per tutti i gas, è circa 70 volte superiore alla solubilità dell'ossigeno e 150 volte superiore alla solubilità dell'azoto con un coefficiente di adsorbimento del biossido di carbonio di 12,8, che corrisponde a una solubilità di 87 ml di gas in 100 mg di acqua. Naturalmente, si potrebbe assumere, ad esempio, quella CO2 in qualche modo incorporato in gruppi di acqua chiusi e trattenuti in essi, come nel caso di..... Ma è improbabile che questo processo abbia luogo. La solubilità dei gas nell'acqua è diversa e dipende sia da fattori esterni - temperatura e pressione, sia dalla natura del gas stesso e dalla sua capacità di reagire chimicamente con l'acqua (come nel caso dell'anidride carbonica, che si scioglie in acqua a causa della reazione chimica con la formazione di acido carbonico, a sua volta, dissociandosi in ioni H + e HCO - 3). Ma d'altra parte, solo l'1% CON2, presente in soluzione acquosa, è presente in esso sotto forma di H2CO3. Questa incoerenza è stata notata da molti ricercatori. Pertanto, per comodità di calcoli di equazioni chimiche, pKe e il pH è considerato come l'intero CO2 reagisce con l'acqua.

Dal punto di vista della cinetica chimica, il processo di dissolvere il biossido di carbonio nell'acqua è piuttosto complicato. Quando CO2 disciolto in acqua si stabilisce quindi l'equilibrio tra l'acido carbonico H2CO3, IVA bicarbonato3 - e carbonato CO3 -.

Il calcolo della costante di ionizzazione in questo caso viene eseguito secondo lo schema seguente:

La costante del primo stadio di ionizzazione è uguale a pKa1 = 4,4 x 10 -7,

La costante di ionizzazione del secondo stadio è pKA2 = 5,6 x 10-11,

Poiché entrambi gli stadi di ionizzazione sono in equilibrio in una soluzione di acido carbonico, è possibile combinare la prima e la seconda costante di ionizzazione pK.a1 e pKa2, moltiplicandoli:

pKa1 x pKa2 = 4,4 x 10 -7 x 5,6 x 10 -11 = 2,46 x10 -17

L'equilibrio tra anidride carbonica, bicarbonato e carbonato dipende dal pH: qui opera il principio di Le Chatelier: la presenza di ioni idrogeno in soluzione sposta la reazione alcalina del mezzo e del lato acido (pH a 5,5). Viceversa, la rimozione dei protoni dal sistema sposta l'equilibrio di reazione a sinistra quando il biossido di carbonio viene reintegrato da carbonato e bicarbonato. Pertanto, a pH basso, l'anidride carbonica predomina nel sistema, e infatti non si formano né bicarbonato né carbonato, mentre a pH neutro, il bicarbonato domina su CO.2 e H2CO3. E solo a pH elevato prevale il carbonato.

L'anidrasi carbonica catalizza il processo di idratazione del CO2 e disidratazione di CO2 (circa 100 volte).

Per quanto riguarda l'effetto Bohr, lì, se non sbaglio, un altro meccanismo - una diminuzione del valore del pH provoca una diminuzione del legame dell'ossigeno all'emoglobina, a seguito del quale l'ossigeno viene rilasciato. Come ricordo dal corso di istituto in biochimica, l'effetto di Bohr è spiegato dal fatto che ci sono siti di legame protonico nella molecola dell'emoglobina sotto forma di residui di istidina e acido aspartico. Come accade tutto lì, non posso dirlo con certezza, ma l'essenza principale risiede nella capacità di questi residui di amminoacidi di interagire l'uno con l'altro sotto forma di deossi-idrossi. Nella forma deossi, un residuo di acido aspartico è in grado di formare un legame tra il residuo di istidina protonata. Questo residuo di istidina ha un alto valore di pK.un, poiché la connessione di istidina con il residuo di acido aspartico mantiene il protone dalla dissociazione. Ma sotto forma di una forma idrossi, la formazione di un tale legame è impossibile e quindi il valore di pKun per la forma idrossi dell'istidina, ritorna al pK normaleun. Pertanto, a un pH del sangue di 7,4, l'istidina esiste in ossiemoglobina in una forma non protetta. Elevate concentrazioni di protoni contribuiscono alla formazione della forma deossi dell'istidina e, di conseguenza, al rilascio di ossigeno. Rilascio di CO2 a sua volta, riduce l'affinità dell'emoglobina con l'ossigeno in due modi. Innanzitutto, alcuni CO2 si trasforma in bicarbonato, liberando i protoni responsabili dell'effetto Bohr. Un'altra parte di questo bicarbonato viene rilasciata dagli eritrociti, mentre la parte rimanente del bicarbonato interagisce direttamente con l'emoglobina, legandosi al gruppo N del residuo amminoacidico e formando l'uretano etere di acido carbamico instabile. In questo processo, i protoni vengono rilasciati nuovamente, il che a sua volta porta al rilascio di O2 e CO vincolante2. Quindi il ciclo di respirazione ha luogo.

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

Acqua più anidride carbonica

Anidride carbonica e reazione attiva dell'acqua. O come non far crescere le stalagmiti sulle foglie delle piante d'acquario

Informazioni sul perché e su come gestire il contenuto di anidride carbonica nell'acquario.
È noto che il biossido di carbonio è vitale per le piante. Assimilata durante il processo di fotosintesi, la CO2 è il principale materiale da costruzione per la sintesi di molecole organiche. E le piante d'acquario non fanno eccezione. Con un deficit di anidride carbonica, non avranno semplicemente nulla per costruire i loro tessuti, che rallenteranno o fermeranno completamente la loro crescita. D'altra parte, con un eccesso di anidride carbonica nell'acqua dell'acquario, il pesce inizia a soffocare anche quando il contenuto di ossigeno in esso contenuto è elevato (effetto Ruth). Pertanto, un acquariofilo, se vuole godere di cose viventi, non di piante e pesci di plastica, deve essere in grado di mantenere la concentrazione di anidride carbonica nell'acqua nell'intervallo ottimale.

Con sufficiente accuratezza, un acquariofilo può determinare il contenuto di biossido di carbonio nell'acqua dell'acquario calcolando se conosce il valore del pH e la durezza carbonatica dell'acqua, che saranno discussi in questo articolo. Ma prima devi rispondere a questa domanda: è necessario per l'acquariofilo misurare qualcosa e poi contare qualcosa? È davvero necessario "controllare l'armonia con l'algebra"? Dopotutto, tutto in natura è capace di autoregolamentazione. Un acquario è anche essenzialmente un piccolo "pezzo" di natura e non costituisce un'eccezione a questa regola. Nell'acquario di proporzioni normali (classiche) * con un numero sufficiente, ma non elevato, di pesci, i parametri dell'acqua necessari vengono solitamente impostati da soli. Affinché in futuro non si discostino dalla norma, è necessario non sovralimentare il pesce, regolarmente e almeno una volta ogni due settimane, sostituire circa un quarto o un terzo del volume d'acqua. E questo sarà davvero sufficiente. Nel corso della loro vita, i pesci emettono una quantità sufficiente di anidride carbonica, nitrati e fosfati in modo che le piante non vivano nella miseria. A loro volta, le piante forniscono al pesce abbastanza ossigeno. Dall'ultimo quarto del XIX secolo (dai tempi di NF Zolotnitsky) e per la maggior parte del 20 ° secolo, quasi tutti gli acquariofili lo hanno fatto. Tutto andava bene per loro, ma molti di loro non sapevano cosa fossero i test dell'acquario...

Gli acquari moderni senza l'uso di mezzi per determinare i parametri dell'acqua dell'acquario sono semplicemente impensabili. Cosa è cambiato?

Capacità tecniche! Con l'aiuto di attrezzature speciali, abbiamo iniziato a ingannare la natura. In una piccola scatola di vetro, che in sostanza è un tipico acquario da camera (e persino un volume solido di 200-300 litri per un serbatoio d'acqua di una stanza è molto piccolo rispetto a un serbatoio naturale d'acqua), è stato possibile contenere un tale numero di organismi viventi che non sono comparabili con le risorse naturali in esso disponibili. Ad esempio, in un'acqua completamente immobile e non miscelata di un acquario sulla sua stessa superficie ad una profondità di 0,5-1 mm, la quantità di ossigeno può essere doppia rispetto ad una profondità di pochi centimetri. Il trasferimento di ossigeno dall'aria all'acqua stessa è molto lento. Secondo i calcoli di alcuni ricercatori, la molecola di ossigeno, in virtù della sola diffusione, può approfondirsi di non più di 2 cm! Pertanto, senza mezzi tecnici di miscelazione o aerazione dell'acqua, è semplicemente impossibile per un acquariofilo popolare un acquario con pesci "extra". Le moderne attrezzature per acquari ti permettono di piantare in un acquario e per qualche tempo contengono con successo un'incredibile quantità di pesce in passato, e le lampade luminose piantano molto densamente un acquario con piante e persino coprono il fondo con uno spesso strato di richi!

Questo è un frammento del fondo dell'acquario. È densamente piantumato con piante di copertura del suolo: glossista (Glossostigma elatinoides), muschio giavanese (Vesicularia dubyana) e Riccia (Riccia fluitans). Quest'ultimo di solito galleggia vicino alla superficie, ma può essere raggiunto in modo che cresca sul fondo. Per questo, l'acquario deve essere illuminato intensamente e l'anidride carbonica viene immessa nell'acqua.
Anche i gamberetti di Amano non sono entrati accidentalmente nel telaio, è necessario scegliere con cura e attenzione i resti di cibo dal folto dei roditori
Ma non dobbiamo dimenticare che la natura ingannata da quel momento, come abbiamo densamente popolato l'acquario con organismi viventi, non è più responsabile di nient'altro! La sostenibilità sostenuta di un tale sistema non è affatto garantita. Per il caos ecologico che l'acquariofilo ha disposto nel suo acquario, lui e lui solo saranno la risposta. Anche un suo piccolo errore porterà a una catastrofe ecologica. E per non commettere errori, devi sapere come e perché almeno i parametri di base del cambio dell'acqua. Controllandoli tempestivamente, è possibile intervenire rapidamente nel lavoro del sistema sovrappopolato e quindi instabile, fornendogli le risorse mancanti e rimuovendo gli sprechi in eccesso che l'acquario "biocenosi" stessa non è in grado di utilizzare. Uno di quelli necessari per un acquario vegetale vivente è l'anidride carbonica.

La foto è stata scattata durante un seminario condotto da Takashi Amano a Mosca nel 2003. Questa è la vista posteriore dell'acquario. Non c'è uno sfondo artificiale qui. Creerà piante, estremamente densamente piantate lungo la parete di fondo. Affinché potessero crescere senza "strangolare" l'un l'altro, furono usati diversi trucchi basati sulle alte tecnologie dell'acquario contemporaneamente. Questo è uno speciale primer non acido a più strati, ricco di minerali disponibili per le piante, una fonte di luce molto brillante con uno spettro appositamente selezionato e, naturalmente, un dispositivo che arricchisce l'acqua con CO2 (tutti prodotti da ADA)

Parte di un sistema che arricchisce l'acqua dell'acquario con il primo piano di anidride carbonica. All'esterno, è collegato un dispositivo che consente di controllare visivamente il flusso delle bolle di gas nell'acquario. Dentro c'è un diffusore. Per chiarezza, gli organizzatori del seminario hanno avviato il gas molto forte e un'intera colonna di bolle si alza dal diffusore. Non sono necessarie così tante piante di acquario ad anidride carbonica. Nel funzionamento normale, quando il gas è molto inferiore, le bolle non dovrebbero essere quasi visibili, poiché il biossido di carbonio si dissolve rapidamente in acqua. Pertanto, la lussureggiante vegetazione dell'acquario "naturale" Takashi Amano non cresce da sola - questo richiede attrezzature speciali. Quindi non è un acquario così naturale, è piuttosto creato dall'uomo!

C'è poca CO2 nell'atmosfera della terra - solo lo 0,03%. Nell'aria atmosferica secca con una pressione barometrica standard (760 mm Hg. Art.), La sua pressione parziale è di soli 0,2 mm. Hg. Art. (0,03% di 760). Ma questa piccola quantità è abbastanza per significare la sua presenza in modo significativo per un acquariofilo. Ad esempio, acqua distillata o ben desalinizzata, che si trova in un contenitore aperto per un tempo sufficiente per equilibrarsi con l'aria atmosferica **, diventerà leggermente acida. Questo accadrà perché il diossido di carbonio è dissolto in esso.

Con la suddetta pressione parziale di anidride carbonica, la sua concentrazione in acqua può raggiungere 0,6 mg per litro, il che porterà a un calo del pH a valori prossimi a 5,6. Perché? Il fatto è che alcune molecole di anidride carbonica (non più dello 0,6%) interagiscono con le molecole d'acqua per formare l'acido carbonico:
CO2 + H2O H2CO3
L'acido carbonico si dissocia in uno ione idrogeno e uno ione idrocarbonato: H2CO3 H + + HCO3-
Questo è sufficiente per acidificare l'acqua distillata. Ricordiamo che il pH (reazione attiva dell'acqua) riflette solo il contenuto di ioni idrogeno nell'acqua. Questo è il logaritmo negativo della loro concentrazione.

In natura, le gocce di pioggia vengono anche acidificate. Pertanto, anche nelle regioni ecologicamente pulite, in cui non c'è acido solforico e acido nitrico nelle acque piovane, è ancora leggermente acido. Quindi passando attraverso il suolo, dove il contenuto di anidride carbonica è molte volte superiore a quello nell'atmosfera, l'acqua è ancora più satura di anidride carbonica.

Interagendo quindi con rocce contenenti calcare, tale acqua converte i carbonati in bicarbonati altamente solubili:

CaCO3 + H2O + CO2 Ca (HCO3) 2

Questa reazione è reversibile. Può essere spostato a destra oa sinistra a seconda della concentrazione di anidride carbonica. Se il tenore di CO2 rimane stabile per un periodo piuttosto lungo, allora l'equilibrio di acido carbonico-calce viene stabilito in tale acqua: non si formano nuovi ioni di idrocarbonato. Se in un modo o nell'altro rimuovere la CO2 dal sistema di equilibrio, allora si sposterà a sinistra, e il carbonato di calcio praticamente insolubile cadrà fuori dalla soluzione contenente bicarbonati. Ciò accade, ad esempio, quando l'acqua viene bollita (questo è un metodo noto per ridurre la durezza carbonatica, cioè la concentrazione in acqua è Ca (HCO3) 2 e Mg (HCO3) 2). Lo stesso processo si osserva anche con la semplice sedimentazione di acqua artesiana, che era sotterranea a pressione elevata e molta diossido di carbonio si dissolveva lì. Una volta in superficie, dove la pressione parziale di CO2 è bassa, quest'acqua rilascia anidride carbonica in eccesso nell'atmosfera fino a raggiungere l'equilibrio con essa. Allo stesso tempo, appare una nuvola biancastra composta da particelle di calcare. Esattamente secondo lo stesso principio, si formano stalattiti e stalagmiti: l'acqua che scorre dalle formazioni sotterranee viene liberata dall'eccesso di anidride carbonica e allo stesso tempo dai carbonati di calcio e magnesio. E infatti, la stessa reazione si verifica sulle foglie di molte piante d'acquario, quando sono attivamente fotosintesi in piena luce e il biossido di carbonio nello spazio chiuso dell'acquario finisce. Qui le loro foglie cominciano a "diventare grigie", poiché vengono ricoperte da una crosta di carbonato di calcio, ma una volta che tutto l'acido carbonico libero viene estratto dall'acqua, il pH cresce inesorabilmente. Di solito, le piante possono aumentare il pH dell'acqua dell'acquario a 8,3-8,5. Con un tale indicatore della reazione attiva dell'acqua, non ci sono quasi molecole di biossido di carbonio e le piante (quelle che possono farlo, ma molte possono farlo) sono impegnate nell'estrazione del biossido di carbonio dai bicarbonati.

Ca (HCO3) 2 -> CO2 (assorbito dalla pianta) + CaCO3 + H2O

Di regola, non possono aumentare il pH ancora più in alto, poiché la sua ulteriore crescita peggiora notevolmente lo stato funzionale delle piante stesse: la fotosintesi, e quindi la rimozione di CO2 dal sistema rallenta e l'anidride carbonica nell'aria stabilizza il pH. Le piante acquatiche, quindi, possono letteralmente soffocare l'un l'altro. Quelle specie che vincono meglio rimuovono il biossido di carbonio dagli idrocarbonati, e coloro che non possono farlo, per esempio, soffrono di rotiferi e aponogonetons del gruppo del Madagascar. Tali piante sono considerate le più delicate tra gli acquariofili.

Le piante acquatiche in questo acquario non sono nelle migliori condizioni. Per lungo tempo è esistito in condizioni di carenza acuta di anidride carbonica, quindi la sua offerta è stata organizzata. I risultati sono ovvi Le cime verdi fresche parlano da sole. L'effetto particolarmente forte dell'anidride carbonica è notevole sul rotary (Rotala macrandra). Quasi morirono, come dimostrano le parti inferiori degli steli quasi completamente prive di foglie, ma vennero alla luce e diedero bellissime foglie rossastre, che crebbero molto rapidamente già durante la fornitura di gas

Quelle piante che possono abbattere il bicarbonato più tenace. Questi includono Rdesta, Vallisneria, Echinodorus. Tuttavia, gli elodey densi sono in grado di strangolarli. Elodea può estrarre più efficacemente il biossido di carbonio legato negli idrocarburi:
Ca (HCO3) 2 -> 2CO2 (assorbito dalla pianta) + Ca (OH) 2
Se la durezza carbonatica dell'acqua è abbastanza grande, questo processo può portare ad un aumento pericoloso non solo per altre piante, ma anche per la stragrande maggioranza dei pesci d'acquario, il valore pH dell'acqua dell'acquario fino a 10. È impossibile coltivare un'intera gamma di acqua dell'acquario con valori di pH elevati Sicuramente a molte specie di pesci d'acquario non piace l'acqua alcalina.

È possibile correggere la situazione aumentando l'aerazione dell'acquario nella speranza che, a causa dell'elevata solubilità dell'anidride carbonica, l'acqua dell'acquario possa arricchire la CO2? Infatti, a una pressione atmosferica normale e ad una temperatura di 20 ° C, 1,7 g di anidride carbonica potrebbero essere sciolti in un litro di acqua. Ma ciò accadrebbe solo se la fase gassosa con cui questa acqua venisse a contatto sarebbe interamente costituita da CO2. E, a contatto con l'aria atmosferica, che contiene solo lo 0,03% di CO2 in 1 litro di acqua, solo 0,6 mg possono passare da questa aria - questa è la concentrazione di equilibrio corrispondente alla pressione parziale del biossido di carbonio nell'atmosfera a livello del mare. Se il contenuto di anidride carbonica nell'acqua dell'acquario è inferiore, allora l'aerazione lo porterà ad una concentrazione di 0,6 mg / le non più! Ma di solito il contenuto di anidride carbonica nell'acqua dell'acquario è ancora superiore al valore specificato e l'aerazione porterà solo alla perdita di CO2.

Il problema può essere risolto alimentando artificialmente l'anidride carbonica nell'acquario, soprattutto perché non è affatto difficile. In questo caso, puoi anche fare a meno di attrezzature di marca, ma semplicemente utilizzare i processi di fermentazione alcolica in soluzione di zucchero con lievito e altri dispositivi estremamente semplici, che presto diremo.

Qui, tuttavia, bisogna essere consapevoli che con ciò inganniamo ancora una volta la natura. La saturazione senza pensieri dell'acqua di acquario con anidride carbonica non porterà a nulla di buono. Quindi puoi uccidere rapidamente il pesce e poi le piante. Il processo di fornitura di anidride carbonica deve essere rigorosamente controllato. È stabilito che per i pesci la concentrazione di CO2 nell'acqua dell'acquario non deve superare 30 mg / l. E in un certo numero di casi, questo valore dovrebbe essere almeno un terzo in meno. Ricordiamo che anche le forti fluttuazioni del pH per i pesci sono dannose e l'apporto supplementare di anidride carbonica rapidamente acidifica l'acqua.

Come stimare il contenuto di CO2 e per garantire che quando l'acqua è satura di questo gas, i valori del pH fluttuano leggermente e rimangono nel range accettabile per i pesci? Qui non potremo fare a meno di formule e calcoli matematici: l'idrochimica dell'acqua dell'acquario, ahimè, è un argomento piuttosto "secco".

La relazione tra le concentrazioni nell'acqua di un acquario d'acqua dolce di anidride carbonica, ioni idrogeno e ioni idrocarbonato riflette l'equazione di Henderson-Hasselbach, che nel nostro caso sarà simile a:
[H +] [HCO3 -] / [H2CO3 + CO2] = K1
dove K1 è la costante di dissociazione apparente dell'acido carbonico nel primo stadio, tenendo conto dell'equilibrio di ioni con l'intera quantità di anidride carbonica in acqua - l'acido carbonico totale analiticamente determinato (cioè, sia molecole di CO2 semplicemente disciolte e molecole idrate in forma di acido carbonico - H2CO3). Per una temperatura di 25 ° C, questa costante è pari a 4,5 * 10-7. Le parentesi quadre indicano le concentrazioni molari.

La conversione della formula dà:

I valori pH e [HCO3-] possono essere determinati utilizzando i test standard dell'acquario. Va notato che il test KH determina esattamente il contenuto degli ioni bicarbonato nell'acqua (e non negli ioni di calcio) ed è adatto ai nostri scopi. L'unico inconveniente del suo utilizzo è associato alla necessità di ricalcolare i gradi in M, che tuttavia non è affatto difficile. Per questo, il valore di durezza carbonatica ottenuto dopo aver eseguito la procedura di test in gradi è sufficiente per dividere per 2.804. Anche la concentrazione di ioni idrogeno espressi in pH deve essere convertita in M, per questo è necessario elevare 10 a una potenza pari al valore pH con un segno negativo:

Per convertire il valore [H2CO3 + СО2] calcolato dalla formula (2) da M a mg / l CO2, dovrebbe essere moltiplicato per 44000.

Utilizzando l'equazione di Henderson-Hasselbach, è possibile calcolare la concentrazione di anidride carbonica totale rilevabile analiticamente in un acquario se l'acquariofilo non utilizza reagenti speciali e il contenuto di acidi organici e umici nel suo acquario è moderato per stabilizzare il pH (questo può essere giudicato con un grado sufficiente di precisione per un dilettante) secondo il colore dell'acqua dell'acquario: se non è simile alle "acque nere" dell'Amazzonia, è incolore o colorato solo leggermente - significa che non ce ne sono molti lì).

Coloro che sono su un piede corto con un computer, in particolare con fogli di calcolo Excel, possono, sulla base della formula sopra e dei valori K1, compilare tabelle dettagliate che riflettono il contenuto di anidride carbonica a seconda della durezza carbonatica e del pH. Daremo qui un accorciato, ma, speriamo, utile per la variante acquariofili dilettanti di un tale tavolo, che consente di calcolare automaticamente il contenuto di anidride carbonica nell'acqua:
Il pH minimo dell'acqua nell'acquario per una data durezza carbonatica a cui il contenuto di anidride carbonica non è ancora pericoloso per i pesci (numeri rossi nelle colonne) e il valore massimo ammissibile di pH a cui le piante non in grado di estrarre anidride carbonica dai bicarbonati continuano a fotosintetizzare efficacemente. Per 25 ° C.

Se si decide di fornire anidride carbonica ad un acquario, quindi regolare la sua alimentazione in modo che i valori di pH per la durezza carbonatica corrispondente cadano tra i numeri rossi e verdi. Durante le ore diurne, la reazione attiva dell'acqua cambierà (di solito il pH sale), e questo dovrebbe essere preso in considerazione quando si installa l'attrezzatura. Cerca di sintonizzarti a metà dell'intervallo, quindi il valore pH probabilmente non salta fuori dai suoi confini. Se l'apporto di CO2 è regolato da un regolatore di pH, interrompendo l'alimentazione del gas quando il pH è ridotto a un livello predeterminato, questo livello non dovrebbe essere inferiore al minimo consentito per il pesce. L'utilizzo di un regolatore di pH è più efficace e sicuro, ma è relativamente costoso.

In primo piano di questa foto c'è un altro Rotala (Rotala wallichii). A sinistra - il fiume faro (Mayaca fluviatilis). È anche un'amante di anidride carbonica libera in acqua. Con un'adeguata illuminazione e contenuto di anidride carbonica nell'acquario dell'ordine di 15-20 mg / l, queste piante acquatiche sono ricoperte da bolle di ossigeno, la fotosintesi è così efficiente

Inoltre, le piante di CO2 possono essere alimentate con l'aiuto di compresse speciali poste in un acquario in un dispositivo speciale. Rilasciano gradualmente l'anidride carbonica nell'acqua. Con lo stesso scopo, all'inizio della luce del giorno, è possibile aggiungere acqua gassata a bassa mineralizzazione all'acquario (naturalmente, senza additivi alimentari!). La tabella e il calcolatore forniti in questo articolo aiuteranno a valutare l'efficacia di queste misure.

La tabella indica anche i valori di pH che, con una data durezza carbonatica, vengono acquisiti da acqua ben ventilata in un acquario stanza, se è moderatamente popolata con pesce e se l'acqua non è ossidabile in esso. In altre parole, se l'apporto di anidride carbonica verso l'acquario cessa improvvisamente, allora possiamo aspettarci che il pH dell'acqua aumenterà a circa questi valori entro poche ore. I numeri nell'ultima riga di questa tabella sono il pH dell'acqua di una data durezza carbonatica in equilibrio con l'atmosfera. È evidente che sono ancora più alti. Nei bacini naturali, nelle rapide dei fiumi puliti, dove l'acqua bolle e rilascia tutto il biossido di carbonio (non di equilibrio) in eccesso nell'atmosfera, tali valori di pH hanno effettivamente luogo. Nelle stanze, la pressione parziale dell'anidride carbonica nell'aria è superiore a quella all'aperto, ei processi che si verificano nel terreno e nel filtro dell'acquario portano alla formazione di anidride carbonica e ioni idrogeno. Tutto ciò fornisce più che in condizioni naturali il contenuto di anidride carbonica nell'acqua degli acquari e l'acqua in essi con la stessa durezza carbonatica è più acido.

Ora presta attenzione a questo fatto. L'acido carbonico, che si forma dissolvendo l'anidride carbonica atmosferica in acqua, riduce il pH dell'acqua distillata a 5,6 e l'acqua con durezza carbonatica, ad esempio, pari a 5 kH, essendo in equilibrio con i gas atmosferici, ha una reazione attiva di 8,4. È facile tracciare un simile schema: maggiore è la durezza carbonatica dell'acqua, più è alcalino. In realtà, questa regola è ben nota a molti, ma non tutti gli acquariofili sono consapevoli del fatto che stiamo parlando di durezza carbonatica. Infatti, se trattiamo solo con acque dolci naturali, in cui la durezza carbonatica, di regola, dà un contributo molto significativo al totale, non si può nemmeno pensarci, ma in acqua artificialmente preparata, tutto può essere diverso. Ad esempio, l'aggiunta di cloruro di calcio aumenterà la durezza dell'acqua, ma non il pH. Il fatto che le acque naturali di solito abbiano una reazione attiva alcalina debole è associato proprio alla presenza di ioni di idrocarbonato in esse. Insieme al biossido di carbonio disciolto in acqua, formano un sistema tampone bicarbonato di anidride carbonica, che stabilizza il pH dell'acqua più fortemente nella regione di valori alcalini, maggiore è la concentrazione di bicarbonato (durezza carbonatica). Per capire perché questo sta accadendo e per scegliere i valori di rigidità di carbonato ottimali per un acquario, è necessario fare nuovamente riferimento alla formula di Henderson-Hasselbach.

* Le proporzioni classiche di un acquario sono le seguenti: la larghezza è uguale o non più di un quarto in meno dell'altezza. L'altezza non supera i 50 cm. Tuttavia, in linea di principio, non è limitata in lunghezza. Un esempio è un acquario lungo 1 m, largo 40 cm e alto 50. L'equilibrio biologico in un tale serbatoio idrico sarà stabilito con relativa facilità.

** Per equilibrio con l'aria atmosferica, comprendiamo lo stato dell'acqua quando le concentrazioni (tensioni) dei gas disciolti in esso corrispondono alle pressioni parziali di questi gas nell'atmosfera. Se la pressione di un gas diminuisce, le molecole del gas inizieranno a lasciare l'acqua fino a quando non si raggiungerà nuovamente la concentrazione di equilibrio. Viceversa, se la pressione parziale del gas sopra l'acqua aumenta, una quantità maggiore di questo gas si dissolverà in acqua.

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

Proprietà fisiche e chimiche del biossido di carbonio

Formula - CO2. Massa molare - 44 g / mol.

Proprietà chimiche dell'anidride carbonica

Il biossido di carbonio appartiene alla classe degli ossidi acidi, vale a dire quando interagisce con l'acqua, forma un acido, che è chiamato carbone. L'acido carbonico è chimicamente instabile e al momento della sua formazione si decompone immediatamente nei suoi componenti, vale a dire la reazione dell'interazione del biossido di carbonio con l'acqua è reversibile:

Una volta riscaldato, il biossido di carbonio si decompone in monossido di carbonio e ossigeno:

Come tutti gli ossidi acidi, il biossido di carbonio è caratterizzato da reazioni di interazione con ossidi basici (formati solo da metalli attivi) e basi:

Il biossido di carbonio non mantiene la combustione, solo i metalli attivi bruciano in esso:

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

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

L'anidride carbonica reagisce con sostanze semplici come l'idrogeno e il carbonio:

Quando l'anidride carbonica interagisce con i perossidi dei metalli attivi, si formano carbonati e l'ossigeno viene rilasciato:

Una reazione qualitativa al biossido di carbonio è la reazione della sua interazione con l'acqua di calce (latte), vale a dire con idrossido di calcio, in cui si forma un precipitato bianco - carbonato di calcio:

Proprietà fisiche del biossido di carbonio

Il biossido di carbonio è una sostanza gassosa senza colore o odore. Più pesante dell'aria Termicamente resistente. Quando compresso e raffreddato facilmente passa allo stato liquido e solido. Il biossido di carbonio in uno stato solido di aggregazione è chiamato "ghiaccio secco" ed è facilmente sublimato a temperatura ambiente. Il biossido di carbonio è scarsamente solubile in acqua, parzialmente reagisce con esso. Densità: 1,977 g / l.

Produzione e uso di anidride carbonica

Esistono metodi industriali e di laboratorio per produrre anidride carbonica. Così, nell'industria si ottiene bruciando calcare (1), e in laboratorio, mediante l'azione di acidi forti su sali di carbonato (2):

L'anidride carbonica è utilizzata negli alimenti (carbonatazione della limonata), chimica (controllo della temperatura nella produzione di fibre sintetiche), metallurgica (protezione ambientale, ad esempio, precipitazione di gas marrone) e altre industrie.

Esempi di risoluzione dei problemi

Scriviamo l'equazione di dissoluzione del calcare in acido nitrico:

Contenuto di carbonato di calcio puro (senza impurità) in calcare:

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

Quindi, la massa di carbonato di calcio puro:

La quantità di carbonato di calcio è:

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

La massa di acido nitrico nella soluzione sarà uguale a:

m (no3) = 200 × 10/100% = 20 g.

La quantità di acido nitrico di calcio è:

n (no3) = 20/63 = 0,32 mol.

Confrontando il numero di sostanze che sono entrate nella reazione, determiniamo che l'acido nitrico è scarsamente disponibile, quindi effettuiamo ulteriori calcoli sull'acido nitrico. Secondo l'equazione di reazione n (HNO3): n (CO2) = 2: 1, quindi n (CO2) = 1/2 × n (HNO3) = 0,16 mol. Quindi, il volume di anidride carbonica sarà uguale a:

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

Cos'è la CO2?

Cos'è l'anidride carbonica?

Il biossido di carbonio è noto principalmente allo stato gassoso, cioè come anidride carbonica con una semplice formula chimica CO2. In questa forma, esiste in condizioni normali - a pressione atmosferica e temperature "normali". Ma con l'aumento della pressione, superiore a 5.850 kPa (come, per esempio, la pressione a una profondità del mare di circa 600 m), questo gas si trasforma in un liquido. E con un forte raffreddamento (meno 78,5 ° C), cristallizza e diventa il cosiddetto ghiaccio secco, che è ampiamente utilizzato nel commercio per la conservazione di alimenti surgelati nei frigoriferi.

L'anidride carbonica liquida e il ghiaccio secco sono ottenuti e utilizzati nell'attività umana, ma queste forme sono instabili e facilmente decompongono.

Ma il gas biossido di carbonio è distribuito ovunque: viene rilasciato durante la respirazione di animali e piante ed è una parte importante della composizione chimica dell'atmosfera e dell'oceano.

Proprietà dell'anidride carbonica

L'anidride carbonica CO2 è incolore e inodore. In condizioni normali, non ha sapore. Tuttavia, quando si inalano alte concentrazioni di anidride carbonica, si può sentire un sapore aspro in bocca, causato dal fatto che l'anidride carbonica si dissolve sulle mucose e nella saliva, formando una soluzione debole di acido carbonico.

A proposito, la capacità del biossido di carbonio di dissolversi in acqua viene utilizzata per produrre acqua gassata. Le bolle di limonata sono la stessa anidride carbonica. Il primo apparato per saturare CO2 fu inventato nel 1770 e già nel 1783 l'intraprendente svizzero Jacob Schwepp iniziò la produzione industriale di soda (il marchio Schweppes esiste ancora).

Il biossido di carbonio è 1,5 volte più pesante dell'aria, quindi tende a "depositarsi" nei suoi strati inferiori se la stanza è poco ventilata. L'effetto della "grotta del cane" è noto, dove la CO2 viene emessa direttamente dal terreno e si accumula ad un'altezza di circa mezzo metro. Un adulto, entrando in una tale grotta, al culmine della sua crescita non sente un eccesso di anidride carbonica, ma i cani si trovano direttamente in uno spesso strato di anidride carbonica e vengono avvelenati.

La CO2 non sostiene la combustione, quindi è usata negli estintori e negli impianti di estinzione. L'attenzione con l'estinzione di una candela accesa con il contenuto di un vetro presumibilmente vuoto (e in realtà di anidride carbonica) si basa proprio su questa proprietà del biossido di carbonio.

Anidride carbonica in natura: fonti naturali

L'anidride carbonica in natura è formata da varie fonti:

  • Il respiro di animali e piante.
    Ogni studente sa che le piante assorbono l'anidride carbonica CO2 dall'aria e la usano nella fotosintesi. Alcune casalinghe stanno provando da un'abbondanza di piante da interno per espiare le carenze della ventilazione. Tuttavia, le piante non solo assorbono, ma emettono anche anidride carbonica in assenza di luce - questo è parte del processo di respirazione. Pertanto, la giungla in una camera poco ventilata non è una buona idea: di notte il livello di CO2 aumenterà ancora di più.
  • Attività vulcanica
    Il biossido di carbonio è un componente dei gas vulcanici. Nelle aree ad alta attività vulcanica, la CO2 può essere emessa direttamente dal terreno - da fessure e faglie chiamate mofeti. La concentrazione di anidride carbonica nelle valli con i mofeta è così alta che molti piccoli animali muoiono lì.
  • Decomposizione di materia organica
    L'anidride carbonica si forma durante la combustione e il decadimento della materia organica. Le emissioni volumetriche naturali di anidride carbonica accompagnano gli incendi boschivi.

Il biossido di carbonio è "immagazzinato" in natura sotto forma di composti di carbonio nei minerali: carbone, petrolio, torba, pietra calcarea. Le riserve gigantesche di CO2 si trovano in forma dissolta negli oceani del mondo.

Il rilascio di anidride carbonica da un giacimento aperto può portare a un disastro limnologico, come accaduto, ad esempio, nel 1984 e nel 1986. nei laghi di Manoun e Nyos in Camerun. Entrambi i laghi si sono formati sul sito di crateri vulcanici - sono ora estinti, ma in profondità nel magma vulcanico emettono ancora anidride carbonica, che sale alle acque dei laghi e si dissolve in loro. Come risultato di una serie di processi climatici e geologici, la concentrazione di anidride carbonica nelle acque ha superato il valore critico. Un'enorme quantità di anidride carbonica fu emessa nell'atmosfera, che, come una valanga, scese lungo i pendii della montagna. Circa 1.800 persone sono state vittime di disastri limnologici nei laghi del Camerun.

Fonti artificiali di anidride carbonica

Le principali fonti antropogeniche di anidride carbonica sono:

  • emissioni industriali associate ai processi di combustione;
  • trasporto stradale.

Nonostante il fatto che la quota di trasporti ecocompatibili nel mondo sia in crescita, la stragrande maggioranza della popolazione mondiale non avrà presto l'opportunità (o il desiderio) di passare a nuove auto.

La deforestazione attiva a fini industriali porta anche ad un aumento della concentrazione di anidride carbonica di CO2 nell'aria.

Anidride carbonica nel corpo umano

La CO2 è uno dei prodotti finali del metabolismo (la ripartizione del glucosio e del grasso). È secreto nei tessuti e trasportato dall'emoglobina ai polmoni attraverso cui viene espirato. Circa il 4,5% di anidride carbonica (45.000 ppm) nell'aria espirata da una persona è 60-110 volte superiore a quella inalata.

L'anidride carbonica svolge un ruolo importante nella regolazione dell'afflusso di sangue e della respirazione. Un aumento del livello di CO2 nel sangue porta al fatto che i capillari si espandono, lasciando entrare più sangue, che fornisce ossigeno ai tessuti e rimuove l'anidride carbonica.

L'apparato respiratorio è anche stimolato da un aumento del contenuto di anidride carbonica, e non da una mancanza di ossigeno, come potrebbe sembrare. In effetti, la mancanza di ossigeno non viene avvertita per molto tempo dal corpo ed è del tutto possibile che una persona perda conoscenza in aria rarefatta prima di sentire la mancanza di aria. La proprietà stimolante della CO2 è utilizzata nei dispositivi di respirazione artificiale: l'anidride carbonica viene miscelata con l'ossigeno per "attivare" l'apparato respiratorio.

Diossido di carbonio e noi: cosa è pericoloso con la CO2

L'anidride carbonica è necessaria sia per il corpo umano che per l'ossigeno. Ma proprio come con l'ossigeno, un eccesso di anidride carbonica ferisce il nostro benessere.

Un'alta concentrazione di CO2 nell'aria porta all'intossicazione del corpo e provoca uno stato di ipercapnia. Con l'ipercapnia, una persona ha difficoltà a respirare, nausea, mal di testa e può persino perdere conoscenza. Se il contenuto di anidride carbonica non è ridotto, quindi il turno di ipossia - fame di ossigeno. Il fatto è che sia l'anidride carbonica che l'ossigeno si muovono intorno al corpo sullo stesso "trasporto" - l'emoglobina. Normalmente, "viaggiano" insieme, attaccandosi a diversi punti della molecola dell'emoglobina. Tuttavia, una maggiore concentrazione di anidride carbonica nel sangue riduce la capacità dell'ossigeno di legarsi all'emoglobina. La quantità di ossigeno nel sangue diminuisce e si verifica l'ipossia.

Tali effetti malsani sul corpo derivano dall'inalazione di aria con un contenuto di CO2 superiore a 5.000 ppm (ad esempio, l'aria nelle miniere, ad esempio). Nella giustizia, nella vita ordinaria, non incontriamo quasi mai una tale aria. Tuttavia, una concentrazione molto più bassa di anidride carbonica non influisce in modo migliore sulla salute.

Secondo i risultati di alcuni studi, già 1.000 ppm di CO2 causano affaticamento e mal di testa in metà dei soggetti. Molte persone iniziano a sentire la noia e il disagio anche prima. Con un ulteriore aumento della concentrazione di anidride carbonica a 1 500 - 2 500 ppm, l'efficienza è ridotta in modo critico, il cervello è "pigro" per prendere l'iniziativa, elaborare le informazioni e prendere decisioni.

E se il livello di 5.000 ppm è quasi impossibile nella vita di tutti i giorni, allora 1.000 e persino 2.500 ppm possono facilmente far parte della realtà dell'uomo moderno. Il nostro esperimento a scuola ha dimostrato che nelle classi scolastiche raramente ventilate, il livello di CO2 per una parte significativa del tempo rimane superiore a 1.500 ppm e talvolta salta sopra a 2.000 ppm. Ci sono tutte le ragioni per supporre che in molti uffici e persino negli appartamenti la situazione sia simile.

I fisiologi considerano 800 ppm sicuri per il benessere umano come i livelli di anidride carbonica.

Un altro studio ha trovato un collegamento tra i livelli di CO2 e lo stress ossidativo: più alto è il livello di anidride carbonica, più soffriamo dello stress ossidativo, che distrugge le cellule del nostro corpo.

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

Il biossido di carbonio e l'acqua creano una miscela in una bottiglia di soda?

Come può essere collocato così tanto gas in un liquido e perché inizia ad uscire quando il coperchio viene aperto?

L'anidride carbonica, pompata o posta in qualche altro modo in una nave con acqua normale sotto pressione, non forma una "miscela", ma una soluzione chiara. In questa soluzione, il biossido di carbonio è principalmente sotto forma di molecole di CO2, e in parte anche sotto forma di prodotti di interazione chimica di anidride carbonica con cationi idrogeno con carica positiva dell'idrogeno H + e ioni di idrocarbonato caricati negativamente НСО3- e un piccolo numero di molecole di acido carbonico Н2СО3. La quantità di gas disciolto obbedisce alla legge di Henry: maggiore è la pressione parziale del gas (cioè la pressione senza considerare altri gas, inclusa l'aria) al di sopra della soluzione, più gas si dissolve. La costante di Henry per l'anidride carbonica e l'acqua è ben nota. Se, ad esempio, il biossido di carbonio viene rilasciato da un contenitore di acciaio in un sifone da litri con 0,9 litri di acqua (contiene 8,8 g, che è facile da determinare mediante pesatura, il gas al suo interno è sotto pressione allo stato liquido), quindi calcolo secondo la legge di Henry, trasferirà circa l'85% del gas, e il resto rimarrà al di sopra della soluzione sotto forma di gas compresso. La sua pressione parziale sarà di circa 5,5 atm (e un altro 1 atm) di aria che è stata sifonata con acqua prima dell'ingresso di anidride carbonica). Se si riempie il sifone verso l'alto, la pressione sopra l'acqua aumenterà leggermente. A proposito, l'acidità di una soluzione acquosa di CO2 (pH da 3,3 a 3,7, a seconda della pressione) è molto inferiore all'acidità del succo gastrico. Pertanto, anche una soluzione acquosa concentrata di acido carbonico può essere bevuta senza paura. Se si apre un sifone o una bottiglia di acqua gassata, la pressione sopra la soluzione diminuisce bruscamente e diventa uguale all'atmosfera. Allo stesso tempo, in accordo con la stessa legge di Henry, anche la solubilità del gas cala bruscamente, comincerà a risaltare sotto forma di bolle in un liquido, che fluttuerà nell'aria. In questo caso, gli ioni H + e HCO3 si combinano per formare l'acido carbonico H2CO3, che si decompone con il rilascio di CO2 (cioè i processi sono "nella direzione opposta"). E ancora: il costante Henry dipende fortemente dalla temperatura. In acqua calda, la solubilità del biossido di carbonio è molto meno, e in acqua ghiacciata - di più. Se riscaldi una bottiglia stappata con soda, la pressione del gas in essa aumenterà notevolmente.

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

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Tutto su integratori elettronici e cibo

E290 - anidride carbonica

origine:

Categoria additiva:

pericolo:

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L'integratore alimentare E290 (anidride carbonica) è utilizzato nell'industria alimentare come conservante, correttore di acidità e antiossidante. Nella vita di tutti i giorni, l'additivo E290 è meglio conosciuto come anidride carbonica.

In base alle sue proprietà fisiche, il biossido di carbonio è un gas incolore, inodore e con un sapore leggermente aspro. L'additivo E290 può essere sciolto in acqua per formare acido carbonico debole. Formula chimica del biossido di carbonio: CO2.

Su scala industriale, l'anidride carbonica viene prodotta dai gas combusti assorbendola con carbonato di potassio o monoetanolamina. Per questo, una miscela di gas industriali viene fatta passare attraverso una soluzione di carbonato di potassio. L'anidride carbonica viene assorbita da questa soluzione formando un idrocarbonato. Successivamente, la soluzione di bicarbonato viene riscaldata o sottoposta a pressione ridotta, a seguito della quale viene liberato acido carbonico puro da esso.

Inoltre, l'anidride carbonica può essere prodotta in strutture speciali per la separazione dell'aria, come sottoprodotto nell'estrazione di ossigeno puro, argon e azoto.

Nelle quantità di laboratorio, l'anidride carbonica viene prodotta in piccole quantità facendo reagire i carbonati con gli acidi. Ad esempio, durante la reazione di gesso con acido cloridrico si verifica la formazione di acido carbonico instabile, seguita dalla sua decomposizione in anidride carbonica e acqua:

L'anidride carbonica fa parte dell'atmosfera e molte cellule viventi del nostro corpo. Per questo motivo, l'additivo E290 può essere classificato come additivo alimentare relativamente innocuo.

Tuttavia, va ricordato che l'anidride carbonica contribuisce all'assorbimento accelerato di varie sostanze nella mucosa gastrica. Questo effetto si manifesta nella rapida intossicazione dovuta all'uso di bevande alcoliche gassate.

Inoltre, le bevande gassate non sono altro che un debole acido carbonico. Pertanto, il consumo eccessivo di bevande E290 supplementate è controindicato per le persone con malattie dello stomaco e del tratto gastrointestinale (ulcere, gastrite).

Ci sono più "effetti collaterali" innocui degli effetti del biossido di carbonio sul corpo. Quindi, quando si beve bevande gassate, la maggior parte delle persone ha eruttazione e "gonfiore".

C'è un'altra opinione riguardo al danno dell'additivo alimentare E290. Le bevande fortemente gassate possono favorire il "lavaggio" del calcio dalle ossa del corpo.

Nell'industria alimentare, l'anidride carbonica viene utilizzata come conservante E290 nella produzione di bevande alcoliche e non alcoliche. L'acido carbonico formato dalla reazione del biossido di carbonio con l'acqua ha un effetto disinfettante e antimicrobico.

In cottura, l'additivo E290 può essere usato come un lievito per dolci, dando sfogo ai prodotti da forno.

Il biossido di carbonio è ampiamente utilizzato nella produzione di prodotti vinicoli. Regolando la quantità di anidride carbonica nella poltiglia del vino, la fermentazione può essere controllata.

Inoltre, il monossido di carbonio può essere utilizzato come gas protettivo durante lo stoccaggio e il trasporto di vari prodotti alimentari.

Altri usi del biossido di carbonio:

  • nella produzione di saldatura come atmosfera protettiva;
  • in refrigerazione sotto forma di "ghiaccio secco";
  • in sistemi antincendio
  • nella pneumatica delle bombole di gas

L'additivo E290 è consentito per l'uso nell'industria alimentare in quasi tutti i paesi del mondo, tra cui l'Ucraina e la Federazione Russa.

http://dobavkam.net/additives/e290

Sistema di anidride carbonica e acqua carbonatica

Molti acquariofili sono a conoscenza delle raccomandazioni per l'uso di acqua più morbida e più acida rispetto a quella per l'acquario per l'allevamento di pesci. È conveniente usare per questo scopo acqua distillata, morbida e leggermente acida, mescolandola con acqua dell'acquario. Ma si scopre che in questo caso, la durezza dell'acqua di fonte diminuisce in proporzione alla diluizione e il pH rimane quasi invariato. La proprietà per mantenere il valore del pH, indipendentemente dal grado di diluizione, è chiamata buffering. In questo articolo introdurremo i componenti principali dei sistemi tampone dell'acqua dell'acquario: acidità dell'acqua - pH, contenuto di anidride carbonica - CO2, carbonato "durezza" - dKN (questo valore indica il contenuto di ioni di idrocarbonato HCO in acqua3 - ; in idrochimica della pesca, questo parametro è chiamato alcalinità), durezza totale - dGH (per semplicità, si presume che siano solo ioni di calcio - Ca ++). Cerchiamo di discutere la loro influenza sulla composizione chimica dell'acqua naturale e dell'acquario, le effettive proprietà tampone, così come il meccanismo dell'effetto dei parametri in esame sull'organismo di pesce. La maggior parte delle reazioni chimiche discusse in seguito sono reversibili, quindi è importante familiarizzare con le proprietà chimiche delle reazioni reversibili; È conveniente farlo sull'esempio di acqua e pH.

  • 6. CO2 e fisiologia della respirazione dei pesci d'acquario
  • 7. Mini-officina
  • 8. Riferimenti

1. Informazioni sugli equilibri chimici, unità di misura e pH

Sebbene l'acqua sia debole, è ancora un elettrolito, cioè è in grado di dissociarsi, descritto dall'equazione

Questo processo è reversibile, cioè

Da un punto di vista chimico, lo ione idrogeno H + è sempre un acido. Gli ioni capaci di legare, neutralizzare l'acido (H +) sono basi. Nel nostro esempio, questi sono ioni idrossile (OH -), ma nella pratica dell'acquario, come verrà mostrato di seguito, la base dominante è lo ione idrocarbonato HCO3 -, ione carbonato "rigidità". Entrambe le reazioni procedono con percentuali abbastanza misurabili determinate dalla concentrazione: le velocità delle reazioni chimiche sono proporzionali al prodotto delle concentrazioni delle sostanze che reagiscono. Quindi per la reazione inversa della dissociazione dell'acqua H + + OH -> H2Circa la sua velocità sarà espressa come segue:

K - coefficiente di proporzionalità, chiamato costante della velocità di reazione.
[] - parentesi quadre indicano la concentrazione molare di una sostanza, vale a dire il numero di moli di sostanza in 1 litro di soluzione. Una talpa può essere definita come il peso in grammi (o il volume in litri per i gas) di 6 × 10 23 particelle (molecole, ioni) di una sostanza - il numero di Avogadro. Un numero che indica il peso di 6 × 10 23 particelle in grammi è uguale al numero che indica il peso di una molecola in dalton.

Quindi, ad esempio, l'espressione [H2O] indica la concentrazione molare di una soluzione acquosa... di acqua. Il peso molecolare dell'acqua è di 18 dalton (due atomi di idrogeno a 1d, più un atomo di ossigeno di 16d), rispettivamente, 1 mol (1M) H2Circa - 18 grammi. Quindi 1 litro (1000 grammi) di acqua contiene 1000: 18 = 55,56 moli di acqua, vale a dire [H2O] = 55.56M = const.

Poiché la dissociazione è un processo reversibile (H2O - H + + OH -), quindi a condizione che le velocità delle reazioni dirette e inverse siano uguali (Veccetera= Varr), si ottiene uno stato di equilibrio chimico, in cui i prodotti di reazione e i reagenti sono in rapporti costanti e definiti: Keccetera[H2O] = Karr[H +] [HE -]. Se le costanti sono combinate in una parte dell'equazione e i reagenti nell'altra, otteniamo

dove K è anche una costante ed è chiamata la costante di equilibrio.

L'ultima equazione è un'espressione matematica del cosiddetto. la legge di azione delle masse: in uno stato di equilibrio chimico, il rapporto dei prodotti delle concentrazioni di equilibrio dei reagenti è costante. La costante di equilibrio indica le proporzioni dell'equilibrio chimico dei reagenti. Conoscendo il valore di K, si può predire la direzione e la profondità della reazione chimica. Se K> 1, la reazione procede nella direzione in avanti, se K +] [OH -] / [H2O] = 1,8 • 10 -16. Poiché [H2O] = 55.56 = const, quindi può essere combinato con K sul lato sinistro dell'equazione. poi:

L'equazione di dissociazione dell'acqua convertita in una tale forma è chiamata prodotto ionico dell'acqua ed è indicata con Kw. Valore Kw rimane costante a qualsiasi valore delle concentrazioni di H + e OH -, cioè con concentrazione crescente di ioni idrogeno H +, la concentrazione di ioni idrossile - OH - diminuisce e viceversa. Quindi, ad esempio, se [H +] = 10 -6, quindi [OH -] = Kw/ [H +] = (10 -14) / (10 -6) = 10 -8. Ma Kw = (10 -6). (10 -8) = 10 -14 = const. Dal prodotto ionico dell'acqua, ne consegue che nello stato di equilibrio [H +] = [OH -] = √Kw = √1 • 10 -14 = 10 -7 M.

L'unicità della relazione tra la concentrazione di ioni idrogeno e idrossile in una soluzione acquosa consente di utilizzare uno di questi valori per caratterizzare l'acidità o l'alcalinità del mezzo. È consuetudine utilizzare il valore della concentrazione di ioni idrogeno H +. Poiché è scomodo operare con valori dell'ordine di 10 -7, nel 1909, il chimico svedese K.Serenzen propose di usare il logaritmo negativo della concentrazione di ioni idrogeno H + per questo scopo e designò il suo pH, da lat. potentia hydrogeni - il potere dell'idrogeno: pH = -lg [H +]. Quindi l'espressione [H +] = 10 - 7 può essere scritta brevemente come pH = 7. perché Il parametro proposto non ha unità, si chiama misura (pH). La convenienza della proposta di Serenson sembra essere ovvia, ma è stato criticato dai contemporanei per l'insolita relazione inversa tra la concentrazione di ioni di idrogeno H + e il valore di pH: con concentrazione crescente di H +, vale a dire. con l'aumento dell'acidità della soluzione, il valore del pH diminuisce. Dal prodotto ionico dell'acqua, ne consegue che il pH può assumere valori da 0 a 14 con un punto di neutralità di pH = 7. Gli organi del gusto umano iniziano a distinguere il gusto aspro dal valore di pH = 3,5 e inferiore.

Per acquariofilia, l'intervallo di pH è compreso tra 4,5 e 9,5 (sarà considerato solo di seguito) e la seguente scala è tradizionalmente adottata con una divisione di prezzo variabile:

  • pH 8 - alcalino

In pratica, nella maggior parte dei casi, una scala più grossolana con un prezzo di divisione costante è molto più informativa:

  • pH = 5 ± 0,5 - acido
  • pH = 6 ± 0,5 - leggermente acido
  • pH = 7 ± 0,5 - neutro
  • pH = 8 ± 0,5 - leggermente alcalino
  • pH> 8.5 - alcalino

Ambienti con un pH di 9,5 sono biologicamente aggressivi e dovrebbero essere considerati inadatti alla vita degli abitanti dell'acquario. Poiché il pH è un valore logaritmico, una variazione del pH di 1 unità significa una variazione della concentrazione di ioni di idrogeno di 10 volte, un fattore di 2 per 100 volte e così via Una variazione nella concentrazione di H + raddoppia il valore di pH di soli 0,3 unità.

Molti pesci d'acquario tollerano le variazioni di 100 volte (cioè 2 unità di pH) nell'acidità dell'acqua senza particolari danni alla salute. Divisori haratsinovyh e altri cosiddetti. pesce d'acqua dolce, butta i produttori dall'acquario generale (spesso con acqua debolmente alcalina) nella vasca di deposizione delle uova (leggermente acida) e torna indietro senza adattamento intermedio. La pratica mostra anche che la maggior parte degli abitanti di biotopi con acqua acida in cattività si sentono meglio in acqua con un pH di 7,0-8,0. S. Spott considera pH 7,1-7,8 ottimali per un acquario d'acqua dolce.

L'acqua distillata ha un pH di 5,5-6,0 e non il pH atteso = 7. Per affrontare questo paradosso, è necessario conoscere la "famiglia nobile": CO2 e i suoi derivati.

2. CO2 CON COMRADE, PH, E NUOVE UNITÀ DI MISURA

Secondo la legge di Henry, il contenuto di gas di una miscela d'aria in acqua è proporzionale alla sua frazione in aria (pressione parziale) e al coefficiente di assorbimento. L'aria contiene fino allo 0,04% di CO2, che corrisponde alla sua concentrazione fino a 0,4 ml / l. CO Assorbimento Ratio2 acqua = 12,7. Quindi 1 litro di acqua può sciogliere 0,6-0,7 ml di CO2 (ml, non mg!). Per confronto, il suo antipodo biologico è ossigeno, con un contenuto di 20% nell'atmosfera e un coefficiente di assorbimento di 0,05, ha una solubilità di 7 ml / l. Il confronto dei coefficienti di assorbimento mostra che, a parità di altre condizioni, la solubilità di CO2 supera in modo significativo la solubilità dell'ossigeno. Proviamo a capire perché tale ingiustizia.

A differenza di ossigeno e azoto, anidride carbonica - CO2, non è una sostanza semplice, ma un composto chimico: un ossido. Come altri ossidi, interagisce con l'acqua per formare idrati di ossido e, come altri non metalli, il suo idrossido è acido (carbonico):

Di conseguenza, la maggiore solubilità relativa dell'anidride carbonica è dovuta al legame chimico con l'acqua, che non si verifica con l'ossigeno o l'azoto. Considerare attentamente le proprietà acide dell'acido carbonico, applicando la legge dell'azione di massa e tenendo conto che [H2O] = const:

qui K1 e K2 - le costanti di dissociazione dell'acido carbonico in stadio 1 e 2.

Jonah NSO3 - sono chiamati bicarbonati (nella vecchia letteratura, bicarbonati) e ioni CO3 -- - carbonati. Ordine di K1 e K2 suggerisce che l'acido carbonico è un acido molto debole (K1 K2).

Dall'equazione K1 È possibile calcolare la concentrazione di ioni idrogeno H +:

Se esprimiamo la concentrazione di H + in termini di pH, come Henderson e Hasselbalch hanno fatto nel loro tempo per la teoria delle soluzioni tampone, otteniamo:

dove, per analogia con pH, pK1 = -lgК1 = -lg4 • 10 -7 = 6.4 = const. Quindi pH = 6,4 + lg [HCO3 - ] / [CO2]. L'ultima equazione è nota come equazione di Henderson-Hasselbalch. Almeno due importanti conclusioni derivano dall'equazione di Henderson-Hasselbalch. Innanzitutto, per l'analisi del valore di pH, è necessaria e sufficiente conoscenza delle concentrazioni dei componenti di solo CO.2-sistema. In secondo luogo, il valore del pH è determinato dal rapporto delle concentrazioni [HCO3 - ] / [CO2], e non viceversa.

Dal momento che il contenuto di [HCO3 - ] sconosciuto, per calcolare la concentrazione di H + in acqua distillata, è possibile utilizzare la formula adottata in chimica analitica [H +] = √K1[CO2]. Quindi pH = -lg√K1[CO2]. Per stimare il valore di pH a cui siamo interessati, torniamo alle unità di misura. Dalla legge di Henry è noto che la concentrazione di CO2 in acqua distillata è 0,6 ml / l. Espressione [CO2] indica la concentrazione molare (vedi sopra) di anidride carbonica. 1 M CO2 pesa 44 grammi, e in condizioni normali prende un volume di 22,4 litri. Quindi, per risolvere il problema, è necessario determinare quale percentuale di 1M, ad es. da 22,4 litri, portare a 0,6 ml. Se la concentrazione di CO2 espresso non in volume, ma in unità di peso, cioè in mg / l, quindi la frazione desiderata deve essere considerata dal peso molare di CO2 - da 44 grammi. Quindi il valore richiesto sarà:

dove x è il volume (ml / l), y è la concentrazione di peso (mg / l) di CO2. I calcoli più semplici danno un valore approssimativo di 3 • 10 -5 M CO2 o 0,03 mM. poi

che è coerente con i valori misurati.

Dall'equazione di Henderson-Hasselbalch, si può vedere come il valore del pH dipende dal rapporto [HCL3 - ] / [CO2]. Approssimativamente possiamo supporre che se la concentrazione di un componente supera la concentrazione dell'altro di 100 volte, allora quest'ultimo può essere trascurato. Quindi con [NSO3 - ] / [CO2] = 1/100 pH = 4,5, che può essere considerato il limite inferiore per CO2-sistema. Valori di pH più bassi sono dovuti alla presenza di altri acidi minerali, come il solforico, l'idroclorico, piuttosto che il carbonico. Con [NSO3 - ] / [CO2] = 1/10, pH = 5,5. Con [NSO3 - ] / [CO2] = 1 o [NSO3 - ] = [CO2], pH = 6,5. Con [NSO3 - ] / [CO2] = 10, pH = 7,5. Con [NSO3 - ] / [CO2] = 100, pH = 8,5. Si ritiene che a pH> 8,3 (il punto di equivalenza di fenolftaleina) l'anidride carbonica libera in acqua sia praticamente assente.

3. EQUILIBRIO DI ACQUA E CARBONIO NATURALE

In natura, umidità atmosferica, saturo di CO2 aria e caduta con le precipitazioni, filtrata attraverso la crosta geologica degli agenti atmosferici. È considerato che là, interagendo con la parte minerale della crosta di alterazione causata dagli agenti atmosferici, è arricchito nel cosiddetto. ioni tipomorfici: Ca ++, Mg ++, Na +, SO4 --, Сl - e forma la sua composizione chimica.

Tuttavia, i lavori di V.I. Vernadsky e B. B. Polynov ha dimostrato che la composizione chimica delle acque superficiali e sotterranee di regioni con un clima umido e moderatamente umido è formata principalmente dal suolo. L'influenza della crosta degli agenti atmosferici è associata alla sua età geologica, vale a dire con un grado di lisciviazione. I residui vegetali in decomposizione sono forniti a CO2, NSO3 - ed elementi di cenere in una proporzione corrispondente al loro contenuto in materia vegetale vivente: ceneri> Na> Mg. È curioso che in quasi tutto il mondo l'acqua potabile utilizzata in aquriumistics contenga anche HCO bicarbonato come anione dominante.3 -, e tra i cationi, Ca ++, Na +, Mg ++, spesso con alcuni Fe. E le acque superficiali dei tropici umidi sono generalmente sorprendentemente uniformi nella composizione chimica, differendo solo nel grado della loro diluizione. La durezza di tali acque raggiunge raramente valori (8 ° dGH), di solito fino a 4 ° dGH. A causa del fatto che in tali acque [CO2] = [HCO3 - ], hanno una debole reazione acida e un pH di 6.0-6.5. L'abbondanza di letti di foglie e la sua distruzione attiva con una grande quantità di precipitazioni può portare ad un contenuto molto elevato di CO in tali acque.2 e sostanze umiche (acidi fulvici) nella quasi completa assenza di elementi di cenere. Questi sono i cosiddetti. "Acque nere" dell'Amazzonia, in cui il valore del valore pH può scendere a 4,5 e in aggiunta mantenere il cosiddetto. tampone umido.

Sulla manutenzione CON2 nelle acque naturali influisce sulla loro mobilità. Quindi nelle acque fluenti di CO2 è contenuto in una concentrazione di 2-5 mg / l (fino a 10), mentre nelle acque stagnanti di paludi e stagni questi valori raggiungono un valore di 15-30 mg / l.

Nelle regioni di vegetazione aride e povere, la formazione della composizione ionica delle acque superficiali è influenzata in modo significativo dall'età geologica delle rocce che compongono la crosta degli agenti atmosferici e dalla loro composizione chimica. In essi, il pH e le proporzioni degli ioni tipomorfici saranno diversi da quelli indicati sopra. Di conseguenza, l'acqua si forma con un contenuto significativo di SO4 - e Сl -, e dai cationi Na + con una percentuale significativa di Mg ++ può prevalere. Aumento del contenuto di sale totale - mineralizzazione. A seconda del contenuto di idrocarbonati, il valore pH di tali acque varia in media da pH 7 ± 0,5 a pH 8 ± 0,5 e la durezza è sempre superiore a 10 ° dGH. In acque alcaline stabili, a pH> 9, i cationi principali saranno sempre Mg ++ e Na + con un contenuto di potassio apprezzabile, poiché il Ca ++ precipita sotto forma di calcare. A questo proposito, le acque della Grande Rift Valley africana, che è caratterizzata dal cosiddetto. salinizzazione della soda. Allo stesso tempo, anche le acque di giganti come il Lago Vittoria, il Malawi e il Tanganica sono caratterizzate da un'elevata mineralizzazione e un così alto contenuto di idrocarbonati che la "durezza" del carbonato nelle loro acque supera la durezza totale: dKH> dGH.

CO contenuto nell'acqua2 e i suoi derivati, bicarbonati e carbonati, sono interconnessi dal cosiddetto. equilibrio di anidride carbonica:

In quelle regioni dove la crosta degli agenti atmosferici è giovane e contiene calcare (CaCO3) L'equilibrio di biossido di carbonio è espresso dall'equazione

Applicando a questa equazione la legge di azione delle masse (vedi sopra) e tenendo conto che [H2O] = const e [CaCO3] = const (fase solida), otteniamo:

dove kCO2 - costante di equilibrio di anidride carbonica.

Se le concentrazioni di sostanze attive sono espresse in millimoli (mM, 10 -3 M), alloraCO2 = 34,3. Dall'equazione KCO2 idrocarbonato di instabilità visibile: in assenza di CO2 vale a dire con [CO2] = 0, l'equazione non ha senso. In assenza di anidride carbonica, i bicarbonati si decompongono in CO.2 e acqua alcalinizzata: HCO3 - → HE - + WITH2. Contenuto di CO gratuito2 (per l'acqua "senza vita" è molto insignificante), che garantisce la sostenibilità di una data concentrazione di bicarbonati a pH costante, si chiama equilibrio biossido di carbonio - [CO2]r. È associato sia al contenuto di anidride carbonica nell'aria che a dKH di acqua: con un aumento di dКН, la quantità di [CO2]r. Contenuto di CO2 in acque naturali, di regola, è vicino all'equilibrio, ed è questa caratteristica di questi, e non i valori di dKH, dGH e pH, che più spesso distingue lo stato delle acque naturali dall'acqua dell'acquario. Risoluzione dell'equazione kCO2 relativamente CON2, È possibile determinare la concentrazione di biossido di carbonio all'equilibrio:

Poiché i concetti di durezza totale, "durezza" di carbonato e acidità sono cult nell'acquarismo d'acqua dolce, è interessante notare che le equazioni:

combinali in un unico sistema. Dividere KCO2 su K1 otteniamo l'equazione generalizzata:

Ricordiamo che [H +] e pH sono inversamente proporzionali. Quindi l'ultima equazione mostra che i parametri: dGH, dKH e pH sono direttamente proporzionali. Ciò significa che in uno stato vicino all'equilibrio del gas, un aumento della concentrazione di un componente porterà ad un aumento della concentrazione degli altri. Questa proprietà è chiaramente visibile confrontando la composizione chimica delle acque naturali di diverse regioni: le acque più tenaci sono caratterizzate da valori più elevati di pH e dKH.

Per i pesci, il contenuto ottimale di CO2 fa 1-5mg / l. Concentrazioni superiori a 15 mg / l sono pericolose per la salute di molte specie di pesci d'acquario (vedi sotto).

Quindi, dal punto di vista del bilancio di biossido di carbonio, il contenuto di CO2 in acque naturali sempre vicino a [CO2] p.

4. INFORMAZIONI SULL'ACQUARIO DELL'ACQUARIO E LA PRODUZIONE DELLA SOLUBILITÀ

L'acqua dell'acquario non è l'equilibrio in termini di CO2 in linea di principio. Misura di anidride carbonica mediante CO2-test consente di determinare il biossido di carbonio totale - [CO2]società, il cui valore, di norma, supera la concentrazione di biossido di carbonio all'equilibrio - [CO2]società> [CO2]r. Questo eccesso è chiamato anidride carbonica non di equilibrio - [CO2]ner. poi

Entrambe le forme di anidride carbonica, sia di equilibrio che di non equilibrio, non sono misurabili, ma solo parametri calcolati. È l'anidride carbonica non di equilibrio che fornisce la fotosintesi attiva delle piante acquatiche e, d'altra parte, può creare problemi nel mantenere certe specie di pesci. In un acquario ben bilanciato, le fluttuazioni giornaliere naturali nel contenuto di anidride carbonica non portano a una diminuzione della sua concentrazione sotto [CO2]r e non superare le capacità del buffer d'acqua dell'acquario. Come verrà mostrato nel prossimo capitolo, l'ampiezza di queste oscillazioni non dovrebbe superare ± 0,5 [CO2]r. Ma con un aumento del contenuto di anidride carbonica superiore a 0,5 [CO2]r, la dinamica dei componenti dichiarati CON2-i sistemi - dGH, dKH e pH, saranno molto diversi dal naturale: la durezza totale (dGH) in tale situazione aumenta sullo sfondo di valori di pH e dКН in calo. È questa situazione che può distinguere fondamentalmente l'acqua dell'acquario dall'acqua naturale. Un aumento di dGH si verifica a seguito della dissoluzione del terreno calcareo. In tale acqua, i processi vitali di scambio di gas nel corpo dei pesci possono essere impediti, in particolare - la rimozione di CO2, e i processi di risposta patologica emergenti spesso portano a errori nella valutazione della situazione (vedi sotto). Negli acquari di barriera marina tale acqua può sciogliere CaCO appena precipitato3 scheletro di corallo duro, compreso il sito di lesione, che può portare al distacco del corpo polipo dallo scheletro e alla morte dell'animale durante il benessere dell'acquario secondo altri parametri.

Con un'abbondanza di piante acquatiche, una situazione è possibile quando [CO2]società ++ +CO3 -- (RR). Applicando la legge di azione delle masse, otteniamo: [Ca ++] [CO3 -- ](RR)/ [CaCO3](Solid).= K Perché [CaCO3](Solid).= const (fase solida), quindi [Ca ++] [CO3 -- ](RR)= K perché l'ultima equazione caratterizza la capacità di una sostanza di dissolversi, quindi un tale prodotto di concentrazioni di ioni sature di sostanze appena solubili è stato chiamato un prodotto di solubilità - PR (confrontare con il prodotto ionico dell'acqua Kw).

OLCaCO3 = [Ca ++] [CO3 -- ] = 5 • 10 -9. Come il prodotto ionico dell'acqua, PRCaCO3 rimane costante indipendentemente dai cambiamenti nella concentrazione di ioni calcio e carbonati. Quindi, se il calcare è presente nel terreno dell'acquario, gli ioni carbonati saranno sempre presenti nell'acqua in una quantità determinata dal PRCaCO3 e rigidità complessiva:

In presenza di anidride carbonica non di equilibrio in acqua, si verifica la seguente reazione:

che abbassa la concentrazione satura di ioni di carbonato [CO3 -- ]. Di conseguenza, in conformità con il prodotto di solubilità, quantità compensative di CO fluiranno nell'acqua.3 -- da caso3, vale a dire calcare inizierà a dissolversi. Dal momento che sb2+H2O = H + + NSO3 -, il significato dell'equazione sopra può essere formulato più precisamente: CO3 -- +H + = NSO3 -. L'ultima equazione dice che i carbonati nell'acqua secondo il PRCaCO3, neutralizzare l'acido (H +) formato dalla dissoluzione di CO2, per cui il pH dell'acqua rimane invariato. Quindi, siamo arrivati ​​gradualmente al punto in cui abbiamo iniziato la conversazione:

5. SISTEMA DI BUFFER DI CARBONATO

Le soluzioni sono chiamate buffer se possiedono due proprietà:

A: Il valore pH delle soluzioni non dipende dalla loro concentrazione o dal grado della loro diluizione.

B: Aggiungendo acido (H +) o alcali (OH -), il loro valore di pH cambia poco, fino a quando la concentrazione di uno dei componenti della soluzione tampone cambia di oltre la metà.

Queste proprietà hanno soluzioni costituite da un acido debole e dal suo sale. Nella pratica dell'acquario, questo acido è diossido di carbonio, e il suo sale dominante è il bicarbonato di calcio - Ca (HCO3)2. D'altra parte, l'aumento di CO2 sopra l'equilibrio equivale ad aggiungere acido all'acqua - H +, e abbassare la sua concentrazione al di sotto dell'equilibrio equivale ad aggiungere alcali - OH - (decomposizione dei bicarbonati - vedi sopra). La quantità di acido o alcali che deve essere aggiunta alla soluzione tampone (acqua dell'acquario) in modo che il valore del pH venga modificato di 1 unità è chiamata capacità tampone. Da ciò consegue che il pH dell'acqua dell'acquario inizia a cambiare prima che la sua capacità tampone sia esaurita, ma dopo che la capacità tampone è esaurita, il pH cambia già equivalente alla quantità di acido introdotta, o alcali. La base del sistema tampone è il cosiddetto. Principio di Le Chatelier: l'equilibrio chimico è sempre spostato nella direzione opposta all'effetto applicato. Considera le proprietà dei sistemi di buffer A e B.

A. L'indipendenza del pH delle soluzioni tampone sulla loro concentrazione è derivata dall'equazione di Henderson-Hasselbalch: pH = pK1 +lg [HCO3 - ] / [CO2]. Quindi a diverse concentrazioni di HCO3 - e CO2 il loro atteggiamento [HCO3 - ] / [CO2] potrebbe non essere cambiato. Ad esempio, [HCO3 - ] / [CO2] = 20/8 = 10/4 = 5/2 = 2,5 / 1 = 0,5 / 0,2 = 2,5, - cioè, acque diverse, che differiscono nel valore della "durezza" del carbonato e del contenuto di CO2, ma contenendoli nella stessa proporzione si avrà lo stesso valore di pH (vedi anche cap.2). Tali acque differiranno sicuramente nella loro capacità tampone: maggiore è la concentrazione dei componenti del sistema tampone, maggiore è la sua capacità tampone e viceversa.

Gli acquariofili incontrano questa proprietà dei sistemi tampone, di solito durante i periodi di alluvione primaverile e autunnale, se le stazioni di presa dell'acqua vengono fornite con acqua superficiale piuttosto che artesiana. Durante tali periodi, la capacità tampone dell'acqua può diminuire in misura tale che alcune specie di pesci non sopportano il tradizionale atterraggio denso. Poi iniziano a comparire storie di malattie misteriose, per esempio scalari o spade e contro cui tutte le medicine sono impotenti.

B. Puoi parlare di tre sistemi di buffer dell'acqua dell'acquario, ognuno dei quali è stabile nel suo range di pH:

2. pH = 8,3 NSO3 - tampone bicarbonato

Considera la proprietà B in due versioni: var. B1 - con aumento del contenuto di CO2 e var. B2 - mentre riduce il suo contenuto.

B1. Concentrazione di CO2 aumenta (atterraggio stretto, acqua molto vecchia, sovralimentazione).

Proprietà acide di CO2 manifestare nella formazione di ioni idrogeno H + quando interagisce con l'acqua: CO2+H2О → Н + + НСО3 -. Quindi aumentando la concentrazione di CO2 equivalente ad un aumento della concentrazione di ioni idrogeno H +. Secondo il principio di Le Chatelier, ciò porterà alla neutralizzazione di H +. In questo caso, i sistemi buffer funzionano come segue.

Carbonato Buffer 3: in presenza di terreno carbonato, gli ioni idrogeno saranno assorbiti dai carbonati presenti nell'acqua: H + + CO3 -- → NSO3 -. La conseguenza di questa reazione sarà la dissoluzione di CaCO3 terra (vedi sopra).

Tampone bicarbonato 1 - 2: dalla reazione di H + + HCO3 - → CO2↑ + H2A. La stabilità del pH sarà ottenuta riducendo la "durezza" del carbonato di dKH e rimuovendo la CO risultante2 - sia a causa della fotosintesi, sia a causa della sua diffusione nell'aria (con aerazione adeguata).

Se la fonte di eccesso di CO2 non sarà eliminato, con una diminuzione del valore di dKH due volte rispetto a quella iniziale, il pH dell'acqua inizierà a diminuire con una concomitante diminuzione della capacità tampone e un aumento della durezza totale. Quando il valore del pH diminuisce di 1 unità, la capacità del sistema tampone sarà esaurita. A pH = 6,5, il contenuto dei bicarbonati rimanenti [HCO3 - ] = [CO2], ea pH - → H + + CO3 --. Quindi dopo la diminuzione del contenuto

CO2, anche la proporzione di idrocarbonati sarà proporzionalmente ridotta e il valore del rapporto [NSO3 - ] / [CO2] rimangono costanti (vedi proprietà A, equazione di Henderson-Hasselbalch). Quando il contenuto di biossido di carbonio scende al di sotto di 0,5 [CO2]r, il valore del pH inizierà ad aumentare e potrebbe aumentare fino a pH = 8,3. Al raggiungimento di questo valore, il tampone bicarbonato 1 esaurisce le sue capacità, poiché in tale acqua CO2 praticamente assente.

Tampone bicarbonato 2 mantiene il valore pH = 8.3. Questa cifra segue dalla formula [H +] = √К1K2, dove k1 e K2 - 1a e 2a costanza di dissociazione dell'acido carbonico (vedi sopra). poi:

ie Il valore del pH di qualsiasi soluzione di idrocarbonato è costante, non supera il pH = 8,3 ed è una conseguenza della natura molto chimica di queste sostanze.

In assenza di CO2 gli idrocarburi sono scomposti dall'equazione:

NSO3 - → CO2+OH - alcalinizzazione dell'acqua e messa in evidenza di CO2, quali piante consumano. Ma lo stesso bicarbonato neutralizza OH - secondo lo schema: IVA3 - → CO3 -- +H +; e H + + OH - → H2R. Pertanto, il valore del pH sarà mantenuto stabile, il che riflette l'equazione di riepilogo:

La stabilità del pH viene nuovamente ottenuta riducendo la quantità di bicarbonati, vale a dire abbassando la capacità tampone dell'acqua. Tuttavia, il test dell'acquario dKN non avverte questa diminuzione a causa delle caratteristiche del metodo di analisi stesso.

Poiché lo ione bicarbonato ha la capacità di dissociare sia il tipo acido che quello basico, cioè: HCO3 - → H + + CO3 -- e NSO3 - → HE - + WITH2, Questo "durezza" di carbonato (contenuto di idrocarburi) è anche un sistema tampone.

L'introduzione artificiale di bicarbonati nell'acqua (di solito sotto forma di bicarbonato di sodio) è talvolta praticata quando i ciclidi dei Grandi Laghi africani sono tenuti nel commercio di acquari marini. In questo caso vengono implementate due strategie: un aumento della capacità tampone dell'acqua dell'acquario e un aumento del valore pH a 8.3.

Se la quantità di CO2 in acquario l'acqua diminuirà ulteriormente, quindi quando il suo contenuto sarà dimezzato rispetto a quello di equilibrio, il pH dell'acqua inizierà ad aumentare. Quando il valore del pH sale sopra il pH = 8,3, l'anidride carbonica dell'acqua scompare e il carbonio inorganico è rappresentato solo da bicarbonati e carbonati.

Carbonato Buffer 3. Quando il carbonato supera la concentrazione corrispondente al prodotto di solubilità [CO3 -- ] = PRCaCO3/ [Ca ++], i cristalli di CaCO si formeranno nell'acqua3. Dal momento che il principale e unico consumatore di CO2 in un acquario d'acqua dolce si trovano piante acquatiche, quindi i processi in questione si verificano prevalentemente sulla superficie della foglia verde. Con un aumento del pH> 8,3, la superficie delle foglie mature inizierà a ricoprirsi di una crosta di lime, che è un substrato notevole per la crescita delle alghe. Carbonati CO leganti3 --, formando CaCO3 mantiene anche la stabilità del pH. Tuttavia, in assenza di ioni Ca ++ (in acqua molto tenera), con fotosintesi attiva, un aumento della concentrazione di carbonati aumenterà il valore del pH a causa dell'idrolisi dei carbonati: CO3 -- +H2О → ОН - + НСО3 -.

Con un aumento del valore del pH di 1 unità, rispetto a quello iniziale, la capacità tampone dell'acqua sarà esaurita e con il calo continuo del contenuto di CO2, Il valore del pH può salire rapidamente a un pH rischioso> 8,5. Di conseguenza, il calo di CO2 nell'acqua dell'acquario, aumenterà il valore del pH con una leggera diminuzione della durezza totale. In tale acqua (come fortemente non di equilibrio, come nell'opzione B1), molti pesci d'acqua dolce si sentiranno molto a disagio.

Pertanto, il sistema tampone carbonato dell'acqua combina i tradizionali parametri idrochimici dell'acquario: durezza totale e carbonatica, pH e contenuto di CO.2. Tra dGH - pH - dKH - CO2 il parametro più conservativo è dGH e il più volatile è CO2. In base al grado di cambiamento di dGH, pH e soprattutto dKH rispetto all'acqua di rubinetto, ventilata, si può giudicare il grado di intensità dei processi di respirazione e fotosintesi in un acquario. L'esaurimento della capacità del serbatoio di accumulo dell'acqua dell'acquario, sia nell'uno che nell'altro senso, cambia quindi la sua capacità di assorbire CO2, che è questa proprietà che spesso la trasforma in forte non-equilibrio in termini di CO2 e radicalmente diverso dal naturale. Cambiamenti nella capacità dell'acqua dell'acquario di assorbire CO esalato dai pesci2, può superare le capacità fisiologiche del corpo di pesce per la sua rimozione. Poiché ciò influisce sulla salute della popolazione ittica dell'acquario, è necessario conoscere le caratteristiche degli effetti fisiologici della CO2 sul corpo del pesce.

© Alexander Yanochkin, 2005
© Aqua Logo, 2005

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