Нестандартные аквариумы
Аквариумы на заказ Продажа аквариумов Оформление аквариума Продажа рыбок Аквариумный Форум
аквариум главная
О нас
Схема проезда
О компании
Магазин
Оптовикам
Полезности
Книги по аквариумистике
Аквариумные статьи
Аквариумные путешествия
Аквариумы
Изготовление аквариумов
Обслуживание аквариумов
Аквариумное оборудование
Рыбки и беспозвоночные
Пресноводные рыбы
Пресноводные беспозвоночные
Аквариумные растения
Морские рыбы
Морские беспозвоночные
Кораллы
 

Книги по аквариумистике

И. Г. Хомченко, А. В. Трифонов, Б. Н. Разуваев. "Современный аквариум и химия". г. Москва, "Новая волна".

О ВОДЕ И ДРУГИХ ЭЛЕКТРОЛИТАХ

(часть 2)

Еще одно свойство воды, играющее важную роль в гидрохимии аквариума, — электролитическая диссоциация, т. е. распад молекул на заряженные частицы называемые ионами. При распаде одной молекулы воды образуется два иона; катион (положительно заряженный ион) водорода и анион (отрицательно заряженный ион) гидроксид: 

H2O = H+ + OH

Данный процесс является обратимым, т. е. протекает как в прямом, так и в обратном направлениях. В результате этого обратимого процесса устанавливается равновесное состояние. При равновесии число молекул, распадающихся на ионы, равно числу молекул, образующихся из ионов.

Вещества, распадающиеся на ионы, называются электролитами. К ним относится вода. В дальнейшем мы расскажем и о других электролитах.

Важно отметить, что распаду на ионы подвергается лишь небольшая часть молекул воды (этот электролит является слабым в отличие от сильных, у которых практически все молекулы распадаются на ионы). Известно, что при температуре 22oС из 556 млн. молекул воды лишь одна находится в диссоциированном состоянии. Однако, учитывая малые размеры молекул и ионов, можно легко рассчитать, что в одном кубическом миллиметре воды содержится около 60 млрд. ионов H+ и столько же ионов ОН. Это уже внушительное число. В связи с этим процесс диссоциации воды имеет важное значение в гидрохимических процессах.

Установлено, что в воде, а также в водных растворах различных веществ, произведение концентрации ионов водорода c(H+) (в моль/л) и концентрации гидроксид-ионов c(ОН) есть величина постоянная. Мы будем обозначать эту величину KE и называть ионным произведением воды: 

                                                         KE = c(H+) • c(ОН−)                                                                          (6)

Значение КE  зависит от температуры. При температуре 22оС  КE = 1014.  При переходе от чистой воды к водным растворам (в том числе и к аквариумной воде) значение КE сохраняется. Если при растворении в воде каких—либо веществ увеличивается концентрация ионов водорода c(H+), то концентрация гидроксид-ионов c(ОН) уменьшается до такого значения, чтобы произведение оставалось постоянным. Значение постоянной КE используется в различных расчетах, связанных со свойствами аквариумной воды. С такими расчетами мы познакомимся в других разделах книги.

Кроме воды существует большое число веществ, относящихся к электролитам, т. е. диссоциирующих на ионы в водном растворе. К электролитам относятся кислоты (неорганические и органические), щелочи и соли.    www.adh.ru

При электролитической диссоциации кислот образуются ионы водорода и различные анионы (кислотные остатки), например:

HCl

 

=

H+

+

     Cl

Соляная кислота (хлороводородная)

Катион водорода

Хлорид-ион (кислотный остаток)

Аналогично диссоциируют и некоторые органические кислоты:

СH3COOH

 

=

H+

+

 

CH3COO

Уксусная кислота

 

Катион водорода

Ацетат-ион (кислотный остаток)

Назовем еще некоторые распространенные кислоты, с которыми может встретиться аквариумист — любитель в своей практике.

Неорганические (минеральные) кислоты:

азотная кислота

HNO3

серная кислота

H2SO4

фосфорная (оротофосфорная) кислота

H3PO4

угольная кислота

H2СO3

борная кислота

H3BO3

 

Органические кислоты:

щавелевая кислота

H2C2O4

муравьиная кислота

HCOOH

аминоуксусная кислота (глицин)

H2N — CH2 — COOH

Следующий тип электролитов — основания, при диссоциации которых образуются катионы металлов и гидроксид-анионы ОН‾. Важное практическое значение имеют хорошо растворимые в воде основания — щелочи: NaOH — гидроксид натрия и КОН — гидроксид калия. Вот, например, уравнение диссоциации КОН: 

KOH       =       K+

 

+      OH

Катион калия

 

Гидроксид— ион

К щелочам относится также водный раствор газа аммиака (иногда этот раствор называют гидроксидом аммония; медицинское название — нашатырный спирт), формулу которого записывают как NH3H2O или МН4ОН:

NH4OH       =       NH4+

 

+       ОН

Катион аммония

 

Гидроксид-ион

Наконец, еще одну группу электролитов составляют соли. При диссоциации солей образуются катионы металлов (или аммония) и анионы кислотных остатков. Например, всем хорошо известный хлорид натрия (обычная поваренная соль):

NaCl       =       Na+

 

+       Cl

Катион натрия

 

Хлорид- анион

Другой пример — Fe2(SO4)3 — сульфат железа (III) (цифра в скобках указывает степень окисления железа, в которой оно входит в состав соединения):

Fe2(SO4)3       =       2Fe2+

 

+       3SO42−

Катион железа (III)

      Сульфат - анион

Чтобы ориентироваться в многообразии солей, многие из которых используются в аквариумной технике, надо знать их названия, которые даются по аниону (кислотному остатку), входящему в состав соли. Такие названия приведены в табл. 3. В этой же таблице приводятся устаревшие названия, которые не используются в современной литературе, однако применяются в торговых организациях и встречаются на упаковках химических реактивов.

Кроме обычных (так называемых средних) существуют и другие типы солей. Например, кислые соли, которые диссоциируют как соль и кислота. К таким солям относится гидрокарбонат натрия NaHCO3 (питьевая сода):

NaHCO3       =       Na+

 

+       HCO3

Катион натрия

 

 Гидрокарбонат-анион

 

 

 

HCO3       =       H+

 

+       CO32−

Катион водорода

 

  Карбонат-анион

Важную роль в гидрохимии аквариума играют гидрокарбонат кальция Ca(HCO3)2 и гидрокарбонат магния Mg(HCO3)2, о которых мы будем подробно говорить в дальнейшем.

Некоторые кислоты (фосфорная и др.) образуют два типа кислых солей: K2HPO4— гидрофосфат калия и KH2PO4— дигидрофосфат калия.

Таблица 3  Названия наиболее распространенных анионов и солей

Анион

Современное название аниона

Устаревшее название аниона

Пример соли

Современное название соли

f

Фторид

Фтористый

KF

Фторид калия

Cl

Хлорид

Хлористый

ВаCl2

Хлорид бария

Br

Бромид

Бромистый

KBr

Бромид калия

I

Йодид

Йодистый

NaJ

Йодид натрия

S2

Сульфид

Сернистый

FeS

Сульфид железа (II)

SO32

Сульфит

Сернистокислый

Na2SO4

Сульфит натрия

SO42

Сульфат

Сернокислый

CuSO4

Сульфат меди (II)

NO4

Нитрит

Азотистокислый

KNO2

Нитрит калия

NO3

Нитрат

Азотнокислый

KNO3

Нитрат калия

CN

Цианид

Цианистый

KCN

Цианид калия

NCS

Тиоцианат

Роданистый

KNCS

Тиоцианат калия

SiO32

Силикат

Кремнекислый

Na2SiO3

Силикат натрия

CO32

Карбонат

Углекислый

CaCO3

Карбонат кальция

PO43

Фосфат

Фосфорнокислый

K3PO4

Фосфат калия

OCl

Гипохлорит

Хлорноватистокислый

NaOCl

Гипохлорит натрия

ClO3

Хлорат

Хлорноватокислый

KClO3

Хлорат кадия

ClO4

Перхлорат

Хлорнокислый

KClO4

Перхлорат калия

MnO4

Перманганат

Марганцевокислый

KMnO4

Перманганат калия

CrO42

Хромат

Хромовокислый

Na2CrO4

Хромат натрия

Cr2O72

Дихромат

Двухромовокислый

K2Cr2O7

Дихромат кадия

AsO43

Арсенат

Мышьяковокислый

Na3AsO4

Арсенат натрия

MoO42

Молибдат

Молибденовокислый

(NH4)2MoO4

Молибдат аммония

TiO32

Титанат

Титановокислый

K2TiO3

Титанат калия

 

Аквариумист  может встретиться с двойными солями, например, с алюмокалиевыми квасцами (сульфатом калия-алюминия) KAl(SO4)2, при диссоциации которых образуются катионы двух металлов:

KAl(SO4)2 = K+ + А13+ + 2SO42−

Наконец, надо сказать еще об одной разновидности солей. Это — кристаллогидраты, вещества, удерживающие воду в твердом состоянии. Многие читатели наверняка знакомы с таким соединением как медный купорос. Он относится к кристаллогидратам: CuSO4 • 5H2O (точка в формуле означает химическое соединение воды с солью). При растворении, вода отщепляется от сульфата меди (II), и он диссоциирует на ионы как обычная соль:

CuSO4 = Cu2+ + SO42−

При нагревании кристаллогидратов вода отщепляется от них:

CuSO4 • 5H2O

нагревание

CuSO4 + 5H2O;

вещество  голубого цвета

 

вещество белого цвета

       

Многие вещества (не только соли, но и некоторые кислоты) чаще встречаются в виде кристаллогидратов. При использовании этих соединений для приготовления растворов многие делают ошибку в расчетах, не учитывая воду, входящую в состав вещества. Как надо правильно делать расчёт, мы покажем на примере.

Пример. Для приготовления раствора требуется 12 г сульфата меди (II) CuSO4. Рассчитайте массу кристаллогидрата CuSO4 • 5H2O, который может заменить требуемый сульфат меди (II).

Решение. Рассчитываем молярную массу сульфата меди (II):  

Mr(CuSO4) = Ar(Cu) + Ar(S) + 4Ar(O);           Mr(CuSO4) = 64 + 32 + 4 • 16= 160.

Молярная мacca равна: M(CuSO4) = 160 г/моль. Для кристаллогидрата CuSO4 • 5H2O(кр) получаем:

Mr(кр) = Mr(CuSO4) + 5 • Mr(H2O);              Mr(кр) = 160 + 5 • 18 = 250.

Следовательно, молярная масса кристаллогидрата будет равна: Mr(кр) = 250 г/моль.

Массу требуемого кристаллогидрата можно рассчитать, используя соотношение:  

m(кр)

=  

M(кр)  

m(CuSO4) M(CuSO4)

Отсюда получаем:  

m(кр) =    M(кр) •m(CuSO4) ;
M(CuSO4
m(кр)  = 12 г • 250 г/моль   = 18,75г.  
160 г/моль  

Таким образом, для приготовления раствора вместо 12 г CuSO4 необходимо взять 18,75 г CuSO4 • 5H2O.  При этом надо учесть, что воды в качестве растворителя надо взять меньше на 18,75 г — 12 г = 6,75 г.

При использовании различных электролитов в качестве добавок в аквариумную воду (также при изготовлении лечебных растворов, удобрений и других растворов) необходимо знать растворимость веществ в воде. Растворимость можно определить по справочникам, а в простейших случаях удобно пользоваться таблицей растворимости солей и оснований в воде (табл. 4).

Анализируя табл. 4, следует обратить внимание на вещества, напротив которых стоит символ «н» (практически нерастворимые). Не следует понимать, что эти вещества вообще не растворяются в воде. Рассмотрим, например, сульфат свинца PbSO4, относящийся к группе малорастворимых соединений. Действительно, если вы возьмете достаточно концентрированные растворы хорошо растворимых солей Pb(NO3)2 и Na2SO4 и сольете вместе, то образуется осадок, состоящий из сульфата свинца:

Pb(NO3)2 + Na2SO4 = PbSO4 + 2NaNO3

Однако небольшая часть PbSO4 остается в растворе: в 100 мл воды может растворяться 4,55 мг этой соли — достаточно, чтобы оказывать существенное влияние на обитателей аквариума и гидрохимические процессы в нем.

Таблица 4   Растворимость солей и оснований в воде

Анионы

Катионы

OH

F

Cl

Br

J

S

SO32‾‾

SO42‾‾

NO32‾‾

PO43

CO32‾‾

SiO32‾‾

CH3COO‾‾

Ag+

-

р

н

н

н

н

н

м

р

н

н

н

р

Al3+

н

м

р

р

р

-

-

р

р

н

-

н

м

Ва2+

р

м

р

р

р

р

н

н

р

н

н

н

р

Са2+

м

н

р

р

р

м

н

м

р

н

н

н

р

Cd2+

н

р

р

р

р

н

н

р

р

н

н

н

р

Co2+, Ni2+

н

р

р

р

р

н

н

р

р

н

н

н

р

Cr3+

н

н

р

р

р

-

-

р

р

н

-

н

р

Cu2+

н

н

р

р

р

н

н

р

р

н

н

н

р

Fe2+

н

н

р

р

р

н

н

р

р

н

н

н

р

Fe3+

н

н

р

р

р

-

-

р

р

н

н

н

р

Hg2+

-

-

р

м

н

н

н

р

р

н

н

-

р

Mg2+

м

н

р

р

р

р

н

р

р

н

н

н

р

Mn2+

н

м

р

р

р

н

н

р

р

н

н

н

р

Na+, К+

р

р

р

р

р

р

р

р

р

р

р

р

р

NH4+

-

р

р

р

р

-

р

р

р

р

р

-

р

Pb2+

н

н

м

м

н

н

н

н

р

н

н

н

р

Sn2+

н

р

р

р

р

н

-

р

-

н

-

-

р

Zn2+

н

м

р

р

р

н

н

р

р

н

н

н

р

  Примечание:  р — растворимое вещество (в 100 г воды более 1 г вещества), м — мало растворимое вещество (в 100 г воды растворяется от 0,1 г до 1 г вещества), н — практически нерастворимое вещество (в 100 г воды растворяется менее 0,1 г вещества). Символ «-» означает, что вещество не существует или разлагается водой.

Растворяясь в очень небольшой степени, малорастворимые (и «практически нерастворимые») вещества быстро образуют насыщенный раствор и практически полностью диссоциируют на ионы. Для характеристики растворимости таких веществ используется величина, называемая произведением растворимости (ПР), которая представляет собой произведение концентраций ионов (в моль/л) в насыщенном растворе данной соли. Например, для хлорида свинца РbС12bС12 = Рb2+ + 2Cl‾‾) произведение растворимости запишется так:

ПР(РbCl2) = c(Рb2+, нас) • c(Cl‾‾, нас)

где c(Рb2+, нас) и c(Cl‾‾, нас) — концентрации ионов в моль/л в насыщенном растворе РbCl2.

Оказывается, что при данной температуре произведение растворимости малорастворимого электролита есть постоянная величина. Значения ПР ряда веществ, соответствующие температурным условиям аквариума (20—25°C), приведены в табл. 5.

Таблица 5   Произведение растворимости и растворимость солей и оснований в воде

Формула вещества

Название вещества

ПР

Растворимость в мг в 100г воды

AgCl

Хлорид серебра

1,6 • 10‾ 10

0,186

Аl(ОН)3

Гидроксид алюминия

4,9 • 10‾ 33

2,26 • 10‾ 5

BaSO4

Сульфат бария

1,1 • 10‾ 10

0,233

Cu(ОН)2

Гидроксид меди (II)

5,6 • 10‾ 20

0,00234

CuS

Сульфид меди (II)

8,5 • 10‾ 45

8,8 • 10‾ 19

Fe(OH)2

Гидроксид железа (II)

6,3 • 10‾ 16

0,045

Fe(OH)3

Гидроксид железа (III)

3,8 • 10‾ 39

2,03 • 10‾ 5

FeS

Сульфид железа (II)

3,8 • 10‾ 19

5,36 • 10‾ 6

Mg(OH)2

Гидроксид магния

5,0 • 10‾ 12

0,642

MgCO3

Карбонат магния

1,0  • 10‾ 5

27,0

PbCl2

Хлорид свинца

2,4 • 10‾ 4

1080,0

PbSO4

Сульфат свинца

2,2 • 10‾ 8

4,55

CaSO4

Сульфат кальция

6,3 • 10‾ 5

135,0

СаСOз

Карбонат кальция

4,8 • 10‾ 9

0,694

С помощью произведения растворимости решается такой вопрос, как возможность образования осадка, Например, если в растворе создать концентрацию ионов Рb2+ и Cl‾ такую, что будет выполняться условие c(Рb2+, нас.) • c(Cl‾, нас.) > ПР(РbCl2), то соль РbCl2 будет выпадать в осадок. Если cb2+, нас.) • c(Cl‾, нас.,) < ПР(РbCl2), то осадок соли выпадать не будет.

Рассмотрим еще один пример из аквариумной практики. Для хорошего роста некоторых водных растений надо создать в аквариумной воде концентрацию ионов железа 0,2 мг/л, что соответствует молярной концентрации ионов 3,57 • 10‾ 7 моль/л. Каким соединением железа воспользоваться для этого: сульфатом железа (II) FeSO4 или сульфатом железа (III) Fe2(SO4)3? Здесь надо учитывать возможность образования в сильно разбавленном растворе гидроксидов Fe(OH)2 и Fe(ОН)з и выпадения их в осадок.

В воде, как мы уже отмечали, справедливо следующее соотношение (ионное произведение воды):

c(H+) • c(ОН‾) = 10‾ 14.

причем, из уравнения диссоциации воды H2O = H+ + ОН‾ следует, что c(H+) = c(ОН‾). Получаем c(ОН‾) = (10‾ 14)1/2 = 10‾ 7 моль/л — такова концентрация гидроксид-ионов в воде.

Теперь предположим, что мы внесли в воду FeSO4 в таком количестве, что концентрация ионов Fe2+ стала равной 3,57 • 10‾ 7 моль/л (что необходимо для подкормки растений). Найдем произведение:

c(Fe2+) • [c(OH‾)]2 = 3,57 • 10‾ 6 • (10‾ 7)2 = 3,57 • 10‾ 20 < ПР [Fe(ОН)2],

следовательно, гидроксид не будет выпадать в осадок. Если вместо FeSO4 воспользоваться сульфатом железа (III) Fe2(SO4)3, то для Fe(OH)3 мы получим:

c(Fe2+) • [c(OH‾)]3 = 3,57 • 10‾ 6 • (10‾ 7)3 =  3,57 • 10‾ 27 > ПР[Fe(ОН)3],

 т. е. будет выпадать в осадок гидроксид Fe(OH)3, и требуемая концентрация ионов железа в растворе не может быть достигнута. Таким образом, на основании представления о произведении растворимости мы смогли сделать вывод о том, какую соль железа лучше использовать для удобрения аквариумных растений.  

   

Список книг
Заведи себе рыбку клоуна - немо
Астронотусы
Аквариум размером с океан



Москва
e-mail: info@redseafish.ru
Copyright© 2005-2011