Об углекислом газе и карбонатах

Важную роль в аквариумных процессах играет оксид углерода (IV) или, как его чаще называют, углекислый газ. Он представляет собой соединение углерода с кислородом; в молекуле вещества один атом углерода связан с двумя атомами кислорода — CO₂. Углекислый газ влияет на гидрохимические параметры воды (жесткость, pH, содержание различных веществ), он действует на рыб и других водных животных и играет важнейшую роль в развитии аквариумных растений.

Углекислый газ, как мы уже отмечали, хорошо растворим в воде; при температуре 20°C в 100 г воды может раствориться 87,8 мл, или 172 мг CO₂. Это значительно больше, чем растворимость таких газов, как кислород, водород, азот и др. (см. табл. 1).

Растворение CO₂ в воде связано с химическим взаимодействием его молекул с водой, приводящее к возникновению угольной кислоты:

CO₂ + H₂O == H₂СO₃

Угольная кислота неустойчива, она может распадаться, поэтому часть растворенного в воде CO₂находится в свободном состоянии. Это слабая кислота, т. е. она диссоциирует на ионы в незначительной степени:

H₂СO₃ = H⁺ + HCO₃^‾

Так, в растворе, в котором содержится 100 мл CO₂ в 1 л воды, приблизительно одна молекула из 50 диссоциирует на ионы. Очень малая часть образовавшихся гидрокарбонат-ионов HCO₃^‾ может также распадаться:

HCO₃^‾ = H⁺ + СO₃^2‾

В результате диссоциации угольной кислоты в воде концентрация ионов H⁺ становится больше, чем ОН^‾ и среда приобретает кислую реакцию (pH < 7).

Углекислый газ — постоянный компонент воздуха. Обычно в 1 м³ (1000 л) содержится около 300 мл CO₂. В атмосфере жилых помещений содержание CO₂ может быть выше за счет дыхания людей. Если мы учтем среднее содержание углекислого газа в воздухе, то при использовании микрокомпрессора для продувания аквариума с производительностью 50 л/ч, ежечасно аквариум будет получать 15 мл CO₂. Растворение CO₂ происходит и без продувки, за счет контакта поверхности воды с воздухом помещения. В этом случае, естественно, насыщение воды углекислым газом происходит значительно медленнее.

Другим источником CO₂ в аквариуме является газ, выделяемый при дыхании рыбами и другими водными организмами (улитками, насекомыми, рачками и др.).

Водные растения на свету поглощают (ассимилируют) CO₂, превращая его в органические соединения — углеводы, глюкозу и др. Этот процесс получил название фотосинтеза, он обычно выражается уравнением;

В темноте происходит обратный процесс:

С₆Н₁₂O₆  + 6O₂ = 6CO₂ + 6H₂O

приводящий к увеличению содержания CO₂ в воде. Естественно, эти процессы будут оказывать тем более существенное влияние на гидрохимические процессы, чем больше растений содержится в аквариуме. Выделение углекислого газа растениями в ночное время может явиться причиной гибели рыб от удушья.

Еще один источник CO₂ в аквариуме — выделение его при разложении (гниении и других процессах) различных органических веществ (старых листьев растений, останков рыб, избытка корма и т. п.).

Итак, углекислый газ в больших концентрациях токсичен для аквариумных животных. При большом содержании CO₂ в воде он попадает в кровь рыб, вызывая удушье. Для нормального функционирования аквасистемы концентрация CO₂ в аквариумной воде не должна превышать 4 мл/л.

В аквариумной практике приходится сталкиваться с необходимостью увеличения или уменьшения содержания углекислого газа в аквариумной воде. Увеличить концентрацию CO₂ в воде можно, увеличив количество рыб, содержащихся в аквариуме. Иногда, при выращивании большого числа водных растений (в декоративном аквариуме) рекомендуют продувание воды углекислым газом из баллона или выделяющимся при химических реакциях (например, между мелом и кислотой: CaCO₃ + 2HCl = CaCl₂ + CO₂ + H₂O) или брожении некоторых веществ, а также добавление раствора CO₂ (газированная вода). Все эти способы надо использовать очень осторожно, постоянно проводя анализ воды (измерять pH, dKH и содержание CO₂), чтобы не нанести вреда находящимся в аквариуме рыбам.

Уменьшить содержание CO₂ в аквариумной воде можно, уменьшив количество рыб или увеличив интенсивность и длительность освещения, чтобы активировать ассимиляционную деятельность водных растений. Многие аквариумисты считают, что продувка воды в аквариуме воздухом при помощи микрокомпрессоров приводит к уменьшению содержания CO₂ за счет вытеснения его из воды растворенным воздухом, однако вытеснить некоторое количество CO₂ удается лишь при большом его содержании. Концентрация CO₂, близкая к нормальной, практически не изменяется при такой продувке. Если же CO₂ в воде почти нет, то продувка атмосферным воздухом при помощи микрокомпрессоров приводит к увеличению содержания CO₂ в воде.

Важная роль CO₂ в гидрохимии аквариума состоит в установлении так называемого углекислотно-известкового равновесия. Это равновесие определяется главным образом тремя параметрами; концентрацией CO₂ в воде, значениями pH и карбонатной жесткости dKH.

Карбонат кальция CaCO₃ обладает очень плохой растворимостью в воде (7 мг в 1 л), что соответствует 2° жесткости. При растворении CO₂ в воде карбонаты, которые практически всегда содержатся в грунте, начинают взаимодействовать с углекислым газом, с образованием гидрокарбонатов, которые хорошо растворимы в воде:

CaCO₃ + CO₂ + H₂O = Ca(HCO₃)₂

Насыщая воду углекислым газом, можно добиться очень высокого содержания гидрокарбонатов (жесткость может подняться до 50 ^OdGH). Если содержание углекислого газа в воде уменьшается, то происходит обратный процесс;

Ca(HCO₃)₂ = CaCO₃ + CO₂ + H₂O

Преимущественное протекание одного из процессов определяется значением pH в аквариумной воде. В табл. 11 показано, как зависит содержание углекислого газа в аквариумной воде от водородного показателя и карбонатной жесткости воды.