Азот — польза или вред

Азот — один из основных элементов, необходимых для животных и растений. Он входит в состав белков, являющихся частью растительных и животных клеток. Некоторые соединения азота в большой концентрации вредны для живых организмов, могут вызвать болезни и гибель рыб.

Азот образует простое вещество — газообразный азот, молекулы которого состоят из двух атомов N₂. Этот газ без цвета и запаха является основным компонентом атмосферного воздуха, где объемная доля N₂ равна 78%. Газообразный азот немного растворим в воде (в l00г H₂O — 1,5 мл N₂ при 20°C). Этот газ химически и биологически инертен: он практически не вступает в химические реакции ни на воздухе, ни в растворе и не играет существенной роли в химических и биохимических процессах, протекающих в аквариуме. Азот — компонент многих соединений, играющих важную роль в процессах жизнедеятельности водных обитателей, Так, он входит в животные и растительные белки. Белки — органические полимерные вещества, состав которых можно изобразить следующим образом:

где R_1, R₂, R₃ — остатки различных органических аминокислот.

Без азота невозможен рост растений. Наряду с фосфором и калием, он необходим в больших количествах. Растения могут поглощать азот в виде простых неорганических соединений (аммиак, нитриты, нитраты) и превращать в более сложные органические (аминокислоты, белки). Животные, в том числе и рыбы, поглощают азот только в виде органических веществ (главным образом — белков) растительного происхождения или из тканей других животных.

В результате разложения экскрементов рыб и других аквариумных животных, остатков корма и растений, погибших организмов образуется неорганическое соединение азота — аммиак NH₃ — газ с характерным резким запахом, хорошо растворимый в воде. Так, при температуре 20°C в 1 л воды можно растворить до 700 л аммиака.

Аммиак в больших концентрациях — очень токсичное вещество. Он делает невозможным процесс дыхания. Рыбы ощущают концентрацию аммиака в воде 0,2 мг/л, а концентрация 1 мг/л для большинства аквариумных рыб смертельна.

Аммиак обладает способностью взаимодействовать с ионами водорода H⁺, находящимися в воде, иди с молекулами воды, образуя ионы аммония NH₄⁺;

NH₃ + H⁺ = NH₄⁺

 NH₃ + H₂O = NH₄⁺ + ОН^‾

В результате устанавливается химическое равновесие между молекулами аммиака и ионами аммония. Соотношение концентраций NH₃ и NH₄⁺ в воде зависит от ее кислотности: в кислой воде практически отсутствует аммиак; в нейтральной и слабощелочной NH₃ есть, однако, содержание ионов NH₄⁺ все еще невысоко; в щелочной среде концентрация аммиака резко возрастает. Количественное соотношение между аммиаком и ионами аммония в воде при различных pH показано на рис. 11. Особые неприятности аммиак может доставить аквариумистам, которые содержат африканских цихлид из озер Малави, Ньясаи Танганьика (pH должен составлять 7,5 — 9), и любителям морского аквариума (pH около 8,3).

Рис. 11. Соотношения между аммиаком и ионами аммония в воде различной кислотности при температуре 20^оС

Ионы аммония значительно менее токсичны, чем аммиак. Для предотвращения отравления рыб аммиаком, необходимо подкислять воду (если это допустимо для обитателей) и поддерживать pH в интервале от 6 до 7. Для такого подкисления часто используют кислоты (уксусную, соляную, фосфорную) или торфяной настой и отвар. Использовать кислоты надо очень осторожно, постоянно контролируя значение pH. Во-первых, надо учитывать, что можно повысить кислотность очень резко, что губительно для рыб и многих растений. Во-вторых, кислота может начать реагировать с грунтом, содержащим известняк, и с растворимыми в воде гидрокарбонатами кальция и магния. При этом выделяется углекислый газ, который в больших концентрациях также токсичен для рыб.

Что делать в тех случаях, когда нельзя подкислять воду? Ведь многим аквариумным обитателям — африканским цихлидам, моллинезиям велиферам, морским животным и др. — требуется вода с щелочной реакцией. В этом случае надо принимать специальные меры, чтобы предотвратить отравление рыб аммиаком: содержание аквариума в чистоте; своевременное удаление остатков корма, экскрементов рыб, отмирающих листьев растений; подмена части воды (до 1/4, а иногда и более в неделю) на свежую. Эффективным средством защиты рыб от отравления аммиаком является фильтрация воды.

Надо отметить, что аммиак и ионы аммония не являются конечными продуктами разложения азотсодержащих веществ. Молекулы NH₃ и ионы NH₄⁺ могут окисляться, причем окисление протекает в два этапа. Вначале образуются нитрит-ионы NO₂‾:

NH₃ + 3/2O₂ = NO₂‾ + H⁺ + H₂O

или

 NH₄⁺+ 3/2O₂ = NO₂‾ + 2H⁺ + H₂O

 Образовавшиеся нитрит-ионы окисляются далее до нитрат-ионов NO₃‾:

NO₂‾ + 1/2O₂ = NO₃‾

Процессы окисления аммиака и ионов аммония могут происходить под воздействием химических окислителей (например, растворенного в воде кислорода), Однако такие реакции протекают медленно. Значительно быстрее окислительно-восстановительные реакции протекают под действием бактерий, существующих в аквариуме. Бактерии рода Nitrosomonas осуществляют процесс NH₃ (NH₄⁺) → NO₂‾, а бактерии рода Nitrobacter — процесс NO₂‾ → NO₃‾.

Особенно быстро превращение аммиака, до нитрат—ионов происходит при использовании аквариумных фильтров. В простейших из них вода прокачивается через слой гравия или синтетического материала (поролон, мочалка из полимерных волокон). Многие считают, что эти устройства лишь механически фильтруют воду, освобождая ее от взвешенных твердых частиц, однако это не так. В фильтре, из-за Повышенной концентрации кислорода скапливаются и быстро размножаются бактерии родов Nitrisomonas и Nilrobacter, которые способствуют превращению аммиака и ионов аммония в нитриты и нитраты.

Нитриты и нитраты также оказывают токсическое действие на живые организмы. Особенно высока токсичность нитритов. Она даже выше, чем у аммиака: большинство пресноводных рыб погибает при концентрации ионов NO₂‾ 0,5 мг/л. Длительное пребывание рыб в воде с концентрацией нитрит-ионов более 0,1 мг/л может привести к летальному исходу. Однако, как правило, нитриты не накапливаются в больших концентрациях в воде из-за их окисления до нитратов.

Нитраты — значительно менее токсичные соединения азота, чем аммиак и нитриты. Концентрация ионов NO₃‾ может достигать 20 мг/л и даже больших значений. При этом рыбы живут в воде с таким содержанием нитратов достаточно долго и без видимого ущерба для здоровья. Обычно концентрации нитратов велики в так называемой «старой» воде. Раньше считалось, что такая вода наиболее подходит для аквариума; теперь это мнение изменено.

Несмотря на малую токсичность нитратов, ими нельзя злоупотреблять. Замечено, что в воде, богатой нитратами, рыбы (особенно мальки) растут медленнее, труднее размножаются, раньше теряют способность к размножению. Таким образом, желательно, чтобы концентрация нитратов в аквариумной воде не превышала 20 мг/л. Избыточное количество нитратов можно уменьшить, либо применяя фильтры с адсорбентами (активированным углем и др.), либо регулярно проводя частичную подмену воды. Сравнение токсичности аммиака, нитратов и нитритов приведено на рис. 12.