Sole w wodzie

Sole w wodzie

Sole złożone są z atomów metali połączonych z resztami kwasowymi.
Wyjątek stanowią sole amonowe, w których jon metalu zastępuje kation amonowy NH4+.
Jest to bardzo liczna i zróżnicowana grupa związków chemicznych, wśród których znajdują się sole mineralne stanowiące źródło pokarmu dla roślin i niezbędne do życia wszystkim żywym organizmom oraz sole o właściwościach silnie toksycznych.
Wszystkie sole są związkami rozpuszczalnymi w wodzie różnią się jedynie stopniem rozpuszczalności od bardzo dobrej do bardzo słabej – (niektóre prawie nierozpuszczalne, tworzące zawiesinę lub osad ).
Pod wpływem różnych reakcji chemicznych i biochemicznych zachodzących w wodzie niektóre sole mogą ulegać wytrącaniu tworząc osad lub krystalizować się na przedmiotach lub też bezpośrednio na roślinach powodując ich uszkodzenia.
Sole w wodzie są silnymi elektrolitami tzn.,że niemal całkowicie rozpadają się na jony dodatnie i ujemne np.NaCl rozpada się na Na+ i Cl- a te poruszając się swobodnie dążą do połączenia np. Na+ z cząstką ujemną OH- dając zasadę; Cl- dąży do przyłączenia np. H+ dając kwas solny lub też powstają inne sole np. FeCl2, CuCl2, MgCl2 – chlorki metali – toksyczne -niepożądane w akwarium.
W środowisku wodnym aktywnym biologicznie reakcje powstawania i rozpadu bądź też krystalizacji soli przebiegają samoistnie ze względu na jonową specyfikę tego środowiska lub są katalizowane przy pomocy enzymów produkowanych przez rośliny ( enzymy = biokatalizatory ) oraz przetwarzane są przez inne organizmy wodne – ryby, glony, grzyby, wiciowce, pierwotniaki a przede wszystkim bakterie.
Na+ w połączeniu z cząstką wodorotlenową OH- -mocna zasada NaOH bardzo łatwo w środowisku wodnym wiąże się z kwasami prowadząc do zobojętniania odczynu wody czyli dążenia do pH = 7
Przykładowa reakcja z kwasem siarkowym:
2NaOH + H2SO4  2H2O + Na2SO4 – siarczan sodu często osadzający się na szybach i grzałkach, krystalizujący się, nietoksyczny.
Sód wykorzystywany przez rośliny wodne ale tylko w niewielkich ilościach wbudowywany jest w ich tkanki, lecz jego rola w wodzie i procesach wymiany jonowej w roślinach jest bardzo ważna.
Węglany oraz wodorowęglany sodu mają właściwości stabilizujące odczyn pH wody – bufory kwasowości, tlenki, wodorotlenki i siarczany sodu uczestniczą w reakcjach wiązania i wytrącania szkodliwych znajdujących się w nadmiarze jonów miedzi i metali ciężkich oraz uczestniczą w obiegu dwutlenku węgla.
Przykładowe reakcje sodu
2NaOH + CuSO4  Cu(OH)2 + Na2 SO4 zapis jonowy wygląda następująco –
2Na+ + 2 OH- + Cu2+ + SO42-  Cu(OH)2 + 2 Na+ + SO42- (wytrącenie miedzi z siarczanu przez zasadę sodową)
Pb2+ + 2NO3- + 2Na+ + SO  PbSO4 + 2Na+ + 2NO3- (wytrącanie ołowiu z azotanu przez siarczan sodu)
Niektóre sole miedzi, ołowiu, kadmu i rtęci są toksyczne, sód ułatwia ich wytrącanie z wody – powstawanie osadu.

Na2S + H2SO4  Na2SO4 + H2S (H2S – siarkowodór) – reakcja dwukierunkowa katalizowana przez bakterie i enzymy

W roztworach wodnych kwas węglowy dwuzasadowy H2CO3 rozpada się na H2O + CO2
kwas węglowy jednozasadowy HCO3- rozpada się na OH- + CO2
NaHCO3  HCO3- + Na+ (kwaśny węglan sodu-soda oczyszczona – inaczej wodorowęglan sodu rozpada się na kwas węglowy i jon sodu – reakcja może przebiegać w obu kierunkach stabilizując odczyn pH wody ).

Dodanie mocnego kwasu do roztworu węglanu sodu w wodzie np. solnego powoduje powstawanie słabego kwasu węglowego, nietrwałego rozpadającego się na CO2 i H2O
2HCl + Na2CO3  H2CO3 + 2NaCl

H2O + CO2 – wynik reakcji w roztworze wodnym
mocny kwas + sól zasadowa  słaby kwas + chlorek sodu – sól

Reakcja węglanu sodu z kwasem siarkowym
Na2CO3 + H2SO4  Na2SO4 + H2CO3 – wynik reakcji w roztworze wodnym
sól zasadowa + mocny kwas  sól obojętna + słaby kwas ( cząsteczka wody + CO2 )
Reakcja zobojętniania wodorowęglanu sodu – alkalicznej sody oczyszczonej kwasem siarkowym przebiega nieco inaczej – dwuetapowo
NaHCO3 NaOH +CO2
2NaOH + H2SO4  Na2SO4 + 2H2O

Jak już wspomniałem na początku sole w wodzie ulegają nie tylko dysocjacji ale również hydrolizie powodując zmiany pH.
Odczyn Na2CO3 – węglan sodu stosowany do alkalizacji wody jest silnie zasadowy ponieważ w środowisku wodnym zachodzi hydroliza przy której na jedną cząsteczkę Na2+ przypadają dwie cząsteczki OH- .
Sole słabych zasad i słabych kwasów w wodzie ulegają hydrolizie dając na powrót słabą zasadę i słaby kwas, (reakcje odwracalne) dlatego też do alkalizacji wody powinno stosować się wodorowęglan sodu zamiast węglanu ze względu na bardzo dobre właściwości buforowe.

Sód (Na) wiąże się również z azotanami NO3- – Na+ + NO3- dając sól NaNO3 – reakcja ta jest również dwukierunkowa; dalej Na+ i NO3- wykorzystywany przez rośliny ulega innym przemianom.

Temat soli sodowych nie został wyczerpany, ale dla naszych potrzeb aż tyle powtórki z chemii wystarczy.

W jakim celu tyle o sodzie ?
Informacje te są uzupełnieniem przy omawianiu tematu przygotowania wody do wymiany.

Przykładowe reakcje innych soli

Przykład innej reakcji -rozpad kwasu H3PO4  po uwolnieniu H3+ pozostaje fosfor w formie przyswajalnej dla roślin PO , który nie wykorzystany w całości wiąże się np. z wapniem dając sól
Ca3 (PO4)2 lub sodem Na3PO4 stanowiące pewien zapas pokarmu roślin, które przy użyciu enzymów-biokatalizatorów mogą znowu rozkładać tą sól na potrzebne im składniki. Obecność w wodzie kwasu solnego (niekorzystna) przy występowaniu soli NaS prowadzi do powstawania siarkowodoru w/g. reakcji
NaS (sól) + 2HCl (kwas) = 2NaCl (sól) + H2S (siarkowodór) – jest to kolejny powód, aby starać się usuwać z wody chlor i sól kuchenną oraz nie stosować do zakwaszania HCl.
Istnieje pewne prawo chemiczne – oddziaływując mocnym kwasem np. HCl na słabą zasadę
np. NH3 powstaje sól zasadowa alkalizująca wodę i odwrotnie słaby kwas + mocna zasada
np. H3PO4 + NaOH powstaje sól kwaśna.

Jeżeli w wodzie znajdują znaczne ilości alkalicznego wapnia a są to najczęściej wody twarde to w środowiskach biologicznie aktywnych może dochodzić do dalszego samoistnego wzrostu twardości wody
Ca(OH)2 + CO2  CaCO3 + H2O (CaCO3 – węglan wapnia – kamień – twardość ogólna )
CaCO3 jest również solą.
W wodach miękkich i kwaśnych twardość ogólna zazwyczaj utrzymuje się na stałym zadanym poziomie pomimo wymiany wody na nieco twardszą niż ta, która jest już w akwarium, ponieważ
CaCO3 + 2HCl  CaCl2 + H2CO3 ( H2CO3  H2O + CO2 )
CaCO3 + H2SO4  CaSO + H2CO3 ( H2CO3 nie trwały kwas węglowy –( twardość węglanowa ).

Oprócz przedstawionych przykładowych reakcji jony metali tworzą sole w formach przyswajalnych dla roślin są to przede wszystkim siarczany, fosforany i azotany żelaza, magnezu, wapnia, miedzi, potasu oraz wielu innych mikroelementów.
Część tych soli bardzo szybko utlenia się i przechodzi do form nieprzyswajalnych lub nawet toksycznych, dopiero po ponownym przetworzeniu przez bakterie mogą zostać wykorzystane.
Z powodu szybkiego utleniania się soli żelaza, magnezu i kobaltu minerały te stosowane do dokarmiania roślin stosuje się w formie chelatów.
Chelaty są to związki o charakterze organicznym, w których atomy metali są otoczone białkami chroniącymi je przed utlenianiem- przy pomocy enzymów rośliny pobierają z chelatów atomy metali w przyswajalnych najczęściej dwuwartościowych formach np. Fe2+.

Problem zasolenia wody to temat bardzo rozległy i zawsze musi być rozpatrywany w powiązaniu z twardością wody, temperaturą, ilością roślin w stosunku do ilości ryb, dokarmianiem CO2, nawożeniem i utrzymaniem odpowiedniego poziomu pH.
Jeżeli zauważymy, że pomimo prawidłowego przygotowywania wody do wymiany i naszej rutynowej codziennej opieki nastąpią jakieś szybkie wahania pH w górę lub dół jest to oznaką jakiegoś zakłócenia równowagi biologicznej i woda uległa zasoleniu.
Należy wówczas wymienić więcej wody niż zwykle i dokonać korekty pH stosując kwas albo zasadę, zwiększyć obsadę roślin pobierających sole mineralne zwłaszcza gatunki „żarłoczne” np. paprotnice co po kilku dniach powinno unormować równowagę.
Uwaga: zabieg zakwaszania lub alkalizacji wody powinien być przeprowadzany bardzo ostrożnie i powoli tak, aby zmiany współczynnika pH nie przekraczały 0,2o na dobę.
Nadmierne zasolenie nigdy nie nastąpi samoistnie nawet w starych nie odświeżanych wodach, lecz zawsze jest wynikiem błędów w stosowaniu odżywek dla roślin. Często jest to wynik przerybienia zbiorników prowadzącego do nagromadzenia się różnych form azotu i nie zachowania proporcji ryb i roślin, nieprzemyślanego stosowania lamp „UV”.
Jeżeli w akwarium będzie za dużo ryb to po krótkim czasie następuje silny rozwój glonów a później wyginięcie roślin. Zaatakowane przez glony rośliny nie mogą oddychać a resztę dzieła zniszczenia dokonają bakterie, grzyby oraz sól.