Морской Форум Нэмо

Химия и аквариум: Что же такое щелочность?

Предыдущая тема Следующая тема Перейти вниз

20150225

Сообщение 

Химия и аквариум: Что же такое щелочность?




Щелочность определяется по-разному для разных приложений. В химии природных вод, существует несколько типов щелочности, с которыми сталкиваются. Каждый из них представляет собой меру того, сколько кислоты (Н + ) требуется, чтобы понизить рН до определенного уровня. Я вернусь к некоторым из других видов щелочности позже, а сейчас мы ограничимся рассмотрением в "общей щелочности." часто упоминается как ТА.
Т. определяется как количество кислоты, необходимое для снижения рН образца до точки, где все бикарбоната [HCO - ] и [карбоната CO - ] можно преобразовать в угольной кислоты [H 2 CO 3 ]. Это называется углекислота точки эквивалентности или конечная точка углекислота. Эти уравнения показывают, что происходит в карбонат и бикарбонат мере добавления кислоты:
(1) Н + + СО 3 ==> HCO -
(2) Н + + HCO - ==> Н 2 СО 3
Я говорю "могут быть преобразованы", потому что независимо от рН, всегда будут какие-то бикарбоната и карбоната подарок, но в какой-то рН существует достаточно протоны (Н + ) в растворе, что если бы они были объединены с бикарбоната и карбоната настоящее время она бы все быть преобразованы в угольной кислоты.
Точная конечная точка титрования общей щелочности, не всегда то же самое рН, но, скорее, зависит немного от природы образца (как его ионной силы и ее щелочность). Для нормальной морской воде, это конечная точка о рН = 4,2. В пресной воде она сильно зависит от щелочности, с конечной точкой рН = 4,5 для щелочности 2,2 мг-экв / л и рН = 5,2 для щелочности 0,1 мг-экв / л.
Следовательно, общий объем испытания щелочности были изобретены, что определить, сколько требуется кислоты для снижения рН в диапазоне 4-5. Позже в этой статье я опишу, как эти тесты комплекты измерения щелочности.
Рисунок 1. рН титрование чистой воды и воды из рифового аквариума автора, используя 0,1 N HCl.
Рисунок 1 показывает рН титрование воды из рифового аквариума (шахты). Вода начинается при рН 8,45 и добавляют в кислоту, рН падает. Как можно видеть на фигуре 1, она занимает около 3,4 мг-экв / л базы, чтобы понизить рН до 5 и 3,8 мг-экв / л, чтобы понизить рН до 4,0. Рисунок 1 также показывает ту же рН титрование чистой воды. В этом случае, сразу же падает рН от рН 7 (или около того, рН чистой воды дрейфует вокруг так как он не имеет буферизации) до рН 4 с только 0,2 мэкв / л кислоты добавляют.
Мы можем, однако, получить больше от этих типов графиков, чем общей щелочности. Для того, чтобы сделать это, однако, мы должны понять, что щелочность на химическом уровне.
Химическая природа щелочности
На основе определения общей щелочности, приведенной выше, ясно, что все, что поглощает протоны при рН упала с нормального уровня примерно 4-5 будут подсчитаны в сторону щелочности. В морской воде есть множество вещей, которые способствуют, а в рифовых аквариумов список еще больше. Уравнение 3 определяющее уравнение для общей щелочности в нормальном морской воды.
ТП = [HCO - ] + 2 [CO - ] + [B (OH) 4 - ] + [ОН - ] + [Si (OH) 3 O - ] + [MgOH + ] + [HPO - ] + 2 [PO --- ] - [H +]
Поводом для 2 перед карбонатных и фосфатных концентрациях, что они занимают два протона, как рН снижается до рН 4. Все другие ионы просто занимают одного протона (кроме протонов сами, которые должны быть вычтены) ,

Основные химические частицы, которые способствуют щелочности в морской воде (и поэтому он является полезным reefkeepers) являются бикарбонат и карбонат (уравнения 1 и 2). Приведенная ниже таблица (от «химической океанографии" Фрэнка Millero; 1996) показывает вклад в щелочность от крупных плательщиков в морской воде при рН 8. Если вы начинаете при более высоком рН, относительный вклад бикарбоната пойдет вниз относительно других.

Химических веществОтносительный вклад в щелочность
HCO - (бикарбонат)                     89.8
CO - (карбонат)                      6.7
В (ОН) - (борат)                      2.9
SiO (OH) - (силиката)                      0.2
MgOH + (monohydroxylate магния)                      0.1
ОН - (гидроксид)                      0.1
HPO - и PO --- (фосфат)                      0.1
Другие виды также могут способствовать заметно щелочности в морской воде в определенных ситуациях, таких как бескислородных регионах. Они будут включать NH + и HS - .

В рифов танков, некоторые из этих видов могут быть представлены в существенно более высоких концентрациях, чем в морской воде. Например, резервуар с рифа концентрации фосфата 0,5 частей на миллион будет иметь более высокий вклад от фосфата (в 2,5 раза значение, указанное в таблице).
Даже больше беспокоит это тенденция солью смешивается значительно повысить концентрацию борной кислоты.Seachem намеренно добавляет дополнительную борат до уровня около 5 мМ . Это увеличивает бората вклад более чем в 10 раз по сравнению морской воды, и делает его важным фактором в измерениях щелочности (и интерпретации).

Шаг за шагом подкисления

Вот удар за удар описание того, что происходит во время щелочности титрования, либо с помощью рН-метра или с тест-набора.
В начале (скажем, рН = 8,2), мы имеем следующие составляющие где ионы в красном преобладают ионы в синем имеют меньшие относительные концентрации, а ионы в черном имеют значительно более низкие относительные концентрации:
2 CO HCO CO -
В (ОН) B (OH) -
Si (ОН) Si (ОН) -
Mg ++ MgOH +
Н О ОН -
3 PO 4 H 2 PO HPO PO ---
Как рН падает от 8,2 до примерно 7,5, наиболее важным является то, что происходит карбонат преобразуется в бикарбонат (уравнение 1). На рисунках 1 и 2 этой части титрования можно увидеть, займет около 0,6 мг-экв / л в моем аквариуме, и составляет около 17% от общей щелочности, в соответствии с ожиданиями танк, который начинается при относительно высоком рН (8,45 ). Все другие незначительные вкладчиков также получить протонированный на данный момент, и мы видим смещение:
2 CO HCO - CO -
В (ОН) 3 B (OH) -
Si (ОН) 4 Si (ОН) 3 O -
Mg ++ MgOH +
Н О ОН -
3 PO PO HPO PO ---
Как рН падает до 6, главное, что происходит бикарбоната становится преобразуется в угольную кислоту. Кроме того, в этом диапазоне, фосфат продолжает принимать протоны:
CO HCO - CO -
В (ОН) 3 B (OH) -
Si (ОН) 4 Si (ОН) 3 O -
Mg ++ MgOH +
Н О ОН -
3 PO PO HPO - PO ---
Как рН падает до примерно 4, бикарбонат становится полностью преобразуется в угольную кислоту. Кроме того, в этом диапазоне, фосфат продолжает принимать протоны и заканчивается, как в основном H 2 PO - , но очень мало фосфорная кислота сама формы.
CO 3 HCO - CO -
В (ОН) 3 B (OH) -
Si (ОН) 4 Si (ОН) 3 O -
Mg ++ MgOH +
Н О ОН -
3 PO PO HPO - PO ---

Щелочность с помощью тест-наборов

Конечно, большинство reefkeepers измерения щелочности с тест-наборе, а не с рН титрованием. Как это работает?
Ну, по сути наборы сделать титрования рН конечной точки. Все они включают в себя рН указывает на красители (при условии замены цвета) и кислоты (часто разбавленную серную кислоту) для понижения рН. Как правило, добавить кислоту до тех пор, красители поверните цвет. Поскольку эти красители выбраны так, чтобы иметь изменение цвета в рН от 4 до 5 по высоте, что вы получите это измерение, сколько кислоты, необходимое для снижения рН в этом диапазоне. Это изменение цвета используется для аппроксимации конечной точки титрования.
Интересно, что многие тест-использовать более одного рН, указывающее краситель. Использование более чем один краситель, в то же время позволяет конечной точки, чтобы быть более резким. Например, бромкрезолового зеленый имеет широкий цветовой переход между рН 3,8 (желтый) и 5,4 (сине-зеленый) и метилового красного имеет широкий переход между рН 4,4 (красный) и 6,2 (желтый). Смесь из двух (используется в щелочности комплект Хач) имеет резкий переход (оранжевый с сине-зеленый) рН около 5,1 в пресной воде (которая может быть немного отличается в соленой воде).
Пять точка 1 вы говорите? На основании вышеизложенного, достаточно того, что мало? Ну, комплект Хач был разработан для использования в пресной воде, где рКа бикарбоната гораздо выше, чем в морской воде, и в этой ситуации, это необходимо. В морской воде, однако, является незначительным. Моя резервуар для воды взял 3,4 мг-экв / л, чтобы добраться до рН = 5,03, а затем дополнительные 0,4 мг-экв / л, чтобы добраться до рН 4,00.Следовательно, этот набор (и другие с аналогичной смеси красителя) может отсутствовать на 10% щелочности просто потому, что он не титрованием достаточно низкой. Это различие, очевидно, не является существенным для большинства рифовых хранителей, но что-то иметь в виду, когда делает такие вещи, как сравнение тест-стандартам (в морской воде) или друг с другом.
Некоторые наборы также предоставляют различные краски для разной мере щелочности. Часто, это другое краситель фенолфталеина. Этот краситель имеет изменение цвета между рН 8,2 и рН 9,8. В пресной воде, карбонат почти полностью превращается в бикарбонат при рН 8,3, и это цель фенолфталеина титрования : определить щелочность в пресной воде из-за карбонат только (подробно обсуждается ниже). Этот тест не служит никакой цели в баке рифа или морской воды по двум причинам: 1) Вода, вероятно, уже более кислый, чем в конечной точке этого красителя, и 2) карбонат в морской воде не полностью преобразуется в бикарбонат при этом значении рН в любом случае. То есть, даже если рН был выше, чем 8,3 (скажем, 8,6), титрование до конечной точки фенолфталеина в не будет эффективно "считать" весь карбонат, поскольку в морской воде все еще ​​будет присутствовать значительное карбоната в фенолфталеина конечной точки.

Почему щелочность важно?

Теперь, когда мы знаем, что щелочность, мы можем понять, почему это важная мера для рифовых аквариумов.Кораллы и другие организмы, хранение карбонат кальция в их скелетов и других частей тела. Для того чтобы сделать это, они должны генерировать кальция и карбоната на поверхности растущей кристалла карбоната кальция. Хотя это далеко выходит за рамки этой статьи, чтобы описать этот процесс, очевидно, что если кораллы внести эти химические вещества, которые они используют их из воды, в котором они живут. Так что, если это так, то почему не измерить карбонат, как мы делаем кальций?
Ну, есть два ответа. Во-первых, нет просто способ измерения карбонат с комплектом, не делая рН титрование, как тест щелочности комплект делает. Во-вторых, кораллы могут реально использовать бикарбонат вместо карбоната, как их основным источником карбоната (который они разделены на H + и СО - ). Если бы мы могли легко измерить бикарбонат, мы, вероятно, сделали бы это. К сожалению, мы не можем сделать что-либо из тех вещей, легко. Так что мы делаем, используя очень простой щелочности тест в качестве косвенного показателя бикарбоната и карбоната. Так как эти два вещества составляют подавляющее большинство щелочности в морской воде, это безопасно для большинства людей, чтобы приравнять щелочности с "наличием бикарбоната и карбоната для моих кораллов".


Есть, однако, некоторые важные оговорки к этому уравнению. Некоторые из них были описаны выше, такие как соли смесей, которые имеют чрезмерную борат. Такие осложнения сделать это трудно понять, сколько от измеренной щелочности является бикарбонат и карбонат, и, таким образом, трудно знать, если вы удовлетворить потребности кораллов [Таким образом, необычно высокие рекомендации щелочности по Seachem].

Необычные Авторы

Риф танки могут также иметь удельный вес в общем щелочности, которые просто не присутствует в морской воде в какой-либо заметной концентрации. Этот результат исходит из того, что мы имеем замкнутую систему, в которой органические (например, ацетат, polygluconate, ЭДТА; лимонной кислоты) и другие ионы могут быть необычайно высок.
В качестве примера, рассмотрим те люди, которые дозируют известковой воды с органическими кислотами, такими как уксус . Уксусной кислоты осложнение теста щелочности, которые могут или не могут быть существенными для людей, использующих его, но более уксус, который используется, более путая это может стать. В конечном счете, ацетата, который добавляется таким образом, будет окислен в CO 2 и ОН - (уравнение 4), с OH - обеспечение щелочность таким же образом, что исходный известковой бы.
(4) 2 O 2 + CH 3 COO - ==> H 2 O + 2 CO 2 + ОН - 

вопросом на руке, как быстро это происходит преобразование, или, наоборот, сколько ацетат присутствует в такой системе, когда один измеряет щелочность. Так как я не видел никаких исследований ацетата уровней в рифовых аквариумов, вопрос остается без ответа (по крайней мере для меня).

Рисунок 2. pH титрование чистой воды, воды из рифового аквариума автора, и вода из рифового аквариума автора с 30 мМ ацетата натрия, добавленный (титруют 0,1 N HCl).
Потенциал для задачи происходит потому, что ацетат частично "насчитал" в общей щелочности титрования резервуар для воды. Степень, до которой он считается, будет зависеть от того, что рН используется в качестве конечной точки титрования. Цифры 2 и 3 показывают рН титрование резервуар для воды с огромным избытком ацетата добавленной стоимости (30 мм). Это слишком большой объем был добавлен не потому, что рифовый аквариум будет содержать такое большое количество (в конце концов, измеряется общая щелочность составляет около 20 мг-экв / л), а потому, что это делает ацетат титрования отчетливо проявляется в присутствии карбоната и бикарбоната. Если конечная точка щелочности титрования при рН 5, то около 25% ацетата считается. С конечной при рН 4, примерно на 80% считается.

Рисунок 3. продлен рН титрование чистой воды, воды из рифового аквариума автора, и воду из рифового аквариума автора с 30 мМ ацетата натрия, добавленный (титруют 0,1 N HCl).

Следовательно, если резервуар имеет предельную щелочность и некоторые значительная часть этой щелочности является ацетат (или какой-либо другой органический), то наличие бикарбоната и карбоната, может быть меньше оптимальной для кораллов и других кальцинирование организмов. Следует отметить, что ацетат не влияет на титрование карбоната между нативной рН и примерно 7,3. Если кто-то использует большие объемы уксуса, было бы целесообразно для титрования карбонат до 7,3, чтобы убедиться, что общая щелочность не доминируют ацетата (при соблюдении, по крайней мере 0,2-0,4 мг-экв / л щелочность до рН = 7,3. Моя резервуар для воды без ацетата было 0,6 мг-экв / л титрованием (рисунок 1) и то же самое, когда большое количество ацетата был добавлен (рис 2 и 3).
Щелочность Факты
Есть несколько фактов о общей щелочности, которые следуют непосредственно из определения. К сожалению, некоторые из них были неправильно поняты некоторыми авторами хобби.
Один из этих фактов, называется Принцип сохранения щелочности по Панков ("Водные химия понятия", 1991). Он математически показывает, что общая щелочность образца не может быть изменен путем сложения или вычитания CO 2 . К сожалению, есть статья доступна на линии, которая утверждает обратное, и призывает людей к "ниже щелочность", добавив CO 2 в виде сельтерской воды. Это просто неправильно.
Забыв о математике на данный момент, это легко увидеть, как это должно быть так. Если угольная кислота добавляется в любой водной пробы с измеримым щелочности, что может случиться?
Ну, угольная кислота может выпустить протонов в обратном уравнений 1 и 2:
(5) Н 2 СО 3 ==> Н + + HCO -
(6) HCO - ==> H + + CO -
Эти протоны могут перейти к снижению щелочности путем объединения с чем-то в образце, который обеспечивает щелочность (карбонат, бикарбонат, борат, фосфат и т.д.). Тем не менее, для каждого протона, который оставляет углекислоту и снижает щелочность, новый бикарбонат или карбонат ион образуется, который добавляет к щелочности, и чистое изменение общей щелочности в точности равна нулю. PH изменится, и видообразование из вещей, способствующих щелочности будет меняться, но не общая щелочность.
Это не относится к сильным кислотам, однако. При добавлении сол на, серна или фосфорна кислоты (или любой кислоты с рКа ниже, чем в конечной точке угольной кислоты), будет снижение щелочности.
Еще один интересный результат принцип сохранения щелочности является уравнение для определения общей щелочности, когда два разных водные растворы смешивают вместе. Если вы смешиваете () части решения общей щелочности А с (В) частей решения общей щелочности B, в результате чего щелочность только средневзвешенная из двух образцов:
TAmix = [(А) + B (B)] / [A + B]
Уравнение 7 может быть использована для расчета изменения в ТП для замены воды в баке, для добавления известковой, для разбавления резервуар для воды с чистой водой, а также множество других ситуациях, когда вы, возможно, захотите узнать, что окончательное щелочность будет. Он также может быть использован для расчета сокращения щелочности, вызванных сильными кислотами, где щелочность кислота является просто нормальное прочность кислоты в виде отрицательного числа.

Другие определения щелочности

Любое определение щелочности, кроме общей щелочности, кажется, ведет к путанице. Например, Millero определяет щелочности карбоната (AC) в качестве щелочности поступающей из всего бикарбоната и карбоната (уравнение Cool. Некоторые наборы использовать это определение, а также.
(Cool АС = [HCO - ] + 2 [CO - ]
К сожалению, другой ведущий автор, Панков, определяет щелочность (CO - - Alk) в качестве общей щелочности вплоть до рН, где все карбонат преобразуется в бикарбонат (бикарбонат точки эквивалентности или конечной точки, около рН 8,3 в пресной воде; о рН 7,3 в морской воде). Следовательно, это не в счет бикарбонат вообще, и не рассчитывать борной и другие ионы, которые занимают кислоты выше конечной точки карбоната. Для пресной воды, этот тип щелочности представлена ​​фенолфталеина конечной используемой в Hach и других наборов.
Другие определяют щелочность, как только той части общей щелочности вплоть до конечной точки угольной кислоты, которая исходит от карбонат-ионов, эксклюзивные бикарбоната, гидроксид, борат, и т.д., и есть еще другие определения щелочности. Гидроксид Щелочность (ОН - - Alk), которую иногда называют каустическую щелочность, определяется некоторыми как в общей щелочности вплоть до точки эквивалентности карбоната (приблизительно рН 10,7, в пресной воде).
Один тестовый набор ( Seachem ) обеспечивает проверку на бората и гидроксида щелочности. Я не проверял этот комплект, чтобы знать, эффективно ли это или нет.
Из-за этих потенциальных точек путаницы, в любой дискуссии щелочности, кроме общей щелочности, нужно быть очень ясно о том, используются определения.

Единицы щелочности

Различные блоки, используемые для щелочности сами вызывать путаницы. Яркий блок, и используется большинством ученых миллиэквивалента на L (мг-экв / л). Для 1 мМ раствором бикарбоната, щелочность 1 мг-экв / л. Так карбонат занимает два протона для каждой молекулы карбоната, он «считается» в два раза, и 1 мМ раствор карбоната имеет щелочность 2 мг-экв / л.
Устройство, которое используется многими наборов и ряде отраслей включает представляющая щелочность в расчете на количество карбоната кальция, которые должны были бы быть растворен в пресной воде, чтобы дать такой же щелочность. Как правило, он сообщил, как карбонат млн кальция. Конечно, это не имеет ничего общего с кальцием, и не может быть никакого карбоната в воде вообще. Тем не менее, он часто используется. Поскольку карбонат кальция весит 100 г / моль (100 мг / ммоль), затем раствор, который имеет щелочность 100 частей на миллион эквивалента карбоната кальция содержит 100 мг / л карбоната кальция, деленное на 100 мг / ммоль карбоната кальция = 1 ммоль / л карбоната кальция эквивалентны. Поскольку карбонат имеет 2 эквивалентов на моль, эта 100 частей на миллион щелочности эквивалентно 2 мг-экв / л. Таким образом, чтобы преобразовать щелочность, выраженную в промилле CaCO 3 в мг-экв / л, разделите на 50.
Рисунок 4. Два Trachyphyllia geoffroyi в рефугиум бака автора. РН рефугиум часто выше, чем бака из-за процессов фотосинтеза, снижающих CO 2 , но щелочность в основном без изменений, как описано в принципе сохранения щелочности .
Наконец, есть немецкий термин DKH (степени твердости карбоната), или просто KH (карбонатная жесткость) .Strictly говоря, это то же самое, карбонатной щелочности (AC в уравнении Cool. К сожалению, это очень запутанной термин, поскольку он не имеет ничего общего с твердостью. Кроме того, был поврежден морской хобби аквариума в виду такой же, как общей щелочности, и каждый тестовый набор, который проверяет DKH с одного титрования дает общую щелочность. Только комплект, который я знаю, что даже делает различие между карбонатной щелочности и общей щелочности является одним из Seachem комплекты (Риф Статус: магния, карбонат, и Борат), и это, к счастью, не используют термин DKH вообще. Следовательно, большинство любителей должны думать о DKH как просто другая мера общей щелочности. Результаты, полученные с такого набора (DKH) могут быть разделены с помощью 2,8 с получением щелочность в мг-экв / л.
avatar
Игорь НЭМО
Admin
Admin

Сообщения : 254
Очки : 2342
Репутация : 37
Дата регистрации : 2014-12-31
Возраст : 26
Откуда : харьков

Посмотреть профиль http://akvaforum.mirbb.com

Вернуться к началу Перейти вниз

Опубликовать эту запись на: Excite BookmarksDiggRedditDel.icio.usGoogleLiveSlashdotNetscapeTechnoratiStumbleUponNewsvineFurlYahooSmarking

 
Права доступа к этому форуму:
Вы не можете отвечать на сообщения