Бор в морской воде

В естественной морской воды, бор присутствует в количестве около 0,41 мм (4,4 частей на миллион общей бора) и принимает два различных химических формах. Форма преобладают в борную кислоту, содержащую около 70% от общего настоящее бора. Борная кислота, В (ОН) ₃ , состоит из центрального атома бора и три гидроксильные группы, расположенные в виде треугольника (фиг 1). Вторая форма бората, В (ОН) ₄ ^- . Он состоит из центрального атома бора и четыре гидроксильные группы, расположенные в тетраэдра (рис 1). Он несет отрицательный заряд, в то время как борная кислота является нейтральным. Эти две формы могут переходить одна в менее чем за секунду, так что обе формы находятся в химическом равновесии друг с другом.

Буферизация нормальной морской воды

Точный процент борной кислоты и бората в любой водной системе, зависит от рН. РКа борной кислоты в морской воде составляет около 8,55, в зависимости от temperature.1 То есть, рН, где обе формы в равной степени представлены около 8,55 в нормальном рифа бак тропических. При более низких значениях рН, таких как те, в большинстве танков рифов, есть более, чем борная кислота бората.
Тот факт, что обе формы связаны уравнением 1 объясняет, почему борную кислоту и борат вместе образуют буферную систему:
1) В (ОН) ₃ + Н ₂ O → B (OH) ₄ ^- + Н ⁺ (рКа ~ 8,55)

Если рН в системе, содержащей обе формы были начать расти по какой-либо причине, некоторые из B (OH) ₃ будет преобразован в B (OH) ₄ ^- , выпуская протон, H ⁺ . PH бы потом не растет так, как это могли бы. Аналогично, если значение рН в этой системе должны были начать падать по какой-либо причине, некоторые из B (OH) ₄ ^- бы быть преобразован в B (OH) ₃ , занимая протон. PH бы потом не упасть так же, как это могли бы.
Этот эффект, как именно работает стандартный буфер.
Другая система, которая значительно буферы рН в нормальной морской воде бикарбонат / карбонат система:
2) HCO ₃ ^- → CO ₃ ^2- + H ⁺ (рКа ~ 8,92)
Относительно буферизации этих двух систем (уравнения 1 и 2) зависит от количества каждого системного настоящее время, а также от рН. Для любого заданного буферной системой, то получается, что рН, при котором он дает оптимальный буферизации соответствует рКа, где есть равное количество каждого из двух форм буферного настоящее время. Почему именно это так выходит за рамки этой статьи, но это связано с тем, что для данного дополнительных изменение рН, более буфера изменит форму в то рН, чем это было изменить форму в любой более высокой или более низкой рН, и, кроме того, дальше что рН от рКа, тем меньше эффективна емкость этого буферного системы, чтобы противостоять изменениям рН.
Буферная емкость может быть определена количественно, используя интенсивность буфера, б, математически определяется таким образом, чтобы легко вычислить, но это не стоит подробно here.2 единиц интенсивности буферизации может быть выражена как мг-экв / л или мг-экв / л / pH блок (это эквивалентно поскольку значения рН действительно безразмерный параметр). Мысли о нем, как блок мэкв / л / рН делает его легче понять, что это мера количества щелочности (или кислотности, либо один измеряется в мг-экв / л), который должен быть добавлен, чтобы воздействовать на рН вверх или вниз одна единица (хотя это существенное упрощение).
В случае нормальной морской воде при рН 8,2, B = 0,19 мг-экв / л / рН блок для кислота / борат системы борной и 0,63 мг-экв / л / Устройство рН для бикарбоната / карбонат системы. Эти значения являются аддитивными, и привести к полной буферизации блока B = 0,82 мг-экв / л / рН. В этих условиях, борная кислота / борат система обеспечивает около 23% от общего буферизации, в то время как бикарбонат / карбонат система обеспечивает около 77%.

Если рН нормальной морской воды повышается до 8,5, общий буферизации B = 1,2 мэкв / л / Устройство рН, или примерно на 40% больше, чем при рН 8,2 (из-за обе системы находятся ближе к рКа). При этом рН относительный вклад двух систем общей мощностью лишь немного отличается, чем при рН 8,2, с 20% от бората и 80% из карбоната.
Если рН нормальной морской воды понижается до 7,8, общий буферизации B = 0,42 мг-экв / л / Устройство рН, или около половины, что при рН 8,2 (из-за обе системы дальше от рКа). При этом рН относительный вклад двух систем суммарной мощностью также незначительно отличается, чем при рН 8,2, с 29% от бората и 71% из карбоната.

Буферизация в искусственной морской воде

В искусственной морской воде буферизации могут быть очень разными, чем в естественной морской воде. В искусственной морской воде при рН 8,2, выполненные с помощью Seachem соль, где кислота / борат система борной искусственно очень высока ( 12X нормально ) 3, борная кислота / борат система предоставит огромную B = 2,3 мг-экв / л / ед рН, который является целых 78% от общего буферизации блока B = 2,9 мэкв / л / рН. Эта сумма общего буферизации (3.5X сумма в нормальном морской воды) будет идти долгий путь к принятию рН много стабильнее, чем в естественной морской воде, и причина того, что Seachem включает его в соленой смеси. Будь это преимущество стоит опасения, представленные в этой статье о необычно высокой концентрации бора до аквариумистов решить для себя.
Кроме того, в искусственной морской воде с нормальным количеством бора, но искусственно высокой общей щелочностью (например, 4 мг-экв / л или 11 DKH, а присутствует во многих резервуарах рифов), общее буферизации о б = 1,2 мэкв / л / рН Блок, или около 50% больше, чем обычно в морской воде. В этом случае, относительный вклад системы бората с общей буфера меньше, или только около 16% от общего количества.

Будет обедненного Бор Причина Качели Большой рН?

Бор может быть медленно обедненного в некоторой рифа аквариумов, и что возможно будет более подробно описано ниже. Если это так, было бы, что влияние буферизации таким образом, что аквариумисты будут испытывать значительно большие колебания рН? Отвечая на вопрос, с другой стороны: Если аквариумистов беспокоиться о бората с точки зрения буферной? Как правило, нет, на мой взгляд. В некоторых ситуациях, где стабильность рН потенциально предпочтительным первостепенное значение, нормальный или избыточный борат. В нормальном бака рифа, это вряд ли будет важно вообще.
Давайте посмотрим на самый крайний случай: Будет ли танк без опыта бора чрезмерные колебания рН? Во-первых, позвольте мне квалифицировать это все обсуждение с идеей, что есть мало информации о влиянии колебаний рН на жителей резервуара. Например, нет никаких доказательств, что бак с суточным ходом рН 0,10 или 0,01 единиц рН-либо лучше (или хуже), чем один с ходом 0,2 или 0,3 единиц. Большие перепады вполне может качаться вас из общей оптимальном диапазоне (который я обычно описывают как рН от 7,8 до 8,5), но сам по себе качели не относятся там. Если бы оказалось, что колебания рН той или иной величины оказались проблематичными, которые могут изменить обсуждение, которое следует. Отметим также, что океан не привязан к конкретной рН и лагуны, в частности, может перейти на несколько десятых единицы рН daily.1
Таким образом, бак с общей щелочности 3 мг-экв / л (что характерно для рифовых аквариумов) и нормальными уровнями бора, имеет 20% из них буферизации, б, при условии, борной кислоты / бората. Будет удаления, что 20% буферизации сделать суточный качели рН больше? Да, конечно. Как гораздо больше?
Хотя эти эффекты могут быть рассчитаны точно (хотя это утомительно), или измерить точно в эксперименте, вот обоснованного упрощения, что справедливо для небольших колебаний рН:

• Изменение рН = (кислота или на основе добавлено) / B
  
  

Так что, если один имеет качели рН 0,10 единиц рН, а, б уменьшилась на 20%, то качели станет 0,125 единиц рН.Точно так же размах 0,20 единиц рН становится изменение 0,25 единиц рН.
Хотя различные аквариумисты могут по-разному реагируют на величину этого эффекта, помните, что это эффект, вызванный полным отсутствием бора в баке. В недавнем исследовании 4 риф резервуар для воды, было установлено, что типичные танки рифа не были далеки от естественного уровня бора, и даже очень низкая, исследователи проанализировали была половина стоимости, так бы и около половины прироста качели, показанной выше.
Для сравнения, рифовый аквариум (рН 8,2) без борной кислоты / бората вообще, и общей щелочности 4 мг-экв / л (11 DKH) имеет б = 1,0 мг-экв / л / ед рН, или около 25% больше общего буферизации чем нормальный морской воды.
Эти различные сравнения должны помочь аквариумистов понять относительный вклад бората буферизации, и понять, что небольшое истощение (или избыток) бора останется незамеченным с точки зрения изменений рН.Даже полное отсутствие бората не может быть обнаружен в величине ежедневного настоящее качания рН в большинстве танков рифов.

Истощение бора в рифовых аквариумов

Большинство искусственных соль смешивается 3 имеют бор примерно в естественных уровней (0,41 мм; 4,4 млн бора), за исключением брендов Seachem (4,9 ммоль) и Coralife (1,26 мм), хотя последнее испытание 4 показали бор в Instant океана немного ниже (0,31 мМ), чем в предыдущем тесте (0,44 мМ). 3 Начиная с естественного уровня, если суммы бора, входящие в бак не балансируют, что вывозят, уровни бора может либо повышение или понижение в течение долгого времени. В 1 ½-летнего рифового аквариума бака Стива Николса, например, он использовал мгновенных Ocean соли смеси, не используется никаких других конкретных бора добавок и несколько изменений воды, и его танк Недавно была измерена чтобы получить концентрацию бора в 0,28 мм (3,0 частей на миллион). Этот результат составляет порядка 40% ниже, чем естественной морской воде, но только немного ниже (12%), чем автомикс океана соли в этом же тесте 4. В этом исследовании 4, средняя бак был исчерпан лишь около 10% по сравнению с естественной морской воде (хотя были выбросы на 2X естественного уровня, а также на половину естественного уровня).

Бора Раковины: кальцификации

Одним из основных раковина для бора в рифовых аквариумов, как ожидается, будет совместное осаждение с карбонатом кальция. Как правило, бора находится добавлять на 50-100 частей на миллион в кораллов, но фактические значения варьируются considerably.5,6 бора в коралловых скелетов в последнее время горячей темой исследования с помощью химических океанологов. В частности, включение различных изотопов бора в коралловых скелетов была выдвинута гипотеза, что показатель рН морской воды, и, следовательно, способ измерения древний морской рН.
Причина дифференциального изотопного включения в том, что борная кислота немного (2%), обогащенный 11В относительно борат, который обогащен 10B. Причина этого в том, что обогащение борной кислоты, содержащей 10B очень слегка более кислый, чем борной кислоты, содержащей 11B, 10B и, следовательно, более в виде бората в любой момент рН. Фактическое обогащение будет зависеть в некоторой степени от рН, так как два кислот имеют различные величины рКа. Следовательно, поскольку выясняется, бор предпочтительно включены в СаСО ₃ от формы бората, то, глядя на изотопного соотношения в коралловых и фораминифер скелетов может привести его обратно к рН, который присутствовал при CaCO ₃ был сдан на хранение. В то время как вопрос изотоп является захватывающим, и открыты для обсуждения, дальнейшее обсуждение выходит за рамки этой статьи. Тем не менее, это привело к большим изучения бора в кораллов и других древних источников СаСО ₃ , так что концентрации хорошо изучены.
Количество бора, которые, как ожидается, будет совместно осаждают карбонат кальция в резервуаре рифа, конечно, зависит от того, сколько карбоната кальция осаждается. На высоком конце ставок кальцификации в рифовых аквариумах , 7 10 кг СаСО ₃ / год на 100 галлонов (как ежедневное потребление 1,4 мг-экв / л щелочности), можно подсчитать, что 50 млн включение результатов бора к истощению бора 500 мг в год, или 0,12 мм, около 30% от естественного уровня бора.
Кроме того, на средних и низких конце ставок кальцификации в рифовых аквариумах, около 2 кг СаСО ₃ / год на 100 галлонов (как ежедневное потребление 0,28 мг-экв / л щелочности), можно подсчитать, что 50 млн включение результатов бора в истощение бора 100 мг в год, или 0,02 мм, около 6% от естественного уровня бора.

Бора Раковины: Водоросли

Еще раковина бора является биологическим поглощение водорослями. Водоросли не столь широко изучены в отношении бора в качестве кораллы и другие организмы, которые сдают CaCO ₃ , но количество участвующих может быть значительным. Одно исследование 26 морских водорослей показали бор включены в 50-300 частей на миллион сухой weight.8
Расчеты, аналогичные тем, для отложения карбонатов кальция (выше) применяется для роста и уборки водорослей. Во многих резервуарах, осаждение карбоната кальция, вероятно, будет больше, вклад бора экспорт, чем это сбор макроводорослей. Однако удаление водорослей может быть самым большим бора механизм экспорта для танков с низким кальцификации, но тяжелый сбор Макроводоросли (как моя собственная, где водоросли сбор может опережать отложение кальция в пересчете на массу).

Источники бора

Источники бора, кроме смеси соли, используемой в морском аквариуме, может быть любой из следующих:
1)Продукты
2)Растворение СаСО ₃ / CO ₂ в реакторе среде, содержащей значительное бор
3)Другие кальция и щелочности добавки с побочной бора
4)Щелочность добавки, которые содержат борат как преднамеренное добавки
5)Продуктов питания. В недавнем исследовании продуктов 9,10 поставляемых морского аквариума, было показано, что большинство из них содержат очень мало на пути бора. Ни один не имел количественной оценке уровней, то есть они были меньше, чем 2,5 м.д. бора. Если вы добавили 5 граммов пищи с 2,5 промилле бора до 100 литровый аквариум каждый день, вы бы добавлять в общей сложности 4,5 мг бора в год, или 0,001 мм в год, что составляет менее 1% от природного Уровень boron.Since водорослей может содержать значительное бор, 8 кормления водоросли могут быть важным источником. Если Вы устали от 5 г сухого водорослей в день на 100 литровый аквариум (довольно изрядную сумму), затем в 200 частей на миллион бора в водорослей, что 5 граммов способствует 1 мг бора, или 0,24 мм до бака в день. В год, что бы добавить 0,09 мм, что составляет около 22% от естественного уровня бора.
6)Растворение CaCO ₃ / CO ₂ СМИ. Этот метод кажется, что это должно быть хорошим источником бора, предполагая, что люди с использованием дробленого кораллы. По какой-то причине, однако, коммерческие материалы вокруг очень низким бора, намного ниже, чем отчетных значений для бора в коралловых скелетов. В двух исследованиях, 11,12 было установлено, что бор в диапазоне от менее чем 0,25 частей на миллион  до 0,7 частей на миллион  до 1,7 частей на миллион

Все эти СМИ в конечном итоге небольшие взносы в бак бора, даже в случаях с достаточно высокой кальцификации.Например, танк с годовой процентной кальцификации 10 кг СаСО ₃ на 100 галлонов воды в резервуаре (ежедневно добавлением 1,4 мг-экв / л щелочности) приводит к поставке только 17 мг Всего в этом 100 литров, или только 0,004 мМ (0,045 млн) бора с помощью супер-Calc Gold. Эта сумма включает в себя только 1% от естественного уровня бора. Конечно, носители с более высокими концентрациями бора, как коралловые скелеты, соответствующих тем, в литературе, может привести к чистой добавлением пятьдесят раз больше, чем уровень, который затем становится весьма значительным.

Бор в щелочными добавками

Некоторые бренды щелочными добавками или "буфера", как утверждается, содержат добавленный бор (такие, как морской аквариум буфера, Pro ● буфера DKH и Superbuffer DKH из Кента), в то время как другие этого не делают (например, Reef Builder, Reef буфер и Риф Карбонат сделаны Seachem). К сожалению, те, которые содержат бор не указывают, насколько, либо на бутылке, или когда производитель непосредственно просили. Только заявление, что это "важный вклад". Следовательно, это не очевидно, без лабораторных испытаний, является ли достаточно велики, чтобы быть полезным количества бора настоящего. Кроме того, не очевидно ли количество присутствующих может быть достаточно высокой, чтобы вызвать некоторые из нежелательных эффектов бора, которые описаны ниже.

Из двух частей кальция и щелочности добавки: Влияние бора

Другая серия продуктов, которые должны содержать бор из двух частей кальция и щелочности добавки, которые утверждают, что оставить только естественный морской ионной остатка после удаления карбоната кальция. То есть, они содержат все ионы бора, в том числе, в естественных соотношениях с морской водой, за исключением кальция, карбонат и бикарбонат (как это имеет место в B-ионных соответствии с Бобом Старка в ESV). Если предположить, что такие добавки правильно сформулирована, то они не должны привести к увеличению бора выше естественного уровня, хотя они могут помочь "сохранить" его, если он в противном случае истощаются (как смена воды будет).

Биологические аспекты бора для морского аквариума

Для такого повсеместного химической, там на самом деле очень мало известно о биологических эффектах бора. В одном недавнем обзоре, 13 сказано:
Сосудистые растения, диатомовые водоросли и некоторые виды морских жгутиконосцев водорослей имеют абс. Требования к B, хотя основная роль остается неизвестной.
Кроме того, некоторые виды водорослей (например, Gracilaria tikvahiae), по-видимому расти более быстрыми темпами в присутствии естественного уровня бора, чем его полное absence.14 В одном случае, известно, что сине-зеленые водоросли Nostoc Linckia использует бор для формирования borophycin , мощным цитотоксическим соединением, которое может использоваться для защиты. 15
Он также предположил, некоторые люди в хобби, но не продемонстрировали, что Борат может быть важным для кальцификации. Так же, как с вопросами по всему стронция, я не знаю ни одного исследования, которое испытал рост в кальцифицирующая кораллов в отсутствие бората, так что отсутствие каких-либо данных, возможно, просто отражает отсутствие кто-то на самом деле работает тест. Тем не менее, нет никаких доказательств, что кальцификация изменяется, если бор позволили стать обедненный (или поднимается, если на то пошло).
В то время как эти данные очень редкими, эти исследования показывают, что желательно, чтобы поддерживать естественные уровни бора в рифов танков.

Повышенные Бор: Токсичность

При уровнях выше бора, присутствующего в естественной морской воде, а подается в некоторых искусственных солевых смесей и как может развиваться от чрезмерного добавок бора, бор начинает оказывать нежелательное токсическое от ряда организмов. Исследования на морские организмы не широкий круг вопросов, так что надо быть осторожным в том, как интерпретировать уровни выше естественной морской воде, так как тесты не был запущен на большинство организмов, которые мы держим.
В общем, морские организмы (беспозвоночные и рыбы), казалось бы, более склонны испытывать токсичность из бора, чем пресноводные виды. Морской изопода Limnoria lignorum имеет 24-часовой ЛК50 (то есть, концентрации, при которой 50% умирают в течение 24 часов) только 2,6 мм (28 г бора) 0,16 То есть всего около 6 раз концентрация в естественной морской воде (и является НИЖЕ концентрации в Seachem смеси соли!). Кроме того, DAB, Лиманды Лиманды (Северное море FISH), имеет 96-часовой ЛК50 6,8 мм (74 млн бора) 0,16
Много дополнительных биологических эффектов можно найти на веб-сайтах охране окружающей среды Канады отдела Министерства водных ресурсов, земель и охране атмосферного воздуха 17 и Международная программа Организации Объединенных Наций по химической безопасности . 18

Повышенные Бор: Ошибочные Интерпретация щелочности испытаний

Один осложняется тем, что исходит от существенно повышенной борной кислоты смешению интерпретациищелочности испытаний . 19 Когда аквариумистов обеспокоены щелочности, они почти всегда связаны с щелочности, что исходит от бикарбоната и карбоната, и это в основном используется в качестве косвенного показателя бикарбоната, который является необходимым для кальцификации 0,20 Почти все хобби наборы мера щелочности с одной титрованием, что обеспечивает общую щелочность , 19, который является суммой бикарбоната, карбоната, и бората щелочности. Когда уровни бора похожи на естественные уровни, то вклад бората в этом тесте минимальна, и, как правило, спокойно игнорировать в руководящих принципах для щелочности (например, сохраняя рифовый аквариум на 2,5-4 мг-экв / л общая щелочность).
Тем не менее, если уровень бора существенно выше естественного уровня, как это в Seachem смеси соли с 12x нормальных уровней, борат может фактически начинают преобладать такие тесты , 19 и делает зная реальную бикарбонат и карбонат щелочность намного сложнее. Seachem продает специальный тестовый комплект борат щелочности, чтобы попытаться отделить эти эффекты, но это только действительно необходимо с баком для воды, который содержит значительно повышенные уровни бора.

Тестирование и дополнений Бор

Если вы заинтересованы в измерении бор в вашем аквариуме, Salifert делает тестовый бор комплект, а также в качестве дополнения для добавления бора. Я бы посоветовал поддержания уровня, близкого естественным (0,41 мм; 4,4 млн бор), а не какой-либо повышенного уровня с целью того, чтобы пытаться достичь большей стабильности рН, но это только мое личное предпочтение, и вы можете чувствовать по-другому о стабильности рН ,
Если у вас есть тестовый набор, и вы хотите, чтобы дополнить бор, вы можете просто использовать буру (из продуктового магазина; бура 21,5% бора по весу), растворенный в воде. Одна чайная ложка будет весить около 4 граммов , 21 Таким образом, 1 чайную ложку в 100 литровый аквариум будет поднять уровень бора 0,21 мМ (2,3 промилле).
В общем, я не думаю, что большинство танков риф, скорее всего, сильно страдают, если вы не измеряете бор и пусть уровень определяется приливами и отливами бора из микса соли и различных поглотителей в баке. По какой-то стоит, я не измеряли уровень бора в моем аквариуме.

Повышение рН Стабильность

Если вы беспокоитесь о стабильности рН, вот список действий, которые могут быть приняты для уменьшения суточного качели рН в рифовый аквариум:

1) Увеличение аэрации. Так суточный качели рН в значительной степени происходит от изменений в СО ₂ в резервуаре, "Perfect" аэрации будет почти полностью устранить любые качели рН. Тем не менее, идеально аэрации довольно трудно достичь в рифовый аквариум, но лучше аэрация может уменьшить большие качели рН.

2. Используйте известковой воды и других высокопоставленных рН щелочность добавки только между поздней ночи и рано утром.
3.Используйте СаСО ₃ / CO ₂ реакторов только между поздним утром и поздним вечером.
4.Подключите обратный дневного бак или горит рефугиум к существующей системе.
5.Увеличьте щелочность.
6.Повышение уровня бора.

Счастливый рифы!