|
|
| Химические элементы в жизни рыб. Кислород
Все живые организмы нуждаются в кислороде. Этот газ они поглощают при дыхании. В воде,
даже насыщенной кислородом (а не воздухом), при температуре 20ºС объемная доля кислорода составляет не более 1%.
Дыхание рыб в водной среде осуществляется главным-образом при помощи жабр: вода с
растворенным кислородом проходит через рот в жабры, где растворенный кислород поглощается и поступает в организм. Степень поглощения кислорода из воды при таком способе дыхания очень высока и составляет до 30%.
У некоторых рыб существуют и дополнительные органы дыхания: они поглощают кислород через кожу или при помощи специальных органов, характерных для отдельных видов, родов или семейств. Например, у рыб семейства Anabantidae, к которым относятся многие популярные представители аквариумной ихтиофауны (гурами, петушки, лялиусы, макроподы), имеется особый орган — жаберный лабиринт, позволяющий поглощать кислород из воздуха. Если эти рыбы не имеют возможности подняться к поверхности воды в течение нескольких часов, то они погибают. Кислород, попадающий через жабры и другие органы дыхания в организм, поступает в кровь и разносится по всему телу рыбы. Он участвует в процессе окисления органических веществ. Эти окислительно-восстановительные реакции поставляют энергию для поддержания жизнедеятельности рыб.
Каковы источники кислорода в аквариумной воде? Главный из них, как и в природных водоемах, естественный газообмен с окружающим воздухом. Этот газообмен улучшается, если в водоеме имеются волны, пороги, перекаты (в аквариумных условиях их заменяет принудительная аэрация воды при помощи помп или микрокомпрессоров). Значительное количество кислорода в процессе фотосинтеза поставляют растения. Растворенный в воде кислород поглощается рыбами и другими аквариумными животными и в ночное время растениями. Он расходуется также при разложении экскрементов, остатков растений и мертвых рыб. Количество кислорода, которое необходимо рыбам, бывает различным и во многом зависит от температуры воды, вида и размера рыб, степени их активности и других факторов.
Температура воды влияет на содержание в ней кислорода: как известно, растворимость газов
уменьшается при увеличении температуры жидкости . Обычно содержание кислорода
в воде, контактирующей с атмосферным воздухом, меньше предельной растворимости,
и составляет 0,7 мл в 100 г воды при 15ºС, 0,63 мл — при 20ºС и 0,58 мл —
при 25ºС. Это содержание кислорода вполне достаточно для аквариумных обитателей, т. к.
установлено, что наиболее оптимальным для них содержанием O2 является от 0,55 мл до 0,7 мл в 100 г воды.
С увеличением температуры воды содержание в ней кислорода падает, а потребность рыб в нем возрастает. Это вызывает необходимость во многих случаях устанавливать устройства для аэрации воды в аквариуме. С учетом требуемого количества кислорода подбираются воздушные компрессоры. Как правило, наиболее требовательные к
содержанию кислорода рыбы живут в природе в реках и ручьях с быстрым течением, имеющих перекаты, пороги, водопады. Рыбы, обитающие в медленно текущих реках (особенно с водой, богатой органическими веществами), небольших прудах и озерах, обычно нуждаются в меньшем содержании кислорода в воде.
В процессе роста аквариумных растений (на свету) они выделяют кислород, в темное время суток растения поглощают кислород из воды. Поэтому, несмотря на то, что активность рыб понижается, и они требуют меньше кислорода, может возникнуть его нехватка.
Аэрация воды в аквариумах обычно осуществляется при помощи микрокомпрессоров через
распылители из пористых материалов: песчаника, керамики, пористых металлов.
| Химические элементы в жизни рыб. Азот
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 100 г 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.
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 и Танганьика (pH должен составлять 7,5 —
9), и любителям морского аквариума (pH около 8,3).
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. Мы исследовали состав аквариумной воды, при этом был проведен химический анализ образцов на содержание соединений азота — аммиака, нитратов и нитритов.
| Химические элементы в жизни рыб. Углерод Углекислый газ и карбонаты
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.
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 CO2 находится 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‾
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: 6СO2 + 6H2O = С6Н12O6 (глюкоза) + 6O2
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 удушьяв аквариумах без искусственной аэрации.
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 40 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, 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.
Однако кислотность и карбонатная жесткость не являются единственными факторами,
определяющими углекислотно-известковое равновесие воды в аквариуме.
Это равновесие зависит от целого ряда факторов:
1. Объем (вместимость аквариума). Как правило, в аквариумах большого объема равновесные процессы более устойчивы.
2. Геометрические размеры аквариума (соотношение длины, высоты и ширины). В аквариуме
с большой площадью поверхности лучше осуществляется газообмен, с воздухом.
3. Количество рыб и других аквариумных животных, выделяющих углекислый газ при
дыхании.
4. Количество растений в аквариуме, которые, в зависимости от освещенности, выделяют или
поглощают углекислый газ.
5. Интенсивность освещения, влияющая на жизнедеятельность аквариумных растений.
6. Химический состав воды, наливаемой в аквариум. Наиболее важный фактор — карбонатная жесткость (dKH).
7. Режим кормления рыб. Разлагающийся избыточный корм становится источником
углекислого газа.
8. Температура воды. Влияет на растворимость карбонатов, углекислого газа, на скорость всех химических реакций.
9. Грунт. От содержания карбонатов в грунте зависит гидрохимический состав воды.
10. Движение воды за счет аквариумных фильтров, микрокомпрессоров, помп. Влияет на
насыщение воды углекислым газом из воздуха и растворимость карбонатов.
Все указанные факторы говорят о сложной зависимости равновесия от условий содержания
аквариума: из-за такого большого комплекса факторов часто бывает невозможно предугадать
направление смещения углекислотно-известкового равновесия и соответствующее ему изменение гидрохимического состава аквариумной воды.
Расскажем подробнее о роли углекислого газа в жизнедеятельности растений. Как известно,
растения состоят из органических соединений, т. е. соединений, основу (скелет) которых
составляет углерод. Нарастание биомассы растений связано с необходимостью подпитки их извне соединениями углерода. Основным веществом, служащим для питания растений является углекислый газ. Растения ассимилируют (поглощают) CO2, превращая его в органические соединения — глюкозу, крахмал и другие (схема простейшего процесса описана выше).
Поглощение CO2 связано с изменением pH среды: сдвигом его значения в щелочную сторону.
Содержание углекислого газа в аквариумной воде, снижается при
уменьшении жесткости и уменьшении кислотности воды. Поэтому очень мягкая и особенно
щелочная вода неблагоприятны для растений. Многие аквариумные растения прекращают рост даже в слабощелочной среде (при pH около 8).
Забирая углекислый газ из воды, растения сами ухудшают условия своего существования; для их улучшения необходим новый источник углерода. Некоторые растения могут использовать в процессе фотосинтеза только свободный CO2, растворенный в воде. Если весь углекислый газ израсходован, то процесс фотосинтеза прекращается, и рост растения останавливается.
|
Химические элементы в жизни рыб. ХлорВодопроводная вода в
населенных пунктах подвергается
обеззараживанию. Одним из
распространенных
способов подготовки воды является
растворение в ней хлора. Так называемая
хлорированная вода довольно опасна для
аквариумных обитателей.
Хлор представляет собой
ядовитый зеленоватый газ со специфическим
резким запахом, хорошо растворимый в
воде. Его молекулы состоят из двух атомов
— Cl2. Хлор не только
дезинфицирующее
средство, но и сильный окислитель и
отбеливатель, поэтому его второе
назначение — окисление
и обесцвечивание органических веществ,
содержащихся в воде. Хлор взаимодействует
с водой, образуя соляную кислоту HCl и
хлорноватистую HOCl:
Cl2 + H2O = HCl +HclO Хлорноватистая
кислота в некоторой степени диссоциирует
на ионы H+ и OCl‾ (гипохлорит-ион): HOCl = H+ +
Ocl‾
Содержание HOCl и ионов
OCl‾ в воде зависит от ее кислотности .
В кислой среде
преобладают
недиссоциированные молекулы HOCl, а в
щелочной - гипохлорит-ионы OCl‾.
Хлор, как уже отмечалось,
является ядовитым веществом. Установлено,
что токсичность водных растворов хлора
обусловлена присутствием в них
недиссоциированных молекул хлорноватистой
кислоты HOCl, а ионы OCl‾ менее вредны.
Поэтому хлорированная вода наиболее
опасна, если она имеет кислую, нейтральную
или очень слабощелочную реакцию. I Рыбы
реагируют на очень низкие концентрации
хлора: до 10‾ 8 — 10‾ 7 мг/л. Для большинства
аквариумных рыб предельная концентрация
хлора в воде — 0,25 мг/л. Известно, что
хлорированная вода с содержанием Cl2
1 мг/л довольно быстро убивает
практически всех рыб. Токсическое
действие хлора связано с разрушением
жаберных органов рыб. Вредна ли
хлорированная вода для других животных
и для
человека? Растения
менее чувствительны к хлорированной
воде, Лишь у видов с очень нежными тканями
могут разрушаться листья. Однако, как
правило, гибели растения не происходит.
Когда аквариумист
использует хлорированную воду, ей
необходимо дать отстояться 2—3 дня или
использовать препараты для снижения
уровня хлоридов в воде, которые превращают
его в малотоксичные вещества. В качестве
такого препарата можно использовать,
например тиосульфат натрия Na2S2O3,
восстанавливающий хлор до хлорид-ионов
Cl‾:
4Cl2 + Na2S2O3
+ 5 H2O = Na2SO4 + H2SO4
+ 8HCl
Можно использовать
также адсорбционный метод: при пропускании
хлорированной воды через активированный
уголь, хлор адсорбируется на нем и вода
освобождается от токсичного
компонента.
Особый вопрос — частая
подмена воды в давно организованных
аквариумах. Во многих
руководствах сказано,
что хлорированную воду при такой подмене
можно заливать в аквариум без
предварительной обработки. Действительно,
это можно делать, т. к. в течение 1—2
секунд хлор реагирует с органическими
веществами и аммиаком, которые содержатся
в воде действующего аквариума, и не
успевает оказать вредное действие на
рыб. Однако количество заливаемой воды
не должно превышать 25% объема аквариума.
Если же есть возможность приготовить
воду с помощью специальных препаратов
или дать ей немного отстояться, то это
всегда лучше сделать, чтобы обезопасить
рыб. Особенно опасно использовать
хлорированную воду в период весеннего
паводка, когда для лучшего обеззараживания
воды концентрацию хлора в ней повышают.
|
|
| Ротвейлер Клуб |
|
| Международные организации |
|
| Статистика |
Онлайн всего: 1 Гостей: 1 Пользователей: 0 |
|
