Aby to bylo po ruce - akvaristické užitečnosti

Obsah:

Tvrdost

Alkalita

Uhličitanový systém a Tillmansova tabulka

Obsah kyslíku ve vodě

Amoniak a amonium

Tvrdost

Tvrdost vody je tvořena výlučně kationty vápenatými (Ca²⁺) a hořečnatými (Mg²⁺); ničím jiným. Je v principu nezávislá na obsahu dalších látek ve vodě, konkrétně na alkalitě (i když značky jsou podobné), a na pH (i když vyšší pH je často spojeno s vyšší tvrdostí). Tvrdost poskytuje jen velmi přibližnou představu o celkové mineralizaci; za tím účelem je vhodnější měřit vodivost.

My jsme zvyklí měřit tvrdost ve stupních německých (°dGH), kdežto vodárny ji správněji udávají v mmol/l (milimol na litr). Vápník i hořčík – vždy odděleně! - můžeme měřit i v mg/l (miligram na litr). Vzorce pro přepočet jsou následující:

1 mmol/l = 5.60774 °dGH

1 °dGH = 0.178325 mmol/l

Ca²⁺: 1 mg/l = 0.1399 °dGH = 0.024950 mmol/l

Mg²⁺: 1 mg/l = 0.2307 °dGH = 0.041135 mmol/l

Hodnoty pro vápník a hořčík jsou odlišné, protože atomy těchto prvků mají odlišnou hmotnost. Proto jejich hmotnostní koncentrace nemůžeme pro výpočet tvrdosti sčítat.

Pro přibližný převod poslouží graf:

Alkalita

Na rozdíl od tvrdosti, alkalita přímo souvisí s pH. Je to vlastně číslo, které udává, kolik silné kyseliny musíme do vody přidat, aby její pH kleslo na 4.5. Proto údaj o alkalitě nalezneme ve zprávách z vodárny pod zkratkou KNK_4,5 znamenající kyselinová neutralizační kapacita (do pH 4.5). Můžeme se setkat i s označením pufrační kapacita či ústojnost, což jsou ale trochu širší pojmy a nemusejí vždy mínit právě KNK_4,5.

Dříve se používal také termín uhličitanová tvrdost. Pochází to z toho, že v běžných vodách vždy tvoří alkalitu převážně hydrogenuhličitany. Je v tom však nepřesnost, protože na alkalitě se podílejí i další látky, zejména fosforečnany a ionty nejrůznějších organických kyselin (včetně huminových).

Podobně jako tvrdost, i alkalita se udává správně v mmol/l, ale my jsme zvyklí na německé stupně - °dKH. Přepočty:

1 mmol/l = 2.80387 °dKH

1 °dKH = 0.356650 mmol/l

HCO₃^-: 1 mg/l = 0.016389 mmol/l = 0.0460 °dKH

Pro rychlý převod opět poslouží graf:

Uhličitanový systém a Tillmansova tabulka

Poměr oxidu uhličitého (CO₂) a hydrogenuhličitanů (HCO₃^-) je závislý na pH, jak znázorňuje graf:

Podíly hydrogenuhličitanů (které tvoří alkalitu) a oxidu uhličitého lze vypočítat podle následujících vzorců:

 

Známe-li alkalitu a pH, můžeme se pokusit vypočítat koncentraci CO₂ z následujícího vzorce:

 

kde A je alkalita ve stupních německých (°dKH) a ρ(CO₂) je koncentrace oxidu uhličitého v mg/l.

Anebo můžeme totéž vyčíst z následující tabulky, nazývané Tillmansova, kde v prvním sloupci červeně je zadána alkalita (ve °dKH) a v prvním řádku modře pH, v ostatních polích koncentrace oxidu uhličitého v mg/l.

O užitečnosti uvedeného postupu zjištění koncentrace CO₂ lze vést diskuse. Je jisté, že rozpuštěné organické látky výsledek zkreslují. Ale když už pro nic jiného, je užitečné do tabulky nahlédnout pro ten případ, že pokud nám například v akváriu bez sycení CO₂ vyjde hodnota nad 10 mg/l, s vysokou pravděpodobností jsme buď alkalitu nebo pH zjistili nepřesně. Což se při použití běžných (kolorimetrických) testů stane velice snadno. A povšimněte si zejména, jak výrazně výsledek závisí na pH – nepřesnost o jednu, dvě desetiny vydá velmi odlišný výsledek.

Obsah kyslíku ve vodě

Pro výpočet obsahu kyslíku (O₂) ve vodě jsou vzorce tak složité, že je zde ani neuvádím. Jen připomenu některá fakta:

Kyslík a oxid uhličitý se „neperou“ o místo ve vodě, „nevytlačují“ jeden druhého. Fyzika je v tomto neoblomná. Ovšem biologie to může vidět trošku jinak, protože mnoho biologických procesů způsobuje spotřebu kyslíku za současného uvolňování oxidu uhličitého, nebo naopak.

Rozpustnost kyslíku klesá s mineralizací vody. Závislost je velmi mírná a ve sladkovodní akvaristice můžeme tento vliv zanedbat, a to i v případě, že máme vodu opravdu hodně mineralizovanou („tvrdou“). Při práci s mořskou vodou je to už jiná.

Čísla uvedená v následující tabulce a grafu uvádějí koncentraci kyslíku (v mg/l) v rovnovážném stavu, při dané teplotě a nadmořské výšce, a naznačují běžné výkyvy při pěkném (vysoký tlak) či zamračeném (nízký tlak) počasí. Protože většina z českých akvaristů neprovozuje svůj koníček na břehu mořském, vzal jsem za základ polohu 200 m.n.m. (metrů nad mořem), kde se většina z nás nachází.

Reálný obsah kyslíku ve vodě bývá zcela běžně výrazně vyšší (až dvojnásobný) nebo nižší (až nulový) ve srovnání s rovnovážným stavem. Příčiny jsou většinou biologické. Fyzikální bariérou, která významně zpomaluje výměnu kyslíku (a dalších plynů) mezi vodou a ovzduším je difúzní hraniční vrstva (angl. diffusive boundary layer) po obou stranách hladiny. Plyny přecházejí z jednoho prostředí (fáze) do druhého pouze difúzí. Vítr, silný proud a podobné síly urychlí výměnu plynů jen potud, že mohou zmenšit tloušťku difúzní hraniční vrstvy. (Pokud vám to celé připomíná problematiku příjmu CO₂ vodními rostlinami, jste správně. Stačí si jen uvědomit, že rostliny v tomto nejsou žádná specialita, a že difúzní hraniční vrstva existuje na všech tzv. fázových rozhraních, tedy na hladině, stěnách akvária, povrchu všech předmětů a také na povrchu substrátu – dna.)

Z uvedených důvodů poměrně dlouho trvá, než obsah plynů ve vodě dosáhne rovnovážného stavu; dost dlouho na to, že v případě významné produkce a spotřeby kyslíku vodními organismy nenastane rovnovážný stav téměř nikdy. Přesněji řečeno, biologické faktory posunou rovnováhu do jiné polohy.

Pokud někde narazíte na údaje v procentech (saturace), jde o číslo vztažené k vypočtenému rovnovážnému stavu.

(Ze stejného důvodu v akváriu nemíváme rovnovážný obsah oxidu uhličitého, asi 0.5 mg/l. V závislosti na spotřebě a produkci vodními organismy kolísá od nuly po jednotky miligramů, a v sedimentech běžně dosahuje jednotek až desítek mg/l.)

Amoniak a amonium

Amoniak (NH₃) je jedovatý plyn. Ve vodě se rozpouští velmi dobře a navíc s ní reaguje podle rovnice: NH₃ + H₂O ↔ NH₄⁺ + OH^- . Vzniklý amonný kation NH₄⁺, méně správně amonium (z angličtiny), je pro vodní organismy nejedovatý, resp. jeho jedovatost je ve srovnání s amoniakem zanedbatelná.

Míra, v jaké amoniak reaguje (disociuje) s vodou, je závislá na pH a teplotě. Graf nám to zhruba ukáže:

Všechny testy na amoniak ukazují součet hodnot obou složek, tedy amoniaku i amonia. Pro nás je ale důležité vědět, jaká část z naměřené hodnoty je tvořena jedovatým amoniakem. Můžeme to vypočítat podle rovnice

 

kde ρ(NH₃) je koncentrace amoniaku (v mg/l), ρ(NH₃ + NH₄⁺) je naměřená hodnota (v mg/l) a t je teplota (ve °C).

Anebo můžeme obsah amoniaku zjistit vynásobením naměřené hodnoty číslem odečteným z této tabulky:

Rybářské příručky uvádějí, že přípustná koncentrace amoniaku ve vodě nemá přesáhnout 0.01 mg/l pro lososovité ryby a 0.05 mg/l pro ryby kaprovité. Pro akvarijní ryby žádná norma stanovená není, ale přidržme se raději té nižší, tedy 0.01 mg/l. To je maximální přípustná dlouhodobá koncentrace amoniaku (NH₃). Desetinásobek této hodnoty pak považujme za mez, za níž začíná stav akutní toxicity.

Následující tabulka pak poskytuje rychlou orientaci: svislá osa udává naměřenou hodnotu (tedy amoniak plus amonium), vodorovná pH. Rychlým pohledem zjistíme, že například naměřená hodnota 2 mg/l (to už je dost!) je v kyselé oblasti bezpečná. Ovšem stoupne-li z nějakého důvodu pH nad neutrální bod (7), tatáž naměřená hodnota už zdravá není, a při pH nad 8 představuje vyloženou kalamitu. (Upozorňuji, že tabulka platí pro teplotu 25 °C. Při vyšších teplotách je koncentrace amoniaku vyšší!)

 

---

Komentáře k článku