Небольшая часть молекул воды диссоциирована на водородные (Н) и гидроксильные ионы (ОН). В химически чистой воде молярные концентрации этих ионов равны и при 25° составляют 10~7 моль/л. Таким образом, величина произведения обеих концентраций равна 10~14. Эта величина остается постоянной и в присутствии веществ, при диссоциации которых образуются водородные и гидроксильные ионы. Поэтому вполне достаточно установить концентрацию одного из них. Практически определяют концентрацию водородных ионов.
Поскольку концентрация водородных ионов может иметь самое различное значение и подразделяться на несколько порядков, принято выражать ее величиной рН, представляющей собой десятичный логарифм концентрации ионов водорода, взятый с обратным знаком:
(Н+) = 10-рН, pH = — lg(H+).
Определение концентрации водородных ионов осуществляется в интервале от 1 до 10~14 мг-экв/л, что соответствует величине рН от 0 до 14; рН 7 отвечает нейтральному состоянию раствора. меньшие ее значения — кислотному, а более высокие — щелочному.
На концентрацию водородных ионов большое влияние оказывает жесткость и количество растворимого углекислого газа, а эти показатели в аквариумной воде постоянно меняются, даже в течение одних суток.
Аквариумист должен уметь определить концентрацию водородных ионов в воде, поскольку она оказывает огромное влияние на рост и развитие рыб и растений. Особое значение приобретает рН воды в периоды размножения рыб и развития икры и личинок (в первые три дня их жизни).
В аквариумной практике в зависимости от величины рН различают воду: рН от 1,0 до 3,0 — сильнокислая, рН от 3 до 5,0 — кислая, рН от 5,0 до 6,0 — слабокислая, рН от 6,0 до 7,0 — очень слабокислая, рН 7,0 — нейтральная, рН от 7,0 до 8,0 — очень слабощелочная, рН от 8,0 до 9,0 — слабощелочная, рН от 9,0 до 10,0 — щелочная и рН выше 10,0 — сильнощелочная. Для нормальной жизни и размножения большинства аквариумных рыб наиболее подходящей является вода, рН которой колеблется от 6 до 8, а для большинства растений оптимальным является рН от 6 до 6,5.
Заболевания рыб при нарушении рН воды
У рыб через несколько часов пребывания в кислой воде (рН 3–5) наблюдается возбужденное состояние, переходящее затем в угнетенное. Сокращается частота сердечных ударов и дыхательных движений жаберных крышек: рыбы принимают боковое положение или плавают вверх брюшком, на жаберных лепестках и кожном покрове интенсивно образуется свернувшаяся слизь, чем объясняется более бледная окраска всего тела или появление белых пятен на отдельных его участках. Слизеобразование на жаберных лепестках тормозит процесс дыхания, так как на них скапливается большое количество механических загрязнителей воды, поднятых со дна аквариума. В результате в организме накапливается большое количество углекислоты, оказывающее токсическое действие и вызывающее асфиксию. Тело погибших рыб свернуто кольцом, жаберные лепестки и крышки плотно сжаты, ротовое отверстие закрыто.
Щелочная среда (рН выше 9) вызывает беспокойное состояние рыб, выражающееся в нарушении координации движений, судорожных явлениях, учащенном дыхании. Рыбы мечутся и нередко выпрыгивают из аквариума. Клетки кожного покрова набухают и выделяют прозрачную, несвертывающуюся в отличие от слизи при заболевании рыб, находящихся в кислой воде, слизь. Жаберные лепестки также выделяют большое количество слизи. Нередко у рыб наблюдается помутнение роговицы глаза, и они слепнут. Плавники веерообразно расправлены.
В густо заселенных растительностью аквариумах с интенсивным освещением рН резко повышается (до 9—12). В этом случае очень быстро наступает гибель рыб в результате асфиксии. Сдвиг водородных ионов в щелочную сторону может быть вызван накоплением аммиака за счет повышенного содержания в аквариумах органических веществ.
Особенно опасно пересаживать рыб из очень слабокислой или нейтральной воды в щелочную и наоборот.
Выздоровление рыб после создания оптимального гидрохимического режима довольно продолжительное — 15–45 дней.
Для предупреждения заболевания рыб и их гибели от низкого или высокого рН аквариумист должен знать, какой рН воды необходим для разводимых им рыб, и должен уметь определять его. Для аквариумистов наиболее приемлемым методом количественного определения концентрации водородных ионов является колориметрический, основанный на свойствах органических красителей, называемых индикаторами, изменять свою окраску в зависимости от концентрации водородных ионов. Определенную трудность представляет приготовление стандартной цветовой шкалы и универсального индикатора.
Определение рН воды можно проводить в школьных кабинетах химии и биологии, а также дома, приобретя необходимые для этого стеклянную посуду и химические реактивы.
Существуют электрометрический и фотоколориметрический методы определения рН воды, но они требуют специальной аппаратуры и могут быть проведены только в лабораторных условиях.
Метод определения рН смешанным индикатором
Реактивы:
Универсальный индикатор: 1) 0,04 г сухого метилового красного тщательно растирают в фарфоровой чашке с 6 мл 0,01 н. раствора NaOH, смывают смесь дистиллированной (не содержащей СО г) водой в мерную колбу емкостью 100 мл, добавляют 20 мл этилового спирта и доводят объем дистиллированной водой до метки 100 мл; 2) 0,01 г бромтимолового синего растирают с 3,7 мл 0,01 п. раствора NaOH, смывают смесь дистиллированной водой в мерную колбу емкостью 50 мл, прибавляют 10 мл этилового спирта и доводят объем дистиллированной водой до метки 50 мл. Приготовленные растворы индикаторов сливают вместе и тщательно смешивают. Хранят универсальный индикатор в темной химически чистой посуде с притертой пробкой и в темном прохладном месте.
В кислой воде индикатор дает красную окраску, в щелочной — синюю.
Стандартная цветная шкала. Для сравнения с испытуемой водой готовят стандартную цветную шкалу из цветных солей (хлоридов кобальта, железа меди и сульфата меди) путем сочетания их кислых растворов:
1) хлористый кобальт — CoCl2 6H2O (59,5 г в 1 л 1 %-ного раствора HCl);
2) хлорное железо — FeCl3 6H2O (45,05 г в 1 л 1 %-ного раствора HCl);
3) хлорная медь — CuCl2 2H2O (400 г в 1 л 1 %-ного раствора HCl);
4) сернокислая медь — CuS04 5Н2О (200 г в 1 л 1 %-ного раствора HCl).
Приготовленные растворы солей в количествах, согласно данным таблицы 4, разливают в стеклянные пробирки одинакового диаметра из бесцветного стекла, закрывают резиновыми пробками и хранят в темном месте.
ТАБЛИЦА 4
Соотношение реактивов для приготовления стандартной цветной шкалы
pH CoCl2 6H2O FeCl3 6H2O CuCl2 2H2O CuSO4 5H2O Дистиллированная вода 4,0 9,60 0,30 - - 0,10 4,2 9,15 0,45 - - 0,40 4,4 8,05 0,65 - - 1,30 4,6 7,25 0,90 - - 1,85 4,8 6,05 1,50 - - 2,45 5,0 5,25 2,80 - - 1,95 5,2 3,85 4,00 - - 2,15 5,4 2,60 4,70 - - 2,70 5,6 1,65 5,55 - - 2,80 5,8 1,35 5,85 0,5 - 2,75 6,0 1,30 5,50 0,15 - 3,05 6,2 1,40 5,50 0,25 - 2,85 6,4 1,40 5,00 0,40 - 3,20 6,6 1,40 4,20 0,70 - 3,70 6,8 1,90 3,05 1,00 0,40 3,65 7,0 1,90 2,50 1,15 1,05 3,40 7,2 2,10 1,80 1,75 1,10 3,25 7,4 2,20 1,60 1,80 1,90 2,50 7,6 2,20 1,10 2,25 2,20 2,25 7,8 2,20 1,05 2,20 3,10 1,45 8,0 2,20 1,00 2,00 4,00 0,70
Пример. Для приготовления раствора с концентрацией водородных ионов (рН), равной 6.4, нужно к 1.4 мл раствора CoCL2 добавить 5 мл раствора FeCl3, 0.4 мл раствора CuCl2 и 3.2 мл дистиллированной воды.
