Вода

Содержание и размножение аквариумных растений возможно только в определенных условиях. Одним из таких условий является определенное качество воды – среды, в которой произрастают растения. В природе вода по своим химическим и физическим свойствам очень разнообразна. Качество воды зависит от географического расположения водоема, состава грунта, количества выпадающих осадков, а также от обитателей водоема. Следовательно, состав воды небезразличен для нормальной жизнедеятельности растений и допустимые изменения его в аквариуме должны находиться в пределах близких к естественным условиям.

Химические свойства воды

Жесткость. В природной воде всегда присутствуют соли. От содержания в воде растворенных солей кальция и магния зависит ее жесткость. Если солей много, то вода называется жесткой, если очень мало – мягкой. Различают жесткость воды временную, постоянную и общую. Временная жесткость воды зависит от содержания в ней бикарбоната кальция Са(НСО3)2 и бикарбоната магния Mg(HC03)2. Простым кипячением эти соли разрушаются, выпадают в осадок и жесткость воды значительно понижается, например Са(НСОз)2 = ЇCa-СО3 + Н2О + CO2-. Этот осадок мы можем видеть на дне и стенках чайника, в котором часто кипятим воду.

Если же вода содержит сульфаты и хлориды кальция и магния, то жесткость ее называется постоянной и может быть устранена только дистилляцией или химическим путем.

Общая жесткость воды равна сумме временной и постоянной жесткости. В СССР жесткость воды выражают суммой миллиграмм-эквивалентов ионов кальция и магния, содержащихся в 1 л воды. 1 мг-экв жесткости отвечает содержанию 20,04 мг/л Са или 12,16 мг/л Mg.

В других странах жесткость воды измеряется в градусах жесткости:

  • немецкие градусы: 1 ° = 1 г СаО в 100000 г воды или 10 мг СаО в 1 л воды;

  • английские градусы: 1 гран (0,0648 г) СаСО3 в 1 галлоне (4,546 л) воды = 1 г СаСО3 в 70000 г воды или 10 мг СаСОз в 0,7 л воды;

  • французские градусы: 1 ° = 1 г СаСО3 в 100 000 г воды или 10 мг СаСО3 в 1 л воды;

  • американские градусы: 1° = 1г СаСО3 в 10 000 г воды или 1 мг СаСО3 в 1 л воды.

В аквариумной практике наиболее удобно выражать жесткость воды в русских и немецких градусах /Н°= DgH/. Сравнение единиц измерения жесткости воды приведено в табл. 1 и2.

Таблица I

Жесткость, выраженная в градусах по шкалам:
Жесткость, мг = экв/лрусской и немецкойфранцузскойанглийскойамериканской
12,8045,0053,51150,045
0,3566311,78481,252117,847
0,199820,560310,701510
0,284830,79871,4255114,253
0,019980,05600,10,07021

Анализ воды по степени жесткости может быть определен в специальной лаборатории. Лабораторный способ определения содержания кальция и магния в воде наиболее совершенный, так как анализ проводится на современном оборудовании, в надлежащих условиях и специалистами. Воду для анализа необходимо брать со средней глубины аквариума после тщательного перемешивания ее с помощью продува воздухом. Воды для сдачи в лабораторию должно быть не менее 250 мл (обязательно в чистой стеклянной посуде).

Таблица 2

Оценка воды
Жесткость, мг = экв/лЖесткость, выраженная в градусах по шкалам:
русскойнемецкойфранцузскойанглийскойамериканской
Очень мягкаяДо 1,5До 4,2До 7,5До 5,27До 75,0
Мягкая1,5–34,2–8,47,5–15,05,27– 10,5375– 150,1З
Умеренно жесткая3–68,4–16,815–3010,53– 21,0150,13– 300,27
Жесткая6–916,8–25,230–4521,0–31,6300,27–450,4
Очень жесткаяСвыше 9Свыше 25,2Свыше 45Свыше 31,6Свыше 450,4

Для определения жесткости воды в домашних условиях необходимо иметь несложное лабораторное оборудование и реактивы.

Лабораторное оборудование (рис. II): микробюретка – 1 шт.; измерительная градуированная пипетка – 2 шт.; стеклянная колба – 2 шт.; химические стаканы на 100 мл – 2 шт.; мерный цилиндр – 1 шт.

Реактивы: буферный раствор; сульфид натрия – Na2S; индикаторная жидкость (хромоген черный ЕТ-00); трилон Б.

Ход определения. Перед началом работы всю посуду тщательно моют водопроводной водой, а затем дистиллированной. В две колбы наливают по 100 мл исследуемой воды. В каждую колбу добавляют 5 мл буферного раствора (раствор набирают пипеткой), 1 мл сульфида натрия (Na2S) и 5–6 капель индикаторной жидкости (хромоген черный ЕТ-00). Содержимое в колбах хорошо перемешивают. Полученные растворы имеют марганцово-розовый цвет. Содержимое колб титруют трилоном Б, добавляя в каждую колбу маленькими каплями трилон Б до появления синего окрашивания.

После этого отмечают количество миллилитров трилона Б, израсходованного на титрование на каждую колбу.

Пример. На титрование раствора в первой колбе израсходовано трилона Б 0,43 мл, а во второй колбе 0,41 мл. Определяем среднюю величину израсходованного трилона Б на титрование раствора по формуле:

Vср (V1 + V2)/2 = (0,43 +0,41)/2 = 0,44/2 = 0,42 мл

Содержание кальция и магния (общую жесткость) вычисляем по формуле:

Ж = (Vср N)/V = 0,42 · 0,1 · 1000 = 0,42 мг-экв1л,

где Vcp – количество трилона Б, пошедшего на титрование, мл; 0,1 – нормальность трилона; 1000 – пересчет на 1 л воды; V – объем исследуемой воды.

Для перевода в градусы жесткости следует полученную цифру умножить на 2,8.

Умягчение воды для аквариума. Умягчение воды может быть достигнуто путем взятия ее из находящегося вблизи естественного водоема, освобождения воды от карбонатной жесткости с помощью кипячения, смешивания воды в определенных пропорциях с дистиллированной или химически обессоленной водой. В сельской местности возможно применение дождевой воды. Наиболее трудоемкий способ получения воды нужной жесткости – это смешивание имеющейся воды с дистиллированной или химически обессоленной водой. Способы получения умягченной воды известны, но так как приходится иметь дело с различными по качеству дистилляторами и ионитами, то результат их работы необходимо тщательно проверить. Обычно вода по степени жесткости характеризуется следующими данными: дистиллированная в Н° =0,8 ё 2,3; химически обессоленная в Н°= 0,2 0,4; подлежащая обработке в Н° = 6 ё 15.

В табл. 3 приведены ориентировочные данные для приготовления воды нужной жесткости.

Таблица 3

Требуемая жесткость в Н°Количество дистиллированной воды, мл, добавляемой к 1 л водопроводной
6789101112131415
31000135016502000235026803000335036704000
450075010001250150017502000225025002750
5220400650800100012001400160018002000
61703205206608201000120014001600
71402204405607008409801120
8125250380500650810980

Пример. Жесткость водопроводной воды 6; необходимо получить воду с жесткостью 3. По горизонтали в таблице указана жесткость водопроводной воды, по вертикали – требуемая жесткость. В графе, находящейся под цифрой 6, находим данные, соответствующие цифре 3 вертикального столбца. Из таблицы видно, что для получения нужной жесткости к 1 л водопроводной воды следует добавить 1 л дистиллированной.

Таблица дает точные данные в том случае, если мы пользуемся водой с жесткостью 0,4. Жесткость воды можно уменьшить химическим путем, если применить в аквариуме пермутитовые фильтры, содержащие натрий, который бурно вступает в химическую реакцию с растворенными в воде солями кальция. В процессе фильтрации воды пермутит поглощает соли кальция, выделяет натрий, и вода умягчается. Для повышения жесткости воды необходимо грунт брать с большим количеством известняка и мрамора.

Диссоциация воды. Водородный показатель. Одним из наименее диссоциированных веществ, образующихся при реакциях между ионами, является вода. Чистая вода плохо проводит электрический ток, но все же обладает некоторой измеримой электропроводностью, которая объясняется небольшой диссоциацией воды на водородные и гидроксильные ионы:

Н2О -> <- Н+ + ОН-.

Вычисленная по электропроводности концентрация ионов водорода и гидроксила в воде оказалась равна 10-7 г-ион/л при 22° С.

Поскольку электролитическая диссоциация обратима, она подчиняется закону действия масс. Поэтому для процесса диссоциации воды можно написать:

([H+] · [HOH-]) /H2O = K

Преобразуя это уравнение, получим [Н+] · [ОН-] = [Н2О] K. Но степень диссоциации воды очень мала и концентрацию недиссоциированных молекул в ней, а также в любом разбавленном водном растворе можно считать величиной постоянной. Из этого следует считать, что в правой части уравнения находятся две постоянные величины: [Н2О] – концентрация недиссоциированных молекул воды и К – константа диссоциации. Но произведение двух постоянных величин есть также величина постоянная. Поэтому, заменив [Н2О] o K новой константой, получим [Н+] o [ОН-] = КH2O.

Следовательно, как бы ни изменялись концентрации ионов H+ и ОН- в воде или в разбавленном водном растворе, произведение их остается величиной приблизительно постоянной. Эту величину называют ионным произведением воды. Числовое значение этой константы нетрудно найти, подставив в уравнение величины концентраций водородных и гидроксильных ионов в воде: КH2О = [Н+] o [OH-] = 10-7 10-7 = 10-14. Реакцию того или иного раствора принято характеризовать только концентрацией водородных ионов, так как концентрацию ионов ОН- легко вычислить, исходя из ионного произведения воды. Допустим, что к чистой воде прибавили кислоты и концентрация ионов Н+ достигла 10-3 г-ион/л. Тогда концентрация ионов ОН- в растворе равна:

[OH-] = KH2O/[H+] = 10-14/10-3 =10-11 г-ион/л.

Наоборот, если прибавить к воде щелочи и тем повысить концентрацию гидроксильных ионов (например, до 10-5), то концентрация водородных ионов станет равна:

.[H+] = 10-14/10-5 = 10-9

Следовательно, как кислотность, так и щелочность раствора можно количественно характеризовать концентрацией водородных ионов.

В нейтральных растворах концентрация ионов водорода равна концентрации гидроксильных ионов. В кислых растворах концентрация ионов H+ больше, а в щелочных – меньше. Нейтральный раствор [Н+] = [ОН-] = 10-7 г-ион/л; кислый раствор [H+]>10-7 г-ион/л; щелочной раствор [Н+] < 10-7 г-ион/л.

Обычно на практике среду раствора характеризуют не самой концентрацией водородных ионов, а так называемым водородным показателем.

Водородный показатель, обозначаемый через рН, представляет собой отрицательный логарифм концентрации водородных ионов: рН =–lg[H+]. Например, если концентрация водородных ионов [Н+] =10-5 г-ион/л, то рН = 5; если [Н+] = 10-9 г-ион/л, то рН = 9 и т. д. Очевидно, что нейтральные растворы имеют рН = 7, в кислых растворах рН < 7, а в щелочных рН > 7.

В аквариумной практике вода, соответствующая рН 2–3, считается сильно окисленной, 3–5 – кислой, 5–6 – слабокислой, 6–7 – очень слабокислой, 7 – нейтральной, 7–8 – очень слабощелочной, 8–9 – слабощелочной, 9–10 – щелочной, 10–14 – сильно щелочной. Измерение рН в домашних условиях можно рекомендовать простым способом. Его принцип основан на цветной цифровой шкале, точность измерения этого способа до 0,1 ед. Возможно измерение рН с помощью бумажных индикаторов, пропитанных составом из органических красителей, точность измерения до 0,3 ед.

Для кружков, клубов аквариумистов, имеющих специальные лаборатории, где требуются при измерении рН высокие точности и имеет значение экономия времени на измерениях, можно рекомендовать лабораторный многопредельный рН-метр ЛПУ-01 с датчиком ДЛ-01, который предназначен для определения активности ионов водорода в водных растворах. Принцип измерения величины рН с помощью измерителя ЛПУ-01 заключается в следующем.

Для измерения величины рН используется электродная система со стеклянным электродом, электродвижущая сила которого зависит от активности ионов водорода в растворе. Схема такой электродной системы показана на рис. 12. Стеклянный электрод 2 представляет собой трубку с напаянным на конус полым шариком 1 из литиевого электродного стекла. При погружении электрода в раствор между поверхностью шарика и раствором происходит обмен ионами, в результате которого ионы лития в поверхностных слоях стекла замещаются ионами водорода, и стеклянный электрод приобретает свойства водородного электрода. Между поверхностью стекла и контролируемым раствором возникает разность потенциалов Ех, величина которой определяется активностью ионов водорода в растворе:

Ех = RT/F o ln aН = 2,3 RT/F o рН,

где R - универсальная газовая постоянная, равная 8,315 o 107 эрг/°С моль;

Т– температура раствора °К;

F – 96 500 кулон/г-экв (число Фарадея);

аН – активность ионов водорода в растворе.

Подготовку к работе рН-метра и измерения активной реакции воды производят согласно прилагаемой к прибору инструкции по эксплуатации.

Воду подкисляют после тщательной промывки аквариума и грунта обычной водопроводной водой. Подкисление осуществляют путем внесения в воду вываренного торфа, ивового корня, ольховых шишек и других кислых веществ. Применение химических кислот не рекомендуется. В аквариуме, простоявшем более года без полной смены воды и без промывки грунта, вода имеет слабокислую или очень слабокислую реакцию. Большинство растений прекрасно произрастают при нейтральной рН или близкой к ней.

Кислород. Важным жизненным условием для водных растений является кислород, который поступает в воду аквариума из атмосферы. Чем больше водная поверхность, тем больше поступает в воду кислорода. Необходимое количество кислорода, растворенного в воде, во многом зависит и от правильного подбора видов и количества водных растений, от создания благоприятных условий для их произрастания. Растение является надежным источником обогащения воды кислородом. Благоприятные условия – это достаточное количество естественного и искусственного света, оптимальная температура, питательная водная среда, чистота растений и правильно приготовленный грунт.

Кислород поглощается водой в большей дозе, чем азот, поэтому растворенный в воде воздух более богат кислородом, чем атмосферный воздух.

Значительно больше кислорода в холодной воде, чем в теплой. Тропические растения потребляют меньше кислорода по сравнению с растениями средней географической полосы. Недостаток в воде кислорода может привести к болезням или гибели растений. Недостаток кислорода в аквариумной воде можно определить по поведению рыб: они висят у поверхности воды.

Недостаток кислорода в аквариуме наблюдается при плохом освещении аквариума в зимнее время или летом в плохую погоду. Лучшей помощью может быть равномерное обогащение воды воздухом с помощью компрессора, в некоторых случаях необходимо частично очистить и удалить гниющие вещества, которые расходуют кислород. Сам процесс смены воды обогащает ее кислородом.

При содержании в аквариуме рыб и растений из проточных водоемов, расположенных в средней географической полосе, необходим сильный продув воды воздухом. Кроме того, освежение нижних слоев воды достигается и естественной ее циркуляцией: у стекла, обращенного к свету, теплая вода, нагреваясь, поднимается.

Углекислый газ. В жизнедеятельности растений углекислый газ играет большую роль. В воде углекислый газ присутствует в свободном состоянии (СО2), в соединении с водой образует угольную кислоту (Н2СО3), в соединении с кальцием дает бикарбонат Са(НСО3)2 и карбонат СаСО3. Углекислота в воде образуется за счет дыхания рыб и растений, разложения органических веществ, которое увеличивается с повышением температуры воды. Кроме того, в воде растворяется углекислый газ воздуха. Углерод, содержащийся в углекислоте, прекрасно усваивается растениями и идет на построение тканей. Количество углекислого газа в воде не постоянно и зависит от времени суток: днем уменьшается, в ночное время увеличивается. В зимние месяцы среднесуточное содержание углекислого газа в воде больше, чем в летнее. Его количество зависит и от размера рыб, видов и количества растений, от правильного ухода за аквариумом. В аквариуме, где годами не промывался грунт, может образоваться большое количество сероводорода, который очень ядовит. Присутствие сероводорода в аквариуме определяют по запаху, взяв пробу грунта. О наличии сероводорода свидетельствует резкий, неприятный запах. В таких случаях требуется полная чистка аквариума.

Физические свойства воды

Температура. Температурный режим воды в аквариуме зависит от географического места расположения водоема, в котором произрастали растения. Солнечный свет, проникая в воду, превращается в тепло. Чем больше света, тем выше температура воды.

Способность проводить тепло у воды невелика, но все же слои воды в природных водоемах перемешиваются и температура ее выравнивается. В глубоких водоемах между верхними и нижними слоями существует значительная разница в температуре, но она относительно постоянна, не имеет резких скачков и меняется плавно. К таким плавным изменениям температуры приспособлены животные и растительные организмы.

Перепад температуры воды в аквариуме явление нежелательное, а ее резкие температурные колебания вообще недопустимы, поэтому воду независимо от количества рыб и растений нужно все время перемешивать с помощью аэрации. Медленное изменение температуры воды на 2–4 ° С, в зависимости от времени дня и ночи, вполне допустимо для всех растений.

Вода в аквариуме не должна подвергаться большим температурным колебаниям. Обычно температурные колебания воды наблюдаются в том случае, если аквариум установлен в непосредственной близости от окна или на подоконнике. Особенно опасно, если окно обращено в сторону юга. Значительные отклонения от оптимальных температурных условий и резкое изменение температуры выше указанных пределов приводят к ослаблению жизненных функций растений. Исключением могут быть растения, живущие в водах с резкими колебаниями температурных условий, так как в этом случае растения приспособлены к ним. Растения иногда оставались живыми, когда они промерзали во льду (например, ряска малая).

Для развития наземных растений наиболее благоприятной температурой является высшая для определенного географического района, а для водных растений это не всегда справедливо. Указанное явление можно объяснить тем, что с повышением температуры растворимость в воде газов значительно уменьшается, следовательно, кислорода и углекислоты некоторым растениям не хватает, что отрицательно сказывается на их развитии. Этим можно объяснить развитие многих водорослей весной и исчезновение их летом, а также вторичное появление их осенью. Постоянство температурь! в аквариуме обеспечивается с помощью прибора терморегулятора.

Прозрачность, цветность и запах воды. Вода из водопровода, предназначенная для заливки в аквариум, прозрачна и бесцветна. После заливки воды в аквариум и соприкосновения ее с грунтом, растениями и животными в ней начинают развиваться бактерии и происходят сложные процессы. Вода становится нежно-голубой, затем беловато-мутной и через несколько дней, а иногда и недель после установившегося определенного режима вода становится прозрачной с голубоватым оттенком. После этого аквариум подготовлен к заселению рыбами и растениями.

Аквариум заселен, растения начинают бурно развиваться. Растения, рыбы и другие обитатели аквариума меняют химические и физические свойства воды. Природу этого изменения воды рыбами и растениями точно еще не знают, но легко убедиться в том, что такая вода благоприятно действует на рыб, предотвращает заболевания их и способствует нормальному развитию растений. Такую воду ученые называют: "вода, измененная рыбами", а аквариумисты говорят проще: "Старая вода". Эта вода прозрачна, с желтоватым оттенком. Такую воду надо беречь. Она образуется не сразу, но нельзя и совсем не менять воду в аквариуме. Биологические преимущества "старой воды" полностью сохраняются при смене 1/5 части ее раз в неделю.

Немалое значение для прозрачности воды имеет отсутствие в аквариуме мути, взвешенных в воде органических и неорганических частиц. В аквариуме/залитом свежей водой, появляется бактериальная муть, которая исчезает со временем. Помутнение воды может быть вызвано и другими причинами: применением глинистого песка, развитием микроскопических водорослей – цветением воды, результатом роющей деятельности рыб некоторых видов. Цветность воды зависит в основном от ее составных частей. Она может быть зеленой, голубой, голубовато-зеленой, белесой, коричневой и других цветов.

В хорошо устроенном и засаженном растениями аквариуме вода приобретает специфический запах. Если отлить 1/5 часть воды из такого аквариума и добавить часть свежей, то спустя несколько часов, наклонившись над ее поверхностью, можно почувствовать запах свежей травы. Ничем другим вода в аквариуме пахнуть не должна. Это наилучший способ проверки качества воды в аквариуме. Если вода аквариума имеет затхлый аммиачный запах, это указывает на неблагоприятные условия в аквариуме. В этих случаях требуется полная смена воды и промывка грунта. Можно проверить прозрачность воды визуально. Вода характеризуется следующим образом: "прозрачная", "незначительная муть", "при отстаивании муть оседает" или "не оседает".

Для получения сравнительных данных применяют плоскодонный цилиндр с градуировкой, расположенный на подставке высотой 40см. Снизу подкладывают стандартный текст и в цилиндр наливают исследуемую воду до тех пор, пока можно читать текст. Затем подливают воду и снова снижают ее уровень, пока текст опять не станет разборчивым. Выраженная в сантиметрах высота столба воды, при котором можно читать текст, и характеризует прозрачность.

Давление воды. Вода давит не только на стенки аквариума, но и на любое тело, в том числе и на живой организм, находящийся в толще воды. Рыбы и другие водные животные и растения прекрасно приспособлены к этому давлению. Ткани растений наполнены водой, вода снаружи давит на воду внутри и они уравновешивают друг друга. Чем глубже от поверхности воды находится живой организм, тем большее давление он испытывает, а следовательно, тем большее внутреннее "противодавление" он должен иметь, иначе вода его раздавит. Соответственно своим жизненным потребностям водные организмы выбирают для обитания именно тот слой воды, который им нужен.

Вода аквариума. В аквариумной практике приходится пользоваться водопроводной или колодезной водой, которая по своим свойствам очень разнообразна. Нам известно, что вода является окисью водорода (Н2О) и состоит из двух частей водорода и одной части кислорода. В воде растворены многие вещества (кислорода 21%, азота 76%, углекислого газа 0,3%). Вода, соприкасаясь с грунтом, растениями, рыбой, с продуктами гниения и щелочноземельными элементами, приобретает новые свойства. Вода в аквариуме прежде всего должна быть свободна от примесей любых металлов, не должна содержать большого количества солей магния, кальция и никаких других составных частей, вредных для обитателей аквариума.

В сельской местности часто приходится пользоваться колодезной, речной и озерной водой. До заливки воды в аквариум ее необходимо нагреть до температуры 70° С, тем самым частично освободить воду от нежелательных микроорганизмов. Водопроводную воду необходимо отстаивать в неметаллической посуде в течение нескольких дней, так как в ней имеются дезинфицирующие вещества. Применение воды из пруда не рекомендуется, а вода дождевая и снеговая вблизи города также не пригодна для аквариума, так как она содержит большое количество вредных веществ в твердом, жидком и газообразном состоянии. В сельской местности применение такой воды возможно, но она должна быть отфильтрована от пыли и других веществ.

При подготовке к заливке в аквариум должен быть внесен грунт, подготовлены растения для посадки. До заливки аквариума водой необходимо взять часть грунта и воды из другого аквариума, если есть такая возможность. Тем самым будут внесены нужные микроорганизмы и ускорен процесс восстановления режима аквариума.

После указанной подготовки можно приступить к заливке аквариума водой. Воду можно лить на перевернутую тарелку до уровня 10–15см, после чего посадить растения и дооборудовать аквариум. Когда посадка растений будет закончена, необходимо продолжить заполнение аквариума водой до уровня 3–5см от верхней кромки аквариума. В первые дни после заливки аквариума свежей водой бурно происходят химические и биологические процессы. Об этом свидетельствует помутнение воды, которая только после установившегося режима становится прозрачной.

Полностью меняют воду в аквариуме в исключительных случаях: при занесении нежелательных микроорганизмов, появлении грибковой слизи, бурном цветении воды, не прекращающемся при временном затемнении аквариума, и при большой загрязненности грунта. От полной смены воды растения страдают: происходит обесцвечивание и преждевременное отмирание листьев. Если аквариум биологически правильно заселен, то растения, рыба и бактерии в почве и воде могут заменить хороший фильтр.

Для очистки воды от помутнения хорошо применять дафнии, маленьких головастиков или небольшое количество поваренной соли, после чего вода в аквариуме становится кристально чистой. К воде предъявляются требования по степени жесткости и рН. Если известны эти данные о воде на родине растений, то можно всегда определить, соответствует ли растениям вода в аквариуме.