Cher Oleg Mosin! J'ai lu votre article “Eau sans air (gaz)” sur www.o8ode.ru/article/answer/voda_bez_vozduha_gazov.htm. Laissez-moi vous poser une question en personne. Je suis un biologiste avec des connaissances de base en chimie. La question concerne la solubilité du dioxyde de carbone dans l'eau. L'essence de ce processus. Une partie du gaz dissous interagit avec l'eau pour former de l'acide carbonique, qui se dissocie en ions bicarbonate et hydrogène. Connaissant la constante de dissociation, la teneur en dioxyde de carbone dissous, nous pouvons calculer l’indice d’acidité et la teneur en acide carbonique lui-même - ils sont négligeables.

La question qui se pose est la suivante: qu'est-ce qui retient le reste du dioxyde de carbone dans l'eau, car il ne se trouve pas en phase gazeuse, sinon il se serait immédiatement évaporé? Nulle part je ne peux trouver de réponse à cette question: qu'est-ce qui retient le dioxyde dans l'eau? Peut-il former des liaisons hydrogène avec des molécules d’eau? Puisque des liaisons hydrogène peuvent être formées entre un atome d’hydrogène connecté à un atome électronégatif et un élément électronégatif ayant une paire d’électrons libres (O, F, N)?

Et une autre question. À pH = 3, la réaction de dissociation se déplace vers la gauche, l'acide carbonique se décompose en dioxyde de carbone et en eau. Et le dioxyde dissous? Tous ces problèmes sont liés au processus de respiration des insectes et à la libération explosive de dioxyde de carbone par le liquide trachéol. L’action de l’anhydrase carbonique catalysant le processus de liaison du dioxyde avec de l’eau et la formation de bicarbonate est directement liée à ces questions. Mais je ne sais pas si l’une des nombreuses isoformes de l’anhydrase carbonique catalyse le processus inverse. Dans le cas de la carbohémoglobine, tout est clair - l'effet Bohr. Mais le bicarbonate qui pénètre dans les alvéoles à partir du plasma sanguin, ce qui induit le processus de liaison à un proton? Quelle est la cinétique de ce processus?

Je vous serais très reconnaissant de bien vouloir clarifier ces questions ou d’orienter la recherche de réponses.

Cordialement, Vladimir.

En général, pour autant que je sache, la solubilité du dioxyde de carbone dans l'eau est supérieure pour tous les gaz. Elle est environ 70 fois supérieure à la solubilité de l'oxygène et 150 fois supérieure à la solubilité de l'azote avec un coefficient d'adsorption du dioxyde de carbone de 12,8, ce qui correspond à une solubilité de 87 ml de gaz dans 100 mg d'eau. Bien entendu, on pourrait supposer, par exemple, que le CO₂ en quelque sorte intégré dans des grappes d’eau fermées et maintenu en eux, comme c’est le cas dans….. Mais il est peu probable que ce processus ait lieu. La solubilité des gaz dans l'eau est différente et dépend à la fois de facteurs externes - température et pression - et de la nature du gaz lui-même et de sa capacité à réagir chimiquement avec l'eau (comme c'est le cas avec le dioxyde de carbone, qui se dissout dans l'eau par réaction chimique avec la formation d'acide carbonique se dissociant à son tour en ions H + et HCO - ₃). Mais par contre, seulement 1% AVEC₂, présent en solution aqueuse, y est présent sous forme de H₂Avec₃. Cette incohérence a été remarquée par de nombreux chercheurs. Par conséquent, pour faciliter les calculs d’équations chimiques, pK_un et le pH est considéré comme la totalité du CO₂ réagit avec l'eau.

Du point de vue de la cinétique chimique, le processus de dissolution du dioxyde de carbone dans l’eau est plutôt compliqué. Quand CO₂ dissous dans l'eau, on établit l'équilibre entre l'acide carbonique H₂Avec₃, bicarbonate TVA₃ - et carbonate CO₃ -.

Le calcul de la constante d'ionisation dans ce cas est effectué selon le schéma suivant:

La constante du premier stade d'ionisation est égale à pK_{a1 =} 4,4 x 10 -7,

La constante d'ionisation de deuxième étape est pK_{A2 =} 5,6 x 10-11,

Puisque les deux étapes d'ionisation sont en équilibre dans une solution d'acide carbonique, les première et seconde constantes d'ionisation pK peuvent être combinées._a1 et pK_a2, en les multipliant:

pK_a1 x pK_a2 = 4,4 x 10 -7 x 5,6 x 10 -11 = 2,46 x 10 -17

L’équilibre entre le dioxyde de carbone, le bicarbonate et le carbonate dépend du pH: c’est le principe de Le Chatelier qui est appliqué: la présence d’ions hydrogène en solution décale la réaction alcaline du milieu et du côté acide (pH de 5,5). Inversement, l'élimination des protons du système déplace l'équilibre de la réaction vers la gauche lorsque le dioxyde de carbone est reconstitué à partir de carbonate et de bicarbonate. Ainsi, à faible pH, le dioxyde de carbone prédomine dans le système et en fait, il ne se forme ni bicarbonate ni carbonate, alors qu’à pH neutre, le bicarbonate domine le CO.₂ et H₂CO₃. Et seulement à pH élevé, le carbonate prévaut.

L'anhydrase carbonique catalyse le processus d'hydratation du CO₂ et déshydratation du CO₂ (environ 100 fois).

En ce qui concerne l'effet Bohr, il existe, si je ne me trompe pas, un autre mécanisme - une diminution de la valeur du pH entraîne une diminution de la liaison de l'oxygène à l'hémoglobine, à la suite de quoi l'oxygène est libéré. Si je me souviens du cours de biochimie de l'institut, l'effet Bohr s'explique par le fait qu'il existe des sites de liaison aux protons dans la molécule d'hémoglobine sous forme de résidus d'histidine et d'acide aspartique. Je ne peux pas dire avec certitude comment cela se passe là-bas, mais l’essence principale réside dans la capacité de ces résidus d’acides aminés à interagir les uns avec les autres sous forme de désoxy-hydroxy. Sous la forme désoxy, un résidu d'acide aspartique est capable de former une liaison entre le résidu d'histidine protoné. Ce résidu d'histidine a une valeur pK élevée._un, puisque la connexion de l'histidine avec le résidu d'acide aspartique empêche le proton de se dissocier. Mais sous la forme d'une forme hydroxy, la formation d'une telle liaison est impossible et donc la valeur de pK_un pour la forme hydroxy histidine, retourne à la pK normale_un. Par conséquent, à un pH sanguin de 7,4, l'histidine existe dans l'oxyhémoglobine sous une forme non protonée. Les concentrations élevées de protons contribuent à la formation de la forme histidine désoxy et, par conséquent, à la libération d'oxygène. Libération de CO₂ à son tour, réduit l'affinité de l'hémoglobine avec l'oxygène de deux manières. Tout d'abord, un peu de CO₂ se transforme en bicarbonate, libérant les protons responsables de l'effet Bohr. Une autre partie de ce bicarbonate est libérée par les érythrocytes, tandis que la partie restante de bicarbonate interagit directement avec l'hémoglobine, se liant au groupe N du résidu d'acide aminé et formant l'uréthane ester d'acide carbamique instable. Dans ce processus, les protons sont libérés à nouveau, ce qui conduit à la libération de O₂ et liaison de CO₂. Ainsi se produit le cycle de la respiration.

http://www.o8ode.ru/article/learn/ugaz.htm

Eau plus dioxyde de carbone

Le dioxyde de carbone et la réaction active de l'eau. Ou comment faire pour que les stalagmites ne poussent pas sur les feuilles des plantes d'aquarium

Pourquoi et comment gérer le contenu de dioxyde de carbone dans l'aquarium.
On sait que le dioxyde de carbone est vital pour les plantes. Assimilé au cours du processus de photosynthèse, le CO2 est le principal matériau de construction pour la synthèse de molécules organiques. Et les plantes d'aquarium ne font pas exception. Avec un déficit en dioxyde de carbone, ils n'auront tout simplement rien pour construire leurs tissus, ce qui ralentira ou arrêtera complètement leur croissance. D'autre part, avec un excès de dioxyde de carbone dans l'eau de l'aquarium, le poisson commence à s'étouffer même lorsque sa teneur en oxygène est élevée (effet Ruth). Par conséquent, un aquariophile, s’il veut profiter des êtres vivants, et non des plantes en plastique et des poissons, doit être capable de maintenir la concentration de dioxyde de carbone dans l’eau dans une plage optimale.

Avec une précision suffisante, un aquariophile peut déterminer la teneur en dioxyde de carbone dans l'eau de l'aquarium par calcul s'il connaît la valeur du pH et la dureté carbonatée de l'eau, ce qui sera présenté dans cet article. Mais vous devez d’abord répondre à cette question: faut-il que l’aquariophile mesure quelque chose et ensuite compte quelque chose? Est-il vraiment nécessaire de "vérifier l'harmonie avec l'algèbre"? Après tout, tout dans la nature est capable d'autorégulation. Un aquarium est aussi essentiellement un petit "morceau" de la nature et ne constitue pas une exception à cette règle. Dans l'aquarium de proportions normales (classiques) * avec un nombre suffisant, mais pas grand, de poissons, les paramètres d'eau nécessaires sont généralement définis par eux-mêmes. Pour qu’à l’avenir ils ne s'écartent pas de la norme, il est nécessaire de ne pas suralimenter le poisson régulièrement et au moins une fois toutes les deux semaines, de remplacer environ le quart ou le tiers du volume d'eau. Et ce sera vraiment suffisant. Au cours de leur vie, les poissons émettent une quantité suffisante de dioxyde de carbone, de nitrates et de phosphates pour que les plantes ne vivent pas dans la misère. À leur tour, les plantes fournissent au poisson suffisamment d'oxygène. Depuis le dernier quart du 19e siècle (depuis l'époque de NF Zolotnitsky) et pendant la majeure partie du 20e siècle, presque tous les aquariophiles l'ont fait. Tout leur était bénéfique, mais beaucoup d’entre eux ne savaient pas ce que sont les tests en aquarium...

Les aquariums modernes sans l'utilisation de moyens pour déterminer les paramètres de l'eau de l'aquarium sont tout simplement impensables. Qu'est-ce qui a changé?

Capacités techniques! Avec l'aide d'un équipement spécial, nous avons commencé à tromper la nature. Dans une petite boîte en verre, qui est essentiellement un aquarium d'ambiance typique (et même un volume solide de 200 à 300 litres pour un réservoir d'eau d'une pièce est très petit comparé à un réservoir d'eau naturel), il est devenu possible de contenir un nombre aussi important d'organismes vivants que ses ressources naturelles. disponible. Par exemple, dans une eau d'aquarium complètement immobile et non mélangée, à sa surface même, à une profondeur de 0,5 à 1 mm, la quantité d'oxygène peut être deux fois plus importante qu'à une profondeur de quelques centimètres seulement. Le transfert d'oxygène de l'air à l'eau elle-même est très lent. Selon les calculs de certains chercheurs, la molécule d'oxygène, grâce à sa seule diffusion, ne peut approfondir que de 2 cm! Par conséquent, sans moyens techniques de mélange ou d'aération de l'eau, il est tout simplement impossible pour un aquariophile de peupler un aquarium de poissons «supplémentaires». Les équipements d'aquarium modernes vous permettent de planter dans un aquarium et de contenir pendant un certain temps avec succès une quantité incroyable de poissons dans le passé. Des lampes lumineuses plantent un aquarium de manière très dense avec des plantes et couvrent même son fond d'une épaisse couche de richi!

Ceci est un fragment du fond de l'aquarium. Il est densément planté de plantes couvre-sol: glossistes (Glossostigma elatinoides), mousses de Java (Vesicularia dubyana) et Riccia (Riccia fluitans). Ce dernier flotte généralement près de la surface, mais cela peut être réalisé de manière à ce qu'il pousse sur le fond. Pour cela, l'aquarium doit être éclairé et du dioxyde de carbone est introduit dans l'eau.
De plus, les crevettes d’Amano n’ont pas pénétré accidentellement dans le cadre; il est donc nécessaire de choisir avec soin les restes de nourriture parmi l’épaisseur des rongeurs.
Mais il ne faut pas oublier que la nature trompée à partir de ce moment même, alors que nous peuplions l'aquarium de manière extrêmement dense avec des organismes vivants, n'est plus responsable de rien d'autre! La viabilité durable d'un tel système n'est à présent plus garantie. Pour le chaos écologique que l'aquariophile a arrangé dans son aquarium, lui et lui seul seront la réponse. Même une petite erreur de sa part conduit à une catastrophe écologique. Et pour ne pas commettre d'erreur, vous devez savoir comment et pourquoi au moins les paramètres de base du changement de l'eau. En les contrôlant rapidement, vous pouvez intervenir rapidement dans le travail du système surpeuplé et donc instable, en le dotant des ressources manquantes et en éliminant les excès que la "biocénose" de l'aquarium lui-même n'est pas en mesure d'utiliser. Le dioxyde de carbone est l’un des éléments nécessaires à un aquarium de plantes vivantes.

La photo a été prise lors d'un séminaire organisé par Takashi Amano à Moscou en 2003. Il s'agit de la vue arrière de l'aquarium. Il n'y a pas de fond artificiel ici. Cela créera des plantes extrêmement plantées le long du mur du fond. Pour pouvoir grandir sans s'étrangler mutuellement, plusieurs astuces basées sur les hautes technologies de l'aquarium ont été utilisées à la fois. Il s'agit d'un apprêt spécial multicouche non acide, riche en minéraux disponibles pour les plantes, d'une source de lumière très vive avec un spectre spécialement sélectionné et bien sûr d'un dispositif qui enrichit l'eau en CO2 (tous fabriqués par ADA).

Partie d'un système qui enrichit l'eau d'aquarium avec du dioxyde de carbone en gros plan. Dehors, un dispositif est attaché qui vous permet de contrôler visuellement le flux de bulles de gaz dans l’aquarium. À l'intérieur se trouve un diffuseur. Pour plus de clarté, les organisateurs du séminaire ont démarré le gaz très fort et toute une colonne de bulles s’échappe du diffuseur. Tant de plantes d'aquarium en dioxyde de carbone n'ont pas besoin. En fonctionnement normal, lorsque le gaz est beaucoup moins, les bulles ne doivent presque pas être visibles, car le dioxyde de carbone est rapidement dissous dans l'eau. Ainsi, la végétation luxuriante de l'aquarium "naturel" de Takashi Amano ne se développe pas d'elle-même - cela nécessite un équipement spécial. Donc, ce n’est pas un aquarium naturel, c’est plutôt de l’homme!

Il y a très peu de CO2 dans l'atmosphère terrestre - seulement 0,03%. Dans l'air atmosphérique sec avec une pression barométrique standard (760 mm. Hg. Art.), Sa pression partielle n'est que de 0,2 mm. Hg Art. (0,03% sur 760). Mais cette très petite quantité est tout à fait suffisante pour signifier sa présence de manière significative pour un aquariophile. Par exemple, l'eau distillée ou bien dessalée, placée dans un récipient ouvert pendant un temps suffisant pour s'équilibrer avec l'air atmosphérique **, deviendra légèrement acide. Cela se produira parce que le dioxyde de carbone y est dissous.

Avec la pression partielle de dioxyde de carbone susmentionnée, sa concentration dans l’eau peut atteindre 0,6 mg par litre, ce qui entraînera une chute du pH à des valeurs proches de 5,6. Pourquoi Le fait est que certaines molécules de dioxyde de carbone (pas plus de 0,6%) interagissent avec les molécules d’eau pour former de l’acide carbonique:
CO2 + H2O H2CO3
L’acide carbonique se dissocie en un ion hydrogène et un ion hydrocarbonate: H2CO3 H + + HCO3-
C'est suffisant pour acidifier l'eau distillée. Rappelez-vous que le pH (réaction active de l'eau) reflète uniquement la teneur en ions hydrogène de l'eau. C'est le logarithme négatif de leur concentration.

Dans la nature, les gouttes de pluie sont également acidifiées. Par conséquent, même dans les régions écologiques, dans lesquelles il n’ya pas d’acide sulfurique et nitrique dans les eaux de pluie, il reste légèrement acide. En passant ensuite dans le sol, où la teneur en dioxyde de carbone est plusieurs fois supérieure à celle de l'atmosphère, l'eau est encore plus saturée en dioxyde de carbone.

Interagissant ensuite avec les roches contenant du calcaire, cette eau convertit les carbonates en bicarbonates hautement solubles:

CaCO3 + H2O + CO2 Ca (HCO3) 2

Cette réaction est réversible. Il peut être déplacé à droite ou à gauche en fonction de la concentration en dioxyde de carbone. Si la teneur en CO2 reste stable pendant assez longtemps, un équilibre carbone-acide-chaux est alors établi: de nouveaux ions hydrocarbonés ne se forment pas. Si, d’une manière ou d’une autre, le CO2 du système d’équilibre est éliminé, il se déplacera vers la gauche et le carbonate de calcium pratiquement insoluble tombera de la solution contenant des bicarbonates. Cela se produit, par exemple, lorsque l'eau est bouillie (il s'agit d'une méthode connue pour réduire la dureté carbonate, c'est-à-dire que la concentration dans l'eau est de Ca (HCO3) 2 et de Mg (HCO3) 2). Le même processus est également observé avec la simple décantation de l'eau artésienne, qui était souterraine à une pression élevée et où beaucoup de dioxyde de carbone était dissous. Une fois à la surface, où la pression partielle de CO2 est faible, cette eau rejette l'excès de dioxyde de carbone dans l'atmosphère jusqu'à ce qu'elle atteigne l'équilibre. En même temps, un nuage blanchâtre constitué de particules de calcaire y apparaît. Selon le même principe, il se forme des stalactites et des stalagmites: l'eau qui s'écoule des formations souterraines est libérée de l'excès de dioxyde de carbone et des carbonates de calcium et de magnésium. Et en fait, la même réaction se produit sur les feuilles de nombreuses plantes d’aquarium, lorsqu’elles effectuent une photosynthèse active à la lumière vive et que le dioxyde de carbone dans l’espace clos de l’aquarium se termine. Ici, leurs feuilles commencent à "grisonner", à mesure qu'elles se recouvrent d'une croûte de carbonate de calcium. Mais une fois que tout l'acide carbonique libre est extrait de l'eau, le pH augmente également inexorablement. Habituellement, les plantes peuvent augmenter le pH de l'eau d'aquarium à 8,3-8,5. Avec un tel indicateur de la réaction active de l'eau, il n'y a presque pas de molécules de dioxyde de carbone et les plantes (les espèces qui peuvent le faire, mais beaucoup le peuvent) sont engagées dans l'extraction du dioxyde de carbone des bicarbonates.

Ca (HCO3) 2 -> CO2 (absorbé par la plante) + CaCO3 + H2O

En règle générale, ils ne peuvent pas augmenter le pH encore plus haut, car leur croissance continue altère considérablement l'état fonctionnel des plantes elles-mêmes: la photosynthèse, et donc l'élimination du CO2 du système ralentit, et le dioxyde de carbone dans l'air stabilise le pH. Les plantes d’aquarium peuvent donc littéralement s’étouffer. Les espèces qui gagnent mieux éliminent le dioxyde de carbone des hydrocarbonates, et ceux qui ne le peuvent pas, par exemple les rotales et les aponogonètes du groupe de Madagascar, en souffrent. Ces plantes sont considérées comme les plus douces parmi les aquariophiles.

Les plantes aquatiques de cet aquarium ne sont pas dans les meilleures conditions. Pendant longtemps, il a existé dans des conditions de carence aiguë en dioxyde de carbone, puis son approvisionnement a été organisé. Les résultats sont évidents. Les hauts verts frais parlent d'eux-mêmes. Un effet particulièrement marqué du dioxyde de carbone est perceptible sur le rotatif (Rotala macrandra). Ils ont failli mourir, comme en témoignent les parties inférieures des tiges presque complètement dépourvues de feuilles, mais ils sont revenus à la vie et ont donné de belles feuilles rougeâtres, qui ont poussé très vite déjà pendant l'approvisionnement en gaz.

Les plantes qui peuvent briser le bicarbonate plus tenace. Ceux-ci incluent Rdesta, Vallisneria, Echinodorus. Cependant, les fourrés denses elodey sont capables de les étrangler. Elodea peut extraire plus efficacement le dioxyde de carbone lié aux hydrocarbures:
Ca (HCO3) 2 -> 2CO2 (absorbé par la plante) + Ca (OH) 2
Si la dureté carbonatée de l'eau est suffisamment élevée, ce processus peut entraîner une augmentation dangereuse non seulement pour d'autres plantes, mais également pour la grande majorité des poissons d'aquarium, le pH de l'eau de l'aquarium pouvant aller jusqu'à 10. Il est impossible de cultiver toute une gamme de plantes dans de l'eau d'aquarium à pH élevé De très nombreuses espèces de poissons d'aquarium n'aiment certainement pas l'eau alcaline.

Est-il possible de corriger la situation en augmentant l'aération de l'aquarium, dans l'espoir qu'en raison de la grande solubilité du dioxyde de carbone, l'eau de l'aquarium enrichira le CO2? En effet, à pression atmosphérique normale et à une température de 20 ° C, 1,7 g de dioxyde de carbone pourrait être dissous dans un litre d’eau. Mais cela ne se produirait que si la phase gazeuse avec laquelle cette eau entrait en contact était entièrement constituée de CO2. Et, au contact de l'air atmosphérique, qui ne contient que 0,03% de CO2 dans 1 litre d'eau, seuls 0,6 mg peuvent sortir de cet air - il s'agit de la concentration d'équilibre correspondant à la pression partielle de dioxyde de carbone dans l'atmosphère au niveau de la mer. Si la teneur en dioxyde de carbone dans l'eau d'aquarium est inférieure, alors l'aération l'aidera à atteindre une concentration de 0,6 mg / l et pas plus! Mais généralement, la teneur en dioxyde de carbone dans l’eau de l’aquarium reste au-dessus de la valeur spécifiée et l’aération ne fera qu’entraîner une perte de CO2.

Le problème peut être résolu en introduisant artificiellement du dioxyde de carbone dans l'aquarium, d'autant plus que ce n'est pas du tout difficile. Dans ce cas, vous pouvez même vous passer d'équipements de marque, mais simplement utiliser les processus de fermentation alcoolique dans une solution sucrée avec de la levure et d'autres dispositifs extrêmement simples, dont nous parlerons bientôt.

Ici, cependant, il faut être conscient que par cela nous trompons encore une fois la nature. Une saturation irréfléchie de l'eau de l'aquarium en dioxyde de carbone ne donnera rien de bon. Vous pouvez donc tuer rapidement le poisson, puis les plantes. Le processus d'approvisionnement en dioxyde de carbone doit être strictement contrôlé. Il est établi que pour les poissons, la concentration de CO2 dans l'eau de l'aquarium ne doit pas dépasser 30 mg / l. Et dans un certain nombre de cas, cette valeur devrait être au moins inférieure d'un tiers. Rappelons que les fortes fluctuations du pH du poisson sont également néfastes et que l’apport supplémentaire de dioxyde de carbone acidifie rapidement l’eau.

Comment estimer la teneur en CO2 et s’assurer que, lorsque l’eau est saturée avec ce gaz, les valeurs de pH fluctuent légèrement et restent dans la plage acceptable pour les poissons? Ici, nous ne pourrons pas nous passer de formules et de calculs mathématiques: l’hydrochimie de l’eau des aquariums, hélas, est un sujet plutôt «aride».

La relation entre les concentrations dans l'eau d'un aquarium d'eau douce de dioxyde de carbone, d'ions hydrogène et d'ions hydrocarbonés reflète l'équation de Henderson-Hasselbach, qui dans notre cas ressemblera à:
[H +] [HCO3 -] / [H2CO3 + CO2] = K1
où K1 est la constante apparente de dissociation de l'acide carbonique dans la première étape, en tenant compte de l'équilibre des ions avec la quantité totale de dioxyde de carbone dans l'eau - l'acide carbonique total déterminé analytiquement (c'est-à-dire les molécules de CO2 dissoutes et hydratées sous la forme d'acide carbonique - H2CO3). Pour une température de 25 ° C, cette constante est égale à 4,5 * 10-7. Les crochets indiquent les concentrations molaires.

La conversion de la formule donne:

Le pH et les valeurs de [HCO3-] peuvent être déterminés à l'aide de tests standard en aquarium. Il convient de noter que le test KH détermine exactement la teneur en ions bicarbonate dans l'eau (et non en ions calcium) et convient à nos besoins. Le seul inconvénient de son utilisation est lié à la nécessité de recalculer les degrés en M, ce qui n’est pas du tout difficile. Pour cela, la valeur de la dureté carbonatée obtenue après avoir effectué la procédure de test en degrés est suffisante pour diviser par 2,804. La concentration en ions hydrogène exprimée en pH doit également être convertie en M; pour cela, il est nécessaire d'élever 10 à une puissance égale à la valeur du pH avec un signe négatif:

Pour convertir la valeur [H2CO3 + СО2] calculée par la formule (2) de M en mg / l CO2, elle doit être multipliée par 44000.

En utilisant l'équation de Henderson-Hasselbach, il est possible de calculer la concentration de dioxyde de carbone totale déterminée analytiquement dans un aquarium si l'aquariophile n'a pas utilisé de réactifs spéciaux et si la teneur en acides humiques et autres acides organiques de son aquarium est modérée pour stabiliser le pH (vous pouvez en juger selon la couleur de l'eau d'aquarium: si elle ne ressemble pas aux "eaux noires" d'Amazonie, elle est incolore ou légèrement colorée - cela signifie qu'elles ne sont pas nombreuses).

Ceux qui travaillent avec un ordinateur, en particulier avec des feuilles de calcul Excel, peuvent, sur la base de la formule ci-dessus et des valeurs K1, établir des tableaux détaillés reflétant la teneur en dioxyde de carbone en fonction de la dureté du carbonate et du pH. Nous allons donner ici une version abrégée, mais utile, pour les aquariophiles amateurs, d’une telle table, qui permet de calculer automatiquement la teneur en dioxyde de carbone de l’eau:
Le pH minimum de l'eau dans l'aquarium pour une dureté carbonate donnée pour laquelle la teneur en dioxyde de carbone n'est toujours pas dangereuse pour le poisson (nombres rouges dans les colonnes), et le pH maximum admissible pour lequel les plantes ne pouvant extraire le dioxyde de carbone des bicarbonates continuent à effectuer une photosynthèse. Pour 25 ° C

Si vous décidez de fournir du dioxyde de carbone à un aquarium, ajustez son alimentation de manière à ce que les valeurs de pH de la dureté carbonate correspondante se situent entre les valeurs rouge et verte. Pendant la journée, la réaction active de l'eau va changer (généralement le pH augmente), et ceci doit être pris en compte lors de la configuration de l'équipement. Essayez d’accorder au milieu de l’intervalle, la valeur du pH ne sortira probablement pas de ses frontières. Si l'alimentation en CO2 est régulée par un contrôleur de pH, coupant l'alimentation en gaz lorsque le pH est réduit à un niveau prédéterminé, ce niveau ne doit pas être inférieur au minimum autorisé pour le poisson. L'utilisation d'un régulateur de pH est la solution la plus efficace et la plus sûre, mais elle est relativement chère.

Au premier plan de cette photo se trouve un autre Rotala (Rotala wallichii). À gauche - phare de Mayaca fluviatilis. Elle est également amoureuse du dioxyde de carbone libre dans l'eau. Avec un éclairage approprié et une teneur en dioxyde de carbone dans l'aquarium de l'ordre de 15-20 mg / l, ces plantes aquatiques sont recouvertes de bulles d'oxygène, la photosynthèse est si efficace

En outre, les plantes à CO2 peuvent être alimentées à l'aide de comprimés spéciaux placés dans un aquarium dans un appareil spécial. Ils libèrent progressivement du dioxyde de carbone dans l'eau. Dans le même but, au début de la journée, il est possible d’ajouter à l’aquarium de l’eau gazéifiée peu minéralisée (naturellement, sans additif alimentaire!). Le tableau et la calculatrice donnés dans cet article aideront à évaluer l'efficacité de ces mesures.

Le tableau indique également les valeurs de pH qui, avec une dureté carbonate donnée, sont acquises par une eau bien aérée dans un aquarium de salle, si elle est modérément peuplée de poisson et si l’eau n’y est pas oxydable. En d'autres termes, si l'approvisionnement en dioxyde de carbone de l'aquarium cesse soudainement, nous pouvons nous attendre à ce que le pH de l'eau augmente pour atteindre environ ces valeurs dans quelques heures. Les chiffres de la dernière ligne de ce tableau représentent le pH de l’eau d’une dureté carbonate donnée en équilibre avec l’atmosphère. Il est évident qu’ils sont encore plus élevés. Dans les réservoirs naturels, dans les rapides de rivières épurées, où l'eau bout et libère dans l'atmosphère tout l'excès de dioxyde de carbone (hors équilibre), de telles valeurs de pH ont effectivement lieu. Dans les pièces, la pression partielle du dioxyde de carbone dans l'air est supérieure à celle en plein air, et les processus intervenant dans le sol et le filtre de l'aquarium entraînent la formation de dioxyde de carbone et d'ions hydrogène. Tout cela fournit plus que dans des conditions naturelles la teneur en dioxyde de carbone de l’eau des aquariums et l’eau qu’ils contiennent avec la même dureté carbonatée est plus acide.

Maintenant, faites attention à ce fait. L’acide carbonique, formé par la dissolution du dioxyde de carbone atmosphérique dans l’eau, réduit le pH de l’eau distillée à 5,6, et une eau de dureté carbonatée, par exemple égale à 5 kH, en équilibre avec les gaz atmosphériques, a une réaction active de 8,4. Il est facile de tracer un tel schéma: plus la dureté carbonatée de l’eau est élevée, plus elle est alcaline. En fait, cette règle est bien connue de beaucoup, mais tous les aquariophiles ne sont pas conscients du fait que nous parlons de dureté carbonatée. En effet, si nous ne traitons que des eaux douces naturelles, dans lesquelles la dureté carbonatée apporte généralement une contribution très significative au total, on ne peut même pas y penser, mais dans une eau préparée artificiellement, tout peut être différent. Par exemple, l'ajout de chlorure de calcium augmentera la dureté de l'eau, mais pas le pH. Le fait que les eaux naturelles ont généralement une réaction d’activité alcaline faible est associé précisément à la présence d’ions hydrocarbonates. Avec le dioxyde de carbone dissous dans l'eau, ils forment un système tampon dioxyde de carbone-bicarbonate, qui stabilise plus fortement le pH de l'eau dans la zone des valeurs alcalines, plus la concentration en bicarbonate (dureté carbonate) est élevée. Pour comprendre pourquoi cela se produit et pour choisir les valeurs de rigidité carbonate optimales pour un aquarium, vous devez à nouveau vous référer à la formule Henderson-Hasselbach.

* Les proportions classiques de l'aquarium sont les suivantes: la largeur est égale ou inférieure au quart de la hauteur. La hauteur ne dépasse pas 50 cm, mais en principe, sa longueur n'est pas limitée. Un aquarium de 1 m de long, de 40 cm de large et de 50 cm de hauteur en est un exemple.L'équilibre biologique dans un tel réservoir d'eau de salle sera établi relativement facilement.

** Par équilibre avec l'air atmosphérique, nous entendons l'état de l'eau lorsque les concentrations (tensions) des gaz qui y sont dissous correspondent aux pressions partielles de ces gaz dans l'atmosphère. Si la pression d'un gaz diminue, les molécules du gaz commenceront à quitter l'eau jusqu'à ce que la concentration d'équilibre soit à nouveau atteinte. Inversement, si la pression partielle du gaz au-dessus de l'eau augmente, une plus grande quantité de ce gaz se dissoudra dans l'eau.

http://ru-aqua.ru/index.php?pid=16

Propriétés physiques et chimiques du dioxyde de carbone

Formule - CO₂. Masse molaire - 44 g / mol.

Propriétés chimiques du dioxyde de carbone

Le dioxyde de carbone appartient à la classe des oxydes acides, c'est-à-dire en interagissant avec l'eau, il forme un acide, appelé charbon. L’acide carbonique est chimiquement instable et se décompose immédiatement au moment de sa formation, c’est-à-dire la réaction de l'interaction du dioxyde de carbone avec de l'eau est réversible:

Lorsqu'il est chauffé, le dioxyde de carbone se décompose en monoxyde de carbone et en oxygène:

Comme tous les oxydes acides, le dioxyde de carbone est caractérisé par des réactions d'interaction avec des oxydes basiques (formés uniquement de métaux actifs) et des bases:

Le dioxyde de carbone ne maintient pas la combustion, seuls les métaux actifs y brûlent:

CO₂ + 2 mg = C + 2 MgO (t);

CO₂ + 2 Ca = C + 2 CaO (t).

Le dioxyde de carbone réagit avec des substances simples telles que l'hydrogène et le carbone:

Lorsque le dioxyde de carbone interagit avec les peroxydes des métaux actifs, des carbonates se forment et de l'oxygène est libéré:

Une réaction qualitative au dioxyde de carbone est la réaction de son interaction avec l’eau de chaux (lait), c’est-à-dire avec de l'hydroxyde de calcium dans lequel se forme un précipité blanc - carbonate de calcium:

Propriétés physiques du dioxyde de carbone

Le dioxyde de carbone est une substance gazeuse sans couleur ni odeur. Plus lourd que l'air. Résistant à la chaleur. Lorsqu'il est comprimé et refroidi, il passe facilement à l'état liquide et solide. Le dioxyde de carbone à l'état solide est appelé «neige carbonique» et se sublime facilement à la température ambiante. Le dioxyde de carbone est peu soluble dans l’eau et réagit partiellement avec lui. Densité - 1.977 g / l.

Production et utilisation de dioxyde de carbone

Il existe des méthodes industrielles et de laboratoire pour la production de dioxyde de carbone. Ainsi, dans l'industrie, il est obtenu en brûlant du calcaire (1), et en laboratoire, par l'action d'acides forts sur des sels de carbonate (2):

Le dioxyde de carbone est utilisé dans les industries alimentaire (carbonatation de limonade), chimique (contrôle de la température dans la production de fibres synthétiques), métallurgique (protection de l'environnement, par exemple les précipitations de gaz brun) et dans d'autres industries.

Exemples de résolution de problèmes

Nous écrivons l'équation de dissolution du calcaire dans l'acide nitrique:

Teneur en carbonate de calcium pur (sans impuretés) dans le calcaire:

(CaCO₃)_cl = 100% -_mélange = 100% - 8% = 92% = 0,92.

Ensuite, la masse de carbonate de calcium pur:

La quantité de carbonate de calcium est:

n (CaCO₃) = 82,8 / 100 = 0,83 mol.

La masse d'acide nitrique dans la solution sera égale à:

m (hno₃) = 200 x 10/100% = 20 g.

La quantité d'acide nitrique de calcium est:

n (hno₃) = 20/63 = 0,32 mol.

En comparant le nombre de substances entrées dans la réaction, nous déterminons que l’acide nitrique est rare, nous effectuons donc des calculs supplémentaires sur l’acide nitrique. Selon l'équation de réaction n (HNO₃): n (CO₂) = 2: 1, donc n (CO₂) = 1/2 × n (HNO₃) = 0,16 mol. Ensuite, le volume de dioxyde de carbone sera égal à:

http://ru.solverbook.com/spravochnik/svojstva-po-ximii/fizicheskie-i-ximicheskie-svojstva-uglekislogo-gaza/

Qu'est-ce que le CO2?

Qu'est-ce que le dioxyde de carbone?

Le dioxyde de carbone est connu principalement à l'état gazeux, c'est-à-dire sous forme de dioxyde de carbone avec une formule chimique simple CO2. Sous cette forme, il existe dans des conditions normales - à la pression atmosphérique et à des températures "normales". Mais avec une pression accrue, supérieure à 5 850 kPa (comme par exemple la pression à une profondeur d'environ 600 m), ce gaz se transforme en liquide. Et avec un fort refroidissement (moins 78,5 ° C), il cristallise et devient ce que l'on appelle la neige carbonique, qui est largement utilisée dans le commerce pour stocker des aliments congelés dans des réfrigérateurs.

Le dioxyde de carbone liquide et la neige carbonique sont obtenus et utilisés dans l'activité humaine, mais ces formes sont instables et se décomposent facilement.

Mais le dioxyde de carbone est distribué partout: il est libéré lors de la respiration des animaux et des plantes et constitue une partie importante de la composition chimique de l'atmosphère et de l'océan.

Propriétés du dioxyde de carbone

Le dioxyde de carbone CO2 est incolore et inodore. Dans des conditions normales, il n'a pas de goût. Cependant, lors de l'inhalation de fortes concentrations de dioxyde de carbone, vous pouvez sentir un goût amer dans la bouche, dû au fait que le dioxyde de carbone se dissout sur les muqueuses et dans la salive, formant ainsi une faible solution d'acide carbonique.

À propos, la capacité du dioxyde de carbone à se dissoudre dans l’eau est utilisée pour produire de l’eau gazeuse. Les bulles de limonade sont le même dioxyde de carbone. Le premier appareil pour saturer le CO2 a été inventé en 1770 et, dès 1783, le suisse entreprenant, Jacob Schwepp, commença la production industrielle de soude (la marque Schweppes existe toujours).

Le dioxyde de carbone est 1,5 fois plus lourd que l'air, il a donc tendance à "se déposer" dans ses couches inférieures si la pièce est mal ventilée. L’effet «dog cave» est connu, le CO2 est émis directement par le sol et s’accumule à une hauteur d’environ un demi-mètre. Un adulte, pénétrant dans une telle cavité, au plus fort de sa croissance, ne sent pas un excès de dioxyde de carbone, mais les chiens se retrouvent directement dans une épaisse couche de dioxyde de carbone et sont empoisonnés.

Le CO2 n'entretenant pas la combustion, il est donc utilisé dans les extincteurs et les systèmes d'extinction. L’objectif consistant à éteindre une bougie allumée avec le contenu d’un verre prétendument vide (et en réalité de dioxyde de carbone) repose précisément sur cette propriété du dioxyde de carbone.

Le dioxyde de carbone dans la nature: sources naturelles

Le dioxyde de carbone dans la nature est formé de différentes sources:

• Le souffle des animaux et des plantes.
  Chaque élève sait que les plantes absorbent le dioxyde de carbone CO2 contenu dans l'air et l'utilisent pour la photosynthèse. Certaines ménagères essaient, par une abondance de plantes d'intérieur, de pallier les défauts de la ventilation. Cependant, les plantes non seulement absorbent, mais émettent également du dioxyde de carbone en l'absence de lumière - cela fait partie du processus de respiration. Par conséquent, la jungle dans une chambre mal ventilée n’est pas une bonne idée: le soir, le niveau de CO2 augmentera encore plus.
• Activité volcanique.
  Le dioxyde de carbone est un composant des gaz volcaniques. Dans les zones de forte activité volcanique, le CO2 peut être émis directement du sol - par des fissures et des failles appelées mofetes. La concentration de dioxyde de carbone dans les vallées contenant des mofetas est si élevée que de nombreux petits animaux y meurent.
• Décomposition de la matière organique.
  Le dioxyde de carbone se forme lors de la combustion et de la décomposition de la matière organique. Des émissions naturelles volumétriques de dioxyde de carbone accompagnent les incendies de forêt.

Le dioxyde de carbone est «stocké» dans la nature sous forme de composés du carbone dans les minéraux: charbon, pétrole, tourbe, calcaire. De gigantesques réserves de CO2 se trouvent sous forme dissoute dans les océans du monde.

La libération de dioxyde de carbone d'un réservoir ouvert peut entraîner un désastre limnologique, comme ce fut le cas par exemple en 1984 et 1986. dans les lacs de Manoun et de Nyos au Cameroun. Les deux lacs formés sur le site de cratères volcaniques - ils sont maintenant éteints, mais profondément dans le magma volcanique émettent encore du dioxyde de carbone, qui monte dans les eaux des lacs et s'y dissout. En raison de nombreux processus climatiques et géologiques, la concentration de dioxyde de carbone dans les eaux a dépassé la valeur critique. Une quantité énorme de dioxyde de carbone était émise dans l'atmosphère qui, comme une avalanche, descendait les pentes des montagnes. Environ 1 800 personnes ont été victimes de catastrophes limnologiques sur les lacs camerounais.

Sources artificielles de dioxyde de carbone

Les principales sources anthropiques de dioxyde de carbone sont:

• les émissions industrielles associées aux processus de combustion;
• transport routier.

Malgré le fait que la part des transports respectueux de l'environnement augmente dans le monde, la grande majorité de la population mondiale n'aura pas bientôt l'occasion (ou le désir) de passer à de nouvelles voitures.

La déforestation active à des fins industrielles entraîne également une augmentation de la concentration de dioxyde de carbone dans le CO2.

Dioxyde de carbone dans le corps humain

Le CO2 est l’un des produits finaux du métabolisme (décomposition du glucose et des graisses). Il est sécrété dans les tissus et transporté par l'hémoglobine vers les poumons à travers lequel il est exhalé. Environ 4,5% du dioxyde de carbone (45 000 ppm) dans l'air exhalé par une personne est 60 à 110 fois plus élevé que dans l'air inhalé.

Le dioxyde de carbone joue un rôle important dans la régulation de l’approvisionnement en sang et de la respiration. Une augmentation du niveau de CO2 dans le sang entraîne une dilatation des capillaires, ce qui permet à davantage de sang de libérer de l'oxygène dans les tissus et d'éliminer le dioxyde de carbone.

Le système respiratoire est également stimulé par une augmentation de la teneur en dioxyde de carbone et non par un manque d'oxygène, semble-t-il. En fait, le corps ne ressent pas longtemps le manque d'oxygène et il est tout à fait possible qu'une personne perde conscience dans un air raréfié avant de ressentir le manque d'air. La propriété stimulante du CO2 est utilisée dans les appareils de respiration artificielle: le dioxyde de carbone y est mélangé avec de l'oxygène pour «activer» le système respiratoire.

Le dioxyde de carbone et nous: ce qui est dangereux avec le CO2

Le dioxyde de carbone est nécessaire pour le corps humain ainsi que l'oxygène. Mais tout comme avec l'oxygène, un excès de dioxyde de carbone nuit à notre bien-être.

Une concentration élevée de CO2 dans l'air entraîne une intoxication du corps et provoque un état d'hypercapnie. Avec l'hypercapnie, une personne a des difficultés à respirer, des nausées, des maux de tête et peut même perdre connaissance. Si la teneur en dioxyde de carbone n'est pas réduite, le tour de l'hypoxie - manque d'oxygène. Le fait est que le dioxyde de carbone et l'oxygène se déplacent dans tout le corps avec le même «transport» - l'hémoglobine. Normalement, ils "voyagent" ensemble, se fixant à différents endroits de la molécule d'hémoglobine. Cependant, une concentration accrue de dioxyde de carbone dans le sang réduit la capacité de l'oxygène à se lier à l'hémoglobine. La quantité d'oxygène dans le sang diminue et une hypoxie survient.

De tels effets malsains sur le corps proviennent de l’inhalation d’air contenant plus de 5 000 ppm de CO2 (il peut s’agir de l’air des mines, par exemple). En toute justice, dans la vie ordinaire, nous ne rencontrons presque jamais un tel air. Cependant, une concentration beaucoup plus faible de dioxyde de carbone ne nuit pas à la santé.

Selon les conclusions de certaines études, déjà 1 000 ppm de CO2 provoquent fatigue et maux de tête chez la moitié des sujets. Beaucoup de gens commencent à ressentir la morosité et le malaise encore plus tôt. Avec une nouvelle augmentation de la concentration de dioxyde de carbone à 1 500 - 2 500 ppm, l'efficacité est considérablement réduite, le cerveau est "paresseux" pour prendre l'initiative, traiter les informations et prendre des décisions.

Et si le niveau de 5 000 ppm est presque impossible dans la vie quotidienne, 1 000 et même 2 500 ppm peuvent facilement faire partie de la réalité de l'homme moderne. Notre expérience à l'école a montré que dans des classes peu ventilées, le niveau de CO2 restait pendant une partie du temps supérieure à 1 500 ppm et dépassait parfois les 2 000 ppm. Il y a tout lieu de penser que la situation est similaire dans de nombreux bureaux et même dans des appartements.

Les physiologistes considèrent que 800 ppm sans danger pour le bien-être humain, ce sont les niveaux de dioxyde de carbone.

Une autre étude a établi un lien entre les niveaux de CO2 et le stress oxydatif: plus le niveau de dioxyde de carbone est élevé, plus nous souffrons de stress oxydatif, ce qui détruit les cellules de notre corps.

http://tion.ru/blog/dioksid-ugleroda-co2/

Le dioxyde de carbone et l'eau créent-ils un mélange dans une bouteille de soda?

Comment mettre autant de gaz dans un liquide et pourquoi commence-t-il à sortir lorsque le couvercle est ouvert?

Le dioxyde de carbone, pompé ou placé d'une autre manière dans un récipient avec de l'eau ordinaire sous pression, ne forme pas un "mélange" mais une solution limpide. Dans cette solution, le dioxyde de carbone se présente principalement sous la forme de molécules de CO2 et en partie également sous la forme de produits d'interaction chimique du dioxyde de carbone avec de l'eau: cations hydrogène chargés positivement H + et ions hydrocarbonés chargés négativement НСО3- et un petit nombre de molécules d'acide carbonique Н2СО3. La quantité de gaz dissous obéit à la loi de Henry: plus la pression partielle de gaz (c'est-à-dire la pression sans tenir compte des autres gaz, y compris l'air) est élevée au-dessus de la solution, plus le gaz se dissout. La constante de Henry pour le dioxyde de carbone et l'eau est bien connue. Si, par exemple, du dioxyde de carbone est libéré d’une cartouche d’acier dans un siphon d’un litre contenant 0,9 litre d’eau (il contient 8,8 g, ce qui est facile à déterminer par pesée, le gaz qu’il contient est sous pression à l’état liquide): d'après la loi d'Henry, un transfert d'environ 85% du gaz sera effectué, le reste demeurant au-dessus de la solution sous forme de gaz comprimé. Sa pression partielle sera d'environ 5,5 atm (et 1 atm supplémentaire d'air siphonné avec de l'eau avant l'absorption de dioxyde de carbone). Si vous remplissez le siphon vers le haut, la pression au-dessus de l'eau augmentera légèrement. À propos, l'acidité d'une solution aqueuse de CO2 (pH de 3,3 à 3,7, selon la pression) est bien inférieure à l'acidité du suc gastrique. Par conséquent, même une solution aqueuse concentrée d'acide carbonique peut être bue sans crainte. Si un siphon ou une bouteille d'eau gazeuse est ouvert, la pression au-dessus de la solution chute brusquement et devient égale à la pression atmosphérique. Dans le même temps, conformément à la même loi de Henry, la solubilité du gaz diminue également fortement, il commencera à se distinguer sous la forme de bulles dans un liquide qui flottera dans l'air. Dans ce cas, les ions H + et HCO3- se combinent pour former de l'acide carbonique H2CO3, qui se décompose en libérant du CO2 (c'est-à-dire que les processus sont "dans le sens opposé"). Et encore: la constante Henry est fortement dépendante de la température. Dans l’eau chaude, la solubilité du dioxyde de carbone est beaucoup moindre, et dans l’eau glacée, davantage. Si vous chauffez une bouteille sans soda avec du soda, la pression du gaz augmentera considérablement.

http://www.bolshoyvopros.ru/questions/2215674-uglekislyj-gaz-i-voda-sozdajut-smes-v-butylke-s-gazirovkoj.html

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E290 - Dioxyde de carbone

Origine:

Catégorie additive:

Danger:

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Le complément alimentaire E290 (dioxyde de carbone) est utilisé dans l'industrie alimentaire comme agent de conservation, régulateur de l'acidité et antioxydant. Au quotidien, l'additif E290 est mieux connu sous le nom de dioxyde de carbone.

Selon ses propriétés physiques, le dioxyde de carbone est un gaz incolore, inodore et au goût légèrement acide. L'additif E290 peut être dissous dans l'eau pour former de l'acide carbonique faible. Formule chimique du dioxyde de carbone: CO₂.

À l'échelle industrielle, le dioxyde de carbone est produit à partir des gaz de combustion en l'absorbant avec du carbonate de potassium ou de la monoéthanolamine. Pour cela, un mélange de gaz industriels est passé dans une solution de carbonate de potassium. Le dioxyde de carbone est absorbé par cette solution, formant un hydrocarbonate. Ensuite, la solution de bicarbonate est chauffée ou soumise à une pression réduite, de sorte que de l'acide carbonique pur en est libéré.

De plus, du dioxyde de carbone peut être produit dans des installations spéciales de séparation de l'air, en tant que sous-produit de l'extraction d'oxygène pur, d'argon et d'azote.

En quantités de laboratoire, le dioxyde de carbone est produit en petites quantités en faisant réagir des carbonates avec des acides. Par exemple, lors de la réaction de la craie avec de l'acide chlorhydrique, il se produit une formation d'acide carbonique instable, suivie de sa décomposition en dioxyde de carbone et en eau:

Le dioxyde de carbone fait partie de l'atmosphère et de nombreuses cellules vivantes de notre corps. Pour cette raison, l'additif E290 peut être classé comme additif alimentaire relativement inoffensif.

Cependant, il convient de rappeler que le dioxyde de carbone contribue à l’absorption accélérée de diverses substances dans la muqueuse gastrique. Cet effet se manifeste par l’intoxication rapide résultant de l’utilisation de boissons alcoolisées gazeuses.

En outre, les boissons gazeuses ne sont rien de plus qu'un acide carbonique faible. Par conséquent, la consommation excessive de boissons supplémentées en E290 est contre-indiquée pour les personnes souffrant de maladies à l'estomac et au tractus gastro-intestinal (ulcères, gastrite).

Les effets secondaires du dioxyde de carbone sur l'organisme sont plus inoffensifs. Ainsi, lorsqu’ils boivent des boissons gazeuses, la plupart des gens ont des éructations et des "ballonnements".

Il existe un autre avis concernant les méfaits de l'additif alimentaire E290. Les boissons fortement gazeuses peuvent favoriser le "lessivage" du calcium des os du corps.

Dans l'industrie alimentaire, le dioxyde de carbone est utilisé comme agent de conservation E290 dans la production de boissons alcoolisées et non alcoolisées. L'acide carbonique formé par la réaction du dioxyde de carbone avec de l'eau a un effet désinfectant et antimicrobien.

En boulangerie, l'additif E290 peut être utilisé comme poudre à pâte, donnant toute sa splendeur aux produits de boulangerie.

Le dioxyde de carbone est largement utilisé dans la fabrication de produits vinicoles. En ajustant la quantité de dioxyde de carbone dans le moût de vin, la fermentation peut être contrôlée.

De plus, le monoxyde de carbone peut être utilisé comme gaz protecteur pendant le stockage et le transport de divers produits alimentaires.

Autres utilisations du dioxyde de carbone:

• dans la production de soudage comme une atmosphère protectrice;
• dans la réfrigération sous forme de "neige carbonique";
• dans les systèmes d'extinction d'incendie
• dans la pneumatique des bouteilles de gaz

L’additif E290 est autorisé dans l’industrie alimentaire dans presque tous les pays du monde, y compris l’Ukraine et la Fédération de Russie.

http://dobavkam.net/additives/e290

Système d'eau à base de dioxyde de carbone et de carbonates

De nombreux aquariophiles connaissent les recommandations relatives à l'utilisation d'une eau plus douce et acide que celle utilisée dans les aquariums pour la reproduction des poissons. Il est commode d'utiliser à cet effet de l'eau distillée, douce et légèrement acide, en la mélangeant à l'eau de l'aquarium. Mais il s'avère que dans ce cas, la dureté de l'eau de source diminue proportionnellement à la dilution et le pH reste presque inchangé. La propriété de maintenir la valeur du pH, quel que soit le degré de dilution, est appelée tampon. Dans cet article, nous allons présenter les principaux composants des systèmes tampons d’eau d’aquarium: acidité de l’eau - pH, teneur en dioxyde de carbone - CO₂, "dureté" du carbonate - dKN (cette valeur indique la teneur en ions hydrocarbonés HCO dans l'eau₃ - ; en hydrochimie des pêches, ce paramètre est appelé alcalinité), dureté totale - dGH (pour simplifier, on suppose qu'il ne s'agit que d'ions calcium - Ca ++). Laissez-nous discuter de leur influence sur la composition chimique de l'eau naturelle et de l'eau d'aquarium, les propriétés réelles du tampon, ainsi que le mécanisme de l'effet des paramètres considérés sur l'organisme du poisson. La plupart des réactions chimiques décrites ci-dessous sont réversibles. Il est donc important de vous familiariser d'abord avec les propriétés chimiques des réactions réversibles. Ceci est pratique pour l'exemple de l'eau et du pH.

• 6. CO₂ et physiologie de la respiration des poissons d'aquarium
• 7. Mini-atelier
• 8. Références

1. À propos des équilibres chimiques, des unités de mesure et du pH

Bien que l’eau soit faible, elle reste un électrolyte, c’est-à-dire qu’elle est capable de se dissocier, décrite par l’équation

Ce processus est réversible, c'est-à-dire

D'un point de vue chimique, l'ion hydrogène H + est toujours un acide. Les ions capables de se lier, neutralisant l'acide (H +) sont des bases. Dans notre exemple, il s'agit d'ions hydroxyle (OH -), mais dans la pratique de l'aquarium, comme cela sera montré ci-dessous, la base dominante est l'ion hydrocarboné HCO.₃ -, ion carbonate "rigidité". Les deux réactions se déroulent à des vitesses assez mesurables déterminées par la concentration: les vitesses des réactions chimiques sont proportionnelles au produit des concentrations des substances réactives. Donc, pour la réaction inverse de la dissociation de l'eau H + + OH -> H₂A propos de sa vitesse sera exprimé comme suit:

K - coefficient de proportionnalité, appelé constante de vitesse de réaction.
[] - Les crochets indiquent la concentration molaire d'une substance, c'est-à-dire le nombre de moles de substance dans 1 litre de solution. Une mole peut être définie comme le poids en grammes (ou le volume en litres pour les gaz) de 6 × 10 23 particules (molécules, ions) d’une substance - le nombre d’Avogadro. Un nombre indiquant le poids de 6 x 10 23 particules en grammes est égal au nombre indiquant le poids d'une molécule en daltons.

Ainsi, par exemple, l'expression [H₂O] désigne la concentration molaire d'une solution aqueuse... d'eau. Le poids moléculaire de l'eau est de 18 daltons (deux atomes d'hydrogène à 1d, plus un atome d'oxygène de 16d), respectivement, 1 mol (1 M) H₂Environ 18 grammes. Ensuite, 1 litre (1000 grammes) d’eau contient 1000: 18 = 55,56 moles d’eau, c.-à-d. [H₂O] = 55,56 M = const.

La dissociation étant un processus réversible (H₂O - H + + OH -), à condition que les vitesses des réactions directe et inverse soient égales (V_pr= V_arr), il se produit un état d’équilibre chimique dans lequel les produits de la réaction et les réactifs sont dans des rapports constants et définis: K_pr[H₂O] = K_arr[H +] [HE -]. Si les constantes sont combinées dans une partie de l'équation et les réactifs dans l'autre, nous obtenons

où K est aussi une constante et est appelée la constante d'équilibre.

La dernière équation est une expression mathématique de la soi-disant. la loi d'action des masses: dans un état d'équilibre chimique, le rapport des produits des concentrations de réactifs à l'équilibre est constant. La constante d'équilibre indique les proportions de l'équilibre chimique des réactifs. Connaissant la valeur de K, on ​​peut prédire la direction et la profondeur de la réaction chimique. Si K> 1, la réaction se poursuit dans le sens aller si K +] [OH -] / [H₂O] = 1,8 • 10 -16. Depuis [H₂O] = 55,56 = const, il peut être combiné avec K du côté gauche de l'équation. Puis:

L'équation de dissociation de l'eau convertie sous cette forme s'appelle le produit ionique de l'eau et est notée K_w. Valeur K_w reste constant pour toutes les valeurs des concentrations de H + et OH -, c.-à-d. lorsque la concentration en ions hydrogène H + augmente, la concentration en ions hydroxyle - OH - diminue et inversement. Ainsi, par exemple, si [H +] = 10 -6, alors [OH -] = K_w/ [H +] = (10 -14) / (10 -6) = 10 -8. Mais k_w = (10 -6). (10 -8) = 10 -14 = const. Du produit ionique de l'eau, il en résulte que, à l'état d'équilibre, [H +] = [OH -] = √K_w = √1 • 10 -14 = 10 -7 M.

L'unicité de la relation entre la concentration en ions hydrogène et en hydroxyle dans une solution aqueuse permet d'utiliser l'une de ces valeurs pour caractériser l'acidité ou l'alcalinité du milieu. Il est d'usage d'utiliser la valeur de la concentration en ions hydrogène H +. Comme il n’était pas pratique de fonctionner avec des valeurs de l’ordre de 10 -7, le chimiste suédois K.Serenzen a proposé en 1909 d’utiliser le logarithme négatif de la concentration en ions hydrogène H + à cette fin et a désigné son pH, de lat. Potentia Hydrogeni - La puissance de l'hydrogène: pH = -lg [H +] Ensuite, l'expression [H +] = 10 - 7 peut être écrite brièvement sous la forme pH = 7. Depuis Le paramètre proposé n'a pas d'unités, c'est une mesure (pH). La proposition de Serenson semble évidente, mais ses contemporains le critiquaient pour la relation inverse inhabituelle entre la concentration en ions hydrogène H + et la valeur du pH: avec une concentration croissante en H +, c.-à-d. à mesure que l'acidité de la solution augmente, la valeur du pH diminue. D'après le produit ionique de l'eau, le pH peut prendre des valeurs de 0 à 14 avec un point de neutralité de pH = 7. Les organes du goût humain commencent à distinguer le goût acide de la valeur de pH = 3,5 et moins.

Pour l'aquariophilie, la plage de pH est comprise entre 4,5 et 9,5 (seul celui-ci sera considéré ci-dessous) et l'échelle suivante est traditionnellement adoptée avec une division de prix variable:

• pH 8 - alcalin

En pratique, dans la plupart des cas, une échelle plus grossière avec un prix de division constant est beaucoup plus informative:

• pH = 5 ± 0,5 - acide
• pH = 6 ± 0,5 - légèrement acide
• pH = 7 ± 0,5 - neutre
• pH = 8 ± 0,5 - légèrement alcalin
• pH> 8,5 - alcalin

Les environnements dont le pH est de 9,5 sont biologiquement agressifs et doivent être considérés comme inappropriés pour la vie des habitants de l'aquarium. Le pH étant une valeur logarithmique, une variation de pH de 1 unité signifie une modification de la concentration en ions hydrogène de 10 fois, un facteur de 2 par 100, etc. Un changement de concentration en H + double la valeur du pH de seulement 0,3 unités.

De nombreux poissons d’aquarium tolèrent les variations de l’acidité de l’eau de 100 fois (c’est-à-dire 2 unités de pH) sans nuire particulièrement à la santé. Diviseurs haratsinovyh et autres soi-disant. Les poissons d'eau douce jettent les producteurs de l'aquarium en général (souvent avec une eau faiblement alcaline) dans le bassin de frai (légèrement acide) et inversement sans adaptation intermédiaire. La pratique montre également que la plupart des habitants de biotopes ayant une eau acide en captivité se sentent mieux dans une eau dont le pH est compris entre 7,0 et 8,0. S. Spott estime que le pH de 7,1 à 7,8 est optimal pour un aquarium d'eau douce.

Le pH de l’eau distillée est compris entre 5,5 et 6,0 et n’atteint pas le pH attendu = 7. Pour faire face à ce paradoxe, vous devez vous familiariser avec la "famille noble": CO₂ et ses dérivés.

2. CO2 AVEC LES UNITES DE MESURE COMREES, PH ET AGAINES

Selon la loi de Henry, la teneur en gaz d'un mélange d'air dans l'eau est proportionnelle à sa fraction dans l'air (pression partielle) et à son coefficient d'absorption. L'air contient jusqu'à 0,04% de CO₂, ce qui correspond à sa concentration jusqu'à 0,4 ml / l. Ratio d'absorption de CO₂ eau = 12,7. Ensuite, 1 litre d'eau peut dissoudre 0,6–0,7 ml de CO₂ (ml, pas mg!). À titre de comparaison, son antipode biologique est l’oxygène, avec une teneur en atmosphère de 20% et un coefficient d’absorption de 0,05, sa solubilité est de 7 ml / l. La comparaison des coefficients d’absorption montre que, toutes choses étant égales par ailleurs, la solubilité du CO₂ dépasse de manière significative la solubilité de l'oxygène. Essayons de comprendre pourquoi une telle injustice.

Contrairement à l'oxygène et à l'azote, le dioxyde de carbone - CO₂, n'est pas une simple substance, mais un composé chimique - un oxyde. Comme d'autres oxydes, il interagit avec l'eau pour former des oxydes hydratés et, comme d'autres non-métaux, son hydroxyde est acide (carbonique):

En conséquence, la plus grande solubilité relative du dioxyde de carbone est due à la liaison chimique avec l’eau, qui ne se produit pas avec l’oxygène ou l’azote. Examiner attentivement les propriétés acides de l’acide carbonique en appliquant la loi de l’action de masse et en tenant compte du fait que [H₂O] = const:

ici K₁ et K₂ - les constantes de dissociation de l'acide carbonique en 1 et 2 étapes.

Jonah NSO₃ - sont appelés bicarbonates (dans la littérature ancienne, bicarbonates) et ions CO₃ -- - les carbonates. Ordre de K₁ et K₂ suggère que l'acide carbonique est un acide très faible (K₁ À₂).

À partir de l'équation K₁ Vous pouvez calculer la concentration en ions hydrogène H +:

Si nous exprimons la concentration de H + en termes de pH, comme Henderson et Hasselbalch l'ont fait à leur époque pour la théorie des solutions tampons, nous obtenons:

où, par analogie avec le pH, pK₁ = -lgК₁ = -lg4 • 10 -7 = 6,4 = const. Alors pH = 6,4 + lg [HCO₃ - ] / [CO₂]. La dernière équation est connue sous le nom d'équation de Henderson-Hasselbalch. Au moins deux conclusions importantes découlent de l'équation de Henderson-Hasselbalch. Premièrement, pour l'analyse de la valeur du pH, il est nécessaire et suffisant de connaître les concentrations des composants de CO uniquement.₂-système. Deuxièmement, la valeur du pH est déterminée par le rapport des concentrations [HCO₃ - ] / [CO₂] et non l'inverse.

Depuis le contenu de [HCO₃ - ] inconnue, pour calculer la concentration de H + dans l’eau distillée, vous pouvez utiliser la formule adoptée en chimie analytique [H +] = √K₁[CO₂]. Alors pH = -lg√K₁[CO₂]. Pour estimer la valeur du pH qui nous intéresse, revenons aux unités de mesure. De la loi de Henry, il est connu que la concentration de CO₂ dans l'eau distillée est de 0,6 ml / l. Expression [CO₂] désigne la concentration molaire (voir ci-dessus) de dioxyde de carbone. 1 M CO₂ pèse 44 grammes et, dans des conditions normales, prend un volume de 22,4 litres. Ensuite, pour résoudre le problème, il est nécessaire de déterminer quelle proportion de 1M, c.-à-d. à partir de 22,4 litres, constituer 0,6 ml. Si la concentration de CO₂ exprimé non pas en volume, mais en unités de poids, c'est-à-dire en mg / l, la fraction souhaitée doit être considérée à partir du poids molaire de CO₂ - à partir de 44 grammes. Alors la valeur requise sera:

où x est le volume (ml / l), y est le poids (mg / l) de concentration de CO₂. Les calculs les plus simples donnent une valeur approximative de 3 • 10 -5 M CO₂ ou 0,03 mM. Alors

ce qui est cohérent avec les valeurs mesurées.

À partir de l'équation de Henderson-Hasselbalch, on peut voir comment la valeur du pH dépend du rapport [HCL₃ - ] / [CO₂]. Nous pouvons supposer approximativement que si la concentration d'un composant dépasse de 100 fois la concentration de l'autre, cette dernière peut alors être négligée. Puis avec [NSO₃ - ] / [CO₂] = 1/100 pH = 4,5, ce qui peut être considéré comme la limite inférieure de CO₂-système. Des valeurs de pH plus faibles sont dues à la présence d'autres acides minéraux, tels que l'acide sulfurique, l'acide chlorhydrique, plutôt que l'acide carbonique. Avec [NSO₃ - ] / [CO₂] = 1/10, pH = 5,5. Avec [NSO₃ - ] / [CO₂] = 1 ou [NSO₃ - ] = [CO₂], pH = 6,5. Avec [NSO₃ - ] / [CO₂] = 10, pH = 7,5. Avec [NSO₃ - ] / [CO₂] = 100, pH = 8,5. On pense qu’à pH> 8,3 (le point d’équivalence de la phénolphtaléine), le dioxyde de carbone libre dans l’eau est pratiquement absent.

3. ÉQUILIBRE D'EAU NATURELLE ET DE CARBONE

Dans la nature, humidité atmosphérique saturée de CO₂ l’air et les retombées de précipitations filtrées à travers la croûte géologique de l’altération. On considère que là, en interagissant avec la partie minérale de la croûte altérée, elle s’enrichit dans la soi-disant. ions typomorphes: Ca ++, Mg ++, Na +, SO₄ --, Сl - et forme sa composition chimique.

Cependant, les travaux de V.I. Vernadsky et B. B. Polynov a montré que la composition chimique des eaux de surface et des eaux souterraines des régions à climat humide et modérément humide est formée principalement par le sol. L’influence de la croûte de vieillissement est associée à son âge géologique, c.-à-d. avec un degré de lessivage. Les résidus végétaux en décomposition sont fournis au CO₂, OSN₃ - et des éléments de cendres dans une proportion correspondant à leur contenu en matière végétale vivante: cendres> Na> Mg. Il est curieux de constater que dans presque tout le monde, l’eau de boisson utilisée dans les aquriumistics contient également du bicarbonate-ion HCO comme anion dominant.₃ -, et parmi les cations, Ca ++, Na +, Mg ++, souvent avec du Fe. Et les eaux de surface des tropiques humides ont généralement une composition chimique étonnamment uniforme et ne diffèrent que par le degré de leur dilution. La dureté de ces eaux atteint très rarement des valeurs (8 ° dGH) et se maintient généralement jusqu'à 4 ° dGH. En raison du fait que dans de telles eaux [CO₂] = [HCO₃ - ], ils ont une réaction acide faible et un pH de 6,0 à 6,5. L'abondance de la litière de feuilles et sa destruction active avec une grande quantité de précipitation peuvent conduire à une teneur très élevée en CO dans ces eaux.₂ et des substances humiques (acides fulviques) en l'absence presque complète d'éléments de cendres. Ce sont les soi-disant. Les «eaux noires» de l’Amazonie, dans lesquelles la valeur du pH peut chuter à 4,5 et conserver en plus la soi-disant. tampon humide.

Sur l'entretien avec₂ dans les eaux naturelles affecte leur mobilité. Donc, dans les eaux vives du CO₂ est contenu dans une concentration de 2 à 5 mg / l (jusqu'à 10), alors que dans les eaux stagnantes des marais et des étangs, ces valeurs atteignent une valeur de 15 à 30 mg / l.

Dans les régions de végétation sèche et pauvre, la formation de la composition ionique des eaux de surface est fortement influencée par l'âge géologique des roches composant la croûte altérée et par leur composition chimique. En eux, le pH et les proportions des ions typomorphes seront différents de ceux donnés ci-dessus. En conséquence, de l’eau se forme avec une teneur significative en SO₄ - et Сl -, et des cations Na + avec une proportion significative de Mg ++ peuvent prévaloir. Augmentation de la teneur totale en sel - minéralisation. En fonction de la teneur en hydrocarbonates, le pH de ces eaux varie en moyenne de pH 7 ± 0,5 à pH 8 ± 0,5 et la dureté est toujours supérieure à 10 ° dGH. Dans les eaux alcalines stables, à pH> 9, les principaux cations seront toujours Mg ++ et Na + avec une teneur en potassium notable, car le Ca ++ précipite sous forme de calcaire. À cet égard, les eaux de la grande vallée du Rift africain, qui se caractérise par ce qu'on appelle. la salinisation de la soude. En même temps, même les eaux de géants tels que le lac Victoria, le Malawi et le Tanganyika sont caractérisées par une minéralisation élevée et une teneur en hydrocarbonates tellement élevée que la «dureté» carbonatée de leurs eaux dépasse la dureté totale: dKH> dGH.

CO contenu dans l'eau₂ et ses dérivés, bicarbonates et carbonates, sont interconnectés par ce qu'on appelle. équilibre de dioxyde de carbone:

Dans les régions où la croûte de vieillissement est jeune et contient du calcaire (CaCO₃) l'équilibre en dioxyde de carbone est exprimé par l'équation

En appliquant à cette équation la loi d’action des masses (voir ci-dessus) et en tenant compte du fait que [H₂O] = const et [CaCO₃] = const (phase solide), on obtient:

où k_CO2 - constante d'équilibre du dioxyde de carbone.

Si les concentrations de substances actives sont exprimées en millimoles (mM, 10 -3 M), alors_CO2 = 34,3. À partir de l'équation K_CO2 instabilité visible hydrocarboné: en l'absence de CO₂ c'est-à-dire avec [CO₂] = 0, l'équation n'a pas de sens. En l'absence de dioxyde de carbone, les bicarbonates se décomposent en CO.₂ et eau alcalinisée: HCO₃ - → HE - + AVEC₂. Contenu de CO gratuit₂ (car l'eau «sans vie» est très insignifiante), qui assure la durabilité d'une concentration donnée de bicarbonates à pH constant, est appelée dioxyde de carbone à l'équilibre - [CO₂]_p. Il est associé à la fois à la teneur en dioxyde de carbone dans l’air et à la dKH de l’eau: à une augmentation de dK, la quantité de [CO₂]_p. Teneur en CO₂ dans les eaux naturelles, en règle générale, il est proche de l'équilibre, et c'est cette caractéristique qui les caractérise, et non les valeurs de dKH, dGH et pH, qui distingue le plus souvent l'état des eaux naturelles de l'eau d'aquarium. Résoudre l'équation k_CO2 relativement AVEC₂, Vous pouvez déterminer la concentration de dioxyde de carbone à l'équilibre:

Étant donné que les concepts de dureté totale, de «dureté» du carbonate et d’acidité sont très répandus dans l’aquarisme en eau douce, il est intéressant de noter que les équations:

combinez-les en un seul système. Division K_CO2 sur K₁ on obtient l'équation généralisée:

Rappelons que [H +] et le pH sont inversement proportionnels. Ensuite, la dernière équation montre que les paramètres: dGH, dKH et pH sont directement proportionnels. Cela signifie que dans un état proche de l'équilibre gazeux, une augmentation de la concentration d'un composant entraînera une augmentation de la concentration des autres. Cette propriété est clairement visible lors de la comparaison de la composition chimique des eaux naturelles de différentes régions: les eaux plus difficiles sont caractérisées par des valeurs de pH et de dKH plus élevées.

Pour le poisson, la teneur optimale en CO₂ fait 1-5 mg / l. Les concentrations supérieures à 15 mg / l sont dangereuses pour la santé de nombreuses espèces de poissons d'aquarium (voir ci-dessous).

Ainsi, du point de vue du bilan de dioxyde de carbone, la teneur en CO₂ dans des eaux naturelles toujours proches de [CO₂] p.

4. A PROPOS DE L’EAU AQUARIUM ET DE LA PRODUCTION DE SOLUBILITÉ

L'eau d'aquarium n'est pas un équilibre en termes de CO₂ en principe. Mesure du dioxyde de carbone à l'aide de CO₂-test vous permet de déterminer le dioxyde de carbone total - [CO₂]_général, dont la valeur dépasse généralement la concentration de dioxyde de carbone à l'équilibre - [CO₂]_général> [CO₂]_p. Cet excès est appelé dioxyde de carbone hors équilibre - [CO₂]_ner. Alors

Les deux formes de dioxyde de carbone, d'équilibre et de non équilibre, ne sont pas mesurables, mais uniquement des paramètres calculés. C'est le dioxyde de carbone hors équilibre qui assure la photosynthèse active des plantes aquatiques et, d'autre part, peut créer des problèmes pour garder certaines espèces de poissons. Dans un aquarium bien équilibré, les fluctuations quotidiennes quotidiennes de la teneur en dioxyde de carbone ne conduisent pas à une chute de sa concentration en dessous de [CO₂]_p et ne pas dépasser les capacités du tampon d’eau de l’aquarium. Comme nous le verrons dans le chapitre suivant, l’amplitude de ces oscillations ne doit pas dépasser ± 0,5 [CO₂]_p. Mais avec une augmentation de la teneur en dioxyde de carbone de plus de 0,5 [CO₂]_p, la dynamique des composants revendiqués AVEC₂-Les systèmes - dGH, dKH et pH, seront très différents des systèmes naturels: la dureté totale (dGH) dans une telle situation augmente avec la baisse des valeurs de pH et de dKN. C’est cette situation qui permet de distinguer fondamentalement l’eau d’aquarium de l’eau naturelle. Une augmentation de la dGH résulte de la dissolution du sol calcaire. Dans de telles eaux, les processus vitaux d’échange gazeux dans le corps du poisson peuvent être empêchés, en particulier - l’élimination du CO₂, et les processus de réponse pathologique émergents conduisent souvent à des erreurs dans l’évaluation de la situation (voir ci-dessous). Dans les aquariums de récifs marins, cette eau peut dissoudre du CaCO fraîchement précipité₃ squelette de corail dur, y compris sur le site de la blessure, pouvant entraîner le détachement du polype du squelette et la mort de l'animal pendant le bien-être de l'aquarium, en fonction d'autres paramètres.

Avec une abondance de plantes aquatiques, une situation est possible lorsque [CO₂]_général ++ +Avec₃ -- _(rr). En appliquant la loi d’action des masses, nous obtenons: [Ca ++] [CO₃ -- ]_(rr)/ [CaCO₃]_(tv.)= K Parce que [CaCO₃]_(tv.)= const (phase solide), puis [Ca ++] [CO₃ -- ]_(rr)= K Depuis la dernière équation caractérise la capacité d'une substance à se dissoudre, puis un tel produit de concentration en ions saturés de substances peu solubles est appelé un produit de solubilité - PR (à comparer avec le produit ionique de l'eau K_w).

PR_Caso3 = [Ca ++] [CO₃ -- ] = 5 • 10 -9. Comme le produit ionique de l’eau, le PR_Caso3 reste constant quels que soient les changements de concentration en ions calcium et en carbonates. Ensuite, si du calcaire est présent dans le sol de l'aquarium, les ions carbonates seront toujours présents dans l'eau en une quantité déterminée par PR._Caso3 et raideur générale:

En présence de dioxyde de carbone hors d'équilibre dans l'eau, la réaction suivante a lieu:

qui abaisse la concentration saturante en ions carbonates [CO₃ -- ]. En conséquence, conformément au produit de solubilité, des quantités compensatoires de CO vont s'écouler dans l'eau.₃ -- de caso₃, c'est-à-dire le calcaire va commencer à se dissoudre. Depuis qn₂+H₂O = H + + NSO₃ -, la signification de l'équation ci-dessus peut être formulée plus précisément: CO₃ -- +H + = OSN₃ -. La dernière équation dit que les carbonates dans l’eau sont conformes au PR_Caso3, neutraliser l'acide (H +) formé en dissolvant le CO₂, grâce à quoi le pH de l'eau reste inchangé. Ainsi, nous sommes arrivés progressivement au point où nous avons commencé la conversation:

5. SYSTÈME DE TAMPON EN CARBONATE

Les solutions sont appelées tampons si elles possèdent deux propriétés:

R: Le pH des solutions ne dépend pas de leur concentration ni du degré de leur dilution.

B: En ajoutant de l’acide (H +) ou de l’alcalin (OH -), leur valeur de pH change peu, jusqu’à ce que la concentration de l’un des composants de la solution tampon change de plus de la moitié.

Ces propriétés ont des solutions consistant en un acide faible et son sel. En aquarium, cet acide est le dioxyde de carbone et son sel dominant est le bicarbonate de calcium - Ca (HCO₃)₂. En revanche, l’augmentation des émissions de CO₂ au-dessus de l’équilibre équivaut à l’ajout d’acide à l’eau - H +, et baisser sa concentration en dessous de l’équilibre équivaut à l’ajout d’alcali - OH - (décomposition de bicarbonates - voir ci-dessus). La quantité d'acide ou d'alcalin qui doit être ajoutée à la solution tampon (eau d'aquarium) pour que la valeur du pH soit modifiée d'une unité est appelée capacité tampon. Il en résulte que le pH de l'eau d'aquarium commence à changer plus tôt que sa capacité tampon est épuisée, mais une fois que la capacité tampon est épuisée, les changements de pH équivalents déjà à la quantité d'acide introduite ou d'alcali. La base du système de tampon est le soi-disant. Principe de Le Chatelier: l'équilibre chimique est toujours décalé dans le sens opposé à l'effet appliqué. Considérez les propriétés des systèmes de tampons A et B.

A. L’indépendance du pH des solutions tampons par rapport à leur concentration est déduite de l’équation de Henderson-Hasselbalch: pH = pK₁ +lg [HCO₃ - ] / [CO₂]. Puis à différentes concentrations de HCO₃ - et CO₂ leur attitude [HCO₃ - ] / [CO₂] peut être inchangé. Par exemple, [HCO₃ - ] / [CO₂] = 20/8 = 10/4 = 5/2 = 2,5 / 1 = 0,5 / 0,2 = 2,5, c'est-à-dire différentes eaux, différant par la valeur de la "dureté" du carbonate dКН et la teneur en CO₂, mais en les contenant dans la même proportion auront la même valeur de pH (voir aussi ch.2). La capacité tampon de ces eaux sera certainement différente: plus la concentration des composants du système tampon sera élevée, plus sa capacité tampon sera grande, et inversement.

Les aquariophiles rencontrent cette propriété des systèmes tampons, généralement pendant les périodes d’inondations de printemps et d’automne, lorsque les stations de prise d’eau sont alimentées en eau de surface plutôt qu’en artésienne. Pendant ces périodes, la capacité tampon de l'eau peut diminuer à un point tel que certaines espèces de poissons ne résistent pas au débarquement traditionnel et dense. Puis des histoires sur des maladies mystérieuses commencent à apparaître, par exemple, scalaire ou épée, et contre lesquelles tous les médicaments sont impuissants.

B. Vous pouvez parler de trois systèmes tampons d’eau d’aquarium, dont chacun est stable dans sa plage de pH:

2. pH = 8,3 NSO₃ - tampon bicarbonate

Considérons la propriété B en deux versions: var. B1 - avec une teneur croissante en CO₂ et var. B2 - tout en réduisant son contenu.

B1. Concentration de CO₂ augmente (atterrissage serré, eau très ancienne, suralimentation).

Propriétés acides du CO₂ manifeste dans la formation d’ions hydrogène H + lorsqu’il interagit avec l’eau: CO₂+H₂О → Н + + НСО₃ -. Puis en augmentant la concentration de CO₂ équivalent à une augmentation de la concentration en ions hydrogène H +. Selon le principe de Le Chatelier, cela conduira à la neutralisation de H +. Dans ce cas, les systèmes de mémoire tampon fonctionnent comme suit.

Carbonate Buffer 3: en présence de sols carbonatés, les ions hydrogène seront absorbés par les carbonates présents dans l’eau: H + + CO₃ -- → OSN₃ -. La conséquence de cette réaction sera la dissolution de CaCO₃ sol (voir ci-dessus).

Tampon bicarbonate 1 - 2: par la réaction de H + + HCO₃ - → CO₂↑ + H₂A. La stabilité du pH sera obtenue en réduisant la «dureté» du carbonate de dKH et en éliminant le CO résultant₂ - soit à cause de la photosynthèse, soit à cause de sa diffusion dans l'air (avec une aération adéquate).

Si la source de l'excès de CO₂ ne sera pas éliminé, avec une diminution de la valeur de dKN deux fois par rapport à la valeur initiale, le pH de l’eau commencera à diminuer avec une diminution concomitante de la capacité tampon et une augmentation de la dureté totale. Lorsque la valeur du pH diminue de 1 unité, la capacité du système tampon est épuisée. À pH = 6,5, la teneur en bicarbonates restants [HCO₃ - ] = [CO₂] et à pH - → H + + CO₃ --. Puis après la diminution du contenu

Avec₂, la proportion d'hydrocarbonates sera également réduite proportionnellement et la valeur du ratio [NSO₃ - ] / [CO₂] restent constants (voir propriété A, équation de Henderson-Hasselbalch). Lorsque la teneur en dioxyde de carbone est inférieure à 0,5 [CO₂]_p, la valeur du pH commencera à augmenter et pourrait atteindre pH = 8,3. En atteignant cette valeur, le tampon bicarbonate 1 épuise ses capacités, car dans cette eau, le CO₂ pratiquement absent.

Tampon Bicarbonate 2 conserve la valeur du pH = 8,3. Ce chiffre découle de la formule [H +] = √К₁À₂, où k₁ et K₂ - 1ère et 2ème constantes de dissociation de l'acide carbonique (voir ci-dessus). Puis:

C'est à dire Le pH de toutes les solutions d'hydrocarbonates est constant, ne dépasse pas pH = 8,3 et est une conséquence de la nature même de ces substances.

En l'absence de CO₂ les hydrocarbures sont décomposés par l'équation:

OSN₃ - → CO₂+OH - eau alcalinisante et mise en évidence du CO₂, quelles plantes consomment. Mais le même bicarbonate neutralise OH - selon le schéma: TVA₃ - → CO₃ -- +H +; et H + + OH - → H₂A. Par conséquent, la valeur du pH restera stable, ce qui reflète l'équation sommaire:

La stabilité du PH est à nouveau obtenue en réduisant la quantité de bicarbonates, c'est-à-dire en abaissant la capacité tampon de l'eau. Cependant, le test d'aquarium dKN ne ressent pas cette diminution en raison des caractéristiques de la méthode d'analyse elle-même.

Étant donné que l’ion bicarbonate a la capacité de dissocier les types acide et basique, c’est-à-dire: HCO₃ - → H + + CO₃ -- et OSN₃ - → HE - + AVEC₂, Cette «rigidité» carbonate dKN (teneur en hydrocarbures) est également un système tampon.

L'introduction artificielle de bicarbonates dans l'eau (généralement sous la forme de bicarbonate de soude) est parfois pratiquée lorsque des cichlidés des Grands Lacs africains sont conservés dans le commerce des aquariums marins. Dans ce cas, deux stratégies sont mises en œuvre: une augmentation de la capacité tampon de l'eau de l'aquarium et une augmentation du pH à 8,3.

Si la quantité de CO₂ dans l’aquarium, l’eau diminuera davantage, puis, lorsque son contenu sera réduit de moitié par rapport à l’équilibre, le pH de l’eau commencera à augmenter. Lorsque la valeur du pH dépasse le pH = 8,3, le dioxyde de carbone de l'eau disparaît et le carbone inorganique n'est représenté que par les bicarbonates et les carbonates.

Carbonate Buffer 3. Lorsque le carbonate dépasse la concentration correspondant au produit de solubilité [CO₃ -- ] = PR_Caso3/ [Ca ++], des cristaux de CaCO vont se former dans l'eau₃. Depuis le seul et unique consommateur de CO₂ Dans un aquarium d'eau douce, il y a des plantes aquatiques, alors les processus en question se produisent principalement à la surface de la feuille verte. Avec une augmentation du pH> 8,3, la surface des feuilles mûres commencera à se recouvrir d'une croûte de chaux, substrat remarquable pour la croissance des algues. Liaisons de carbonates de CO₃ --, formant CaCO₃ maintient également la stabilité du pH. Cependant, en l'absence d'ions Ca ++ (dans une eau très douce), avec la photosynthèse active, une augmentation de la concentration en carbonates augmentera la valeur du pH en raison de l'hydrolyse des carbonates: CO₃ -- +H₂О → ОН - + НСО₃ -.

Avec une augmentation de 1 unité de la valeur du pH par rapport à la valeur initiale, la capacité tampon de l’eau sera épuisée et, avec la baisse continue de la teneur en CO₂, La valeur du pH peut atteindre rapidement un pH risqué> 8,5. En conséquence, la baisse de CO₂ dans l'eau d'aquarium, le pH augmente avec une légère diminution de la dureté totale. Dans de telles eaux (aussi fortement en déséquilibre que dans la version B1), de nombreux poissons d'eau douce se sentiront très mal à l'aise.

Ainsi, le système d’eau tampon carbonate combine les paramètres hydrochimiques traditionnels de l’aquarium: la dureté totale et la dureté carbonatée, le pH et la teneur en CO.₂. Parmi dGH - pH - dKH - CO₂ le paramètre le plus conservateur est la dGH et le plus volatil, le CO₂. Selon le degré de modification de la dGH, du pH et surtout de la dKH par rapport à l'eau du robinet réglée et aérée, on peut juger du degré d'intensité des processus de respiration et de photosynthèse dans un aquarium. L’épuisement de la capacité tampon de l’eau de l’aquarium, dans un sens comme dans l’autre, modifie sa capacité à absorber le CO₂, que c’est cette propriété qui la transforme souvent en fort déséquilibre en termes de CO₂ et radicalement différent du naturel. Changements dans la capacité de l'eau d'aquarium à absorber le CO exhalé par les poissons₂, peut dépasser les capacités physiologiques du corps du poisson pour son élimination. Puisque cela affecte la santé de la population de poissons de l'aquarium, vous devez vous familiariser avec les caractéristiques des effets physiologiques du CO₂ sur le corps du poisson.

© Alexander Yanochkin, 2005
© Aqua Logo, 2005

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