Poranna Witaj Zmiano pisze: ↑piątek 16 lut 2024, 17:20
[...] jest szersza grupa, żywo zainteresowana tematem więc trzeba spiąć pośladki i wywiązać się z obietnicy.
Nawet nie wiesz, jak bardzo trzeba...
Ale żeby nie robić z gęby cholewy, to tak z grubsza.
Nie będzie zatem o prawie Henry'ego, stałej równowagi, jej zmianach wraz z temperaturą i różnicy między nią a stałą kwasowości, zasadowości roztworu zamiast twardości węglanowej, współczynnikach aktywności itp. Tzn. będzie, ale jeszcze nie teraz... Kiedyś...
A teraz tylko o pewnym micie akwarystycznym. Tak powszechnym, że sam go dawno temu powtarzałem. A mit ten głosi, że w akwarium nawożonym CO₂ powinno być KH ok. 4. Po to, żeby zabezpieczyć przed gwałtownym spadkiem pH. I „na czuja” to wydaje się mieć sens. Tak działają roztwory buforowe — dodajemy mocny kwas lub zasadę, a pH zmienia się tylko troszkę. Chyba że przekroczymy tzw. pojemność buforową, to wtedy przestaje działać. Nawet tłumacząc ludziom zależności CO₂ — KH — pH nie od razu na to wpadłem, że to zupełnie inna bajka. Trzeba było dopiero zrobić jakieś wykresy na prezentację w Drozdowie (w czasach, gdy jeszcze tam jeździłem z wystąpieniami — i tak, jeszcze pojadę, oby już w tym roku remont skończyli). Policzyłem więc... No i tu zaskoczenie. Początkowe, bo jak już się zorientowałem, jaka jest prawda, to okazała się oczywista.
No dobra, dalej już bez osobistych auto-wycieczek.
Po krótce.
Zależność CO₂ — KH — pH związana jest z równowagą chemiczną w roztworze:
CO₂/aq/ + H₂O ⇄ HCO₃⁻ + H⁺
Z tej reakcji wynika wzór na stałą kwasowości:
Ka = [H⁺]·[HCO₃⁻]/[CO₂/aq/], przy czym zapis „[X]” oznacza stężenie X. O tym, że to nie do końca prawda, jak już napisałem, innym razem. Jako pierwsze (a często i ostatnie) przybliżenie wystarczy. Czyli mamy tutaj stężenia:
[H⁺], czyli jony wodorowe (nieważne w jakiej formie, jakby ktoś chciał się awanturować, że H₃O⁺ — to zresztą też nieprawda).
[HCO₃⁻], czyli zawartość wodorowęglanów, oznaczana jako... KH!
[CO₂/aq/], czyli zawartość w wodzie rozpuszczonego CO₂.
Rozważania na temat równowagi samego rozpuszczania CO₂ są w tym miejscu zbędne.
Jedyny problem to pH, bo to nie jest stężenie [H⁺].
Szkolna formuła mówi „ujemny logarytm ze stężenia jonów wodorowych”, co należy czytać:
Jeśli [H⁺] = 10⁻
⁷ mol/dm³, to pH = 7.
Jeśli [H⁺] = 10⁻
³ mol/dm³, to pH = 3.
Jeśli [H⁺] = 10⁻
¹⁰ mol/dm³, to pH = 10.
Co ważnego wynika z tej formuły?
Jeśli [H⁺] wzrośnie 10×, pH spadnie o 1 (jeden!). Jeśli [H⁺] spadnie 10×, pH wzrośnie o 1. Dlatego należy unikać gwałtownych skoków pH w akwarium! Twardości nie zmieniamy nigdy kilkukrotnie. Dlatego też operacje zmiany pH najlepiej jest robić na wodzie do podmian.
No i pH się nie uśrednia... Gdyby to była zupełnie czysta woda, to moglibyśmy uśredniać [H⁺], ale są jeszcze wspomniane mimochodem bufory... Dlatego rzadko wychodzi Wam to, czego się spodziewaliście.
Ale wracając do tematu...
Stała kwasowości, jak nazwa wskazuje, jest stała (w danej temperaturze, żeby nie było za łatwo). Czyli, jeśli [HCO₃⁻] jest stałe (a z dobrym przybliżeniem jest), to wychodzi bezpośredni związek [H⁺]/[CO₂/aq/]. Ile razy wzrośnie stężenie CO₂, tyle samo razy wzrośnie [H⁺]. Jeśli wzrośnie 10×, pH spadnie o 1.
Niezależnie od KH!
I w zasadzie to tyle...
Jeszcze wykres, żeby zobaczyć, że najbardziej niebezpieczny (to też będzie zaskoczenie) jest moment rozpoczęcia podawania CO₂ — wtedy skok jest największy. Na szczęście jego tempo ograniczone jest szybkością rozpuszczania CO₂. Podobnie jest przy wyłączaniu — stężenie CO₂ nie od razu spadnie do równowagowego...
- pH-CO2(b).png (32.26 KiB) Przejrzano 3745 razy
Obliczenia (gdyby ktoś życzył sobie weryfikować) wykonane są dla założeń:
temperatura 23 °C (pKa = 6,36)
siła jonowa roztworu 0,005 mol/dm³ (do uwzględnienia współczynników aktywności)
Jeszcze uwaga ogólna. Stężenie równowagowe CO₂ w wodzie wynosi przeciętnie, w zależności od zaduchu w pomieszczeniu, od 0,6 do 1,5 ppm.
