Переход второй: О жесткости воды и волшебнице пэ-ха

Два показателя воды интересуют прежде всего современного аквариумиста. Во-первых, жесткость воды. Жесткость обозначают буквой Ж, либо двумя латинскими буквами dH (от немецких слов "дейче харте" - немецкая жесткость). В ихтиологической литературе, в журнальных статьях и в ряде книг об аквариумах около каждого вида рыбы или растения указывается необходимая жесткость воды в градусах. Один градус жесткости соответствует содержанию 10 мг окиси кальция (СаО) в 1 л воды. Именно от содержания в воде ионов кальция зависит показатель жесткости.

Аквариумные обитатели имеют определенную жизненную зону жесткости, обычно в пределах от 3 до 15°. Некоторые улитки не живут в мягкой воде - их раковины разрушаются. Живородящие рыбки хорошо себя чувствуют в воде жесткостью около 10°, неоновые, наоборот, предпочитают жесткость до 6°. Водяной папоротник и сагиттария любят воду жесткостью 10 - 14°, а увирандра - решетчатый апоногетон - погибает уже при 5°.

Как же подобрать необходимую жесткость воды? Прежде всего следует узнать постоянную жесткость воды в городском водопроводе. Если это трудно определить в школьном химическом кабинете, следует обратиться за справкой на городскую водопроводную станцию.

Однако жесткость воды в аквариуме может быть иной в сравнении с водопроводной. Присутствие в аквариуме раковин, обломков камней, мрамора, туфа делает воду более жесткой, кроме того, мрамор, туф и обломки цветного стекла повышают степень щелочности воды и делают ее непригодной для жизни. Практически, при наличии крупнозернистого песка и речной гальки вода аквариума приобретает более или менее постоянную жесткость. Например, невская вода (на выходе из-под крана 2 - 3° жесткости) через месяц-два приобретает жесткость 6 - 10°, а если воду в аквариуме не подменивать, а лишь подливать взамен испарившейся, концентрация солей оказывается и еще выше.

Но в большинстве случаев аквариумист сталкивается с проблемой снижения жесткости. Если в Ленинграде аквариумист будет постоянно подменивать 1/5 воды в аквариуме еженедельно, вода будет постоянна мягкой (3 - 5°). Многие любители гордятся, что не меняют воду годами, но в то же время начинают удивляться, почему перестали расти растения, плохо растут рыбы, не мечут икру. А дело все в повышении концентрации солей. Это очень опасное явление. Стоит однажды заменить такой концентрированный раствор свежей отстоявшейся по всем правилам и подогретой водой, как растения сбросят листья, а рыбы могут погибнуть; слишком резкий был скачок в смене среды обитания.

Если из-под крана идет вода более жесткая, чем нам требуется, ее нужно умягчить. При жесткости 12° (а необходимая - 6°) следует взять половину воды из крана и половину дистиллированной, при жесткости 18° - одну треть водопроводной и две трети дистиллированной и т. д.

Надо сказать, что жесткость неоднородна. Общая жесткость (Ж) складывается из постоянной (Ж_п) и временной (Ж_в) жесткостей. Поскольку Ж = Ж_п + Ж_в, если мы снизим Ж_в, то уже умягчим воду. Для снижения Жв не требуется сложной аппаратуры для дистилляции воды - достаточно воду вскипятить. Если ты, читатель, живешь в месте, где жесткая вода, то знаешь, что чайники постепенно покрываются изнутри толстым слоем осадка. Это выпадает в осадок соль кальция СаСО_з. Происходит реакция:

Кипячением понижают временную жесткость воды. А почему она временная? Дело в том, что жесткость колеблется по сезонам и по времени суток. В устойчивые сезоны года - к концу зимы, к концу лета - она нарастает, зато паводки и дожди вызывают умягчение воды, и трогаются в рост растения, готовятся к нересту рыбы. Многие рыбы, обитая в стоячей воде, нерестуют только на заливных лугах в паводковой проточной мягкой воде.

В сильно заросшем водоеме или аквариуме жесткость меняется и в течение суток. Как известно, освещенные растения поглощают углекислый газ. По мере деятельности зеленых химических фабрик хлорофилла содержание углекислого газа в воде все уменьшается и уменьшается. 1/1 может наступить момент, когда его станет очень мало, особенно в "цветущих" водоемах, где зазеленела вода*. Тогда растения начинают вырабатывать углекислый газ из особых соединений - бикарбонатов, от содержания которых зависит временная жесткость. Происходит уже знакомая нам реакция:

*(Вода "цветет" (густо зеленеет) от обильного развития зеленых водорослей - хлореллы, синдесмии и др. )

Великолепными умягчителями воды являются такие растения, как элодея, роголистник, водоросль хара. Их стебли и листья часто покрыты корочкой - осадком СаСО3. Но обратите внимание на знак реакции: процесс идет в обе стороны в отличие от кипячения. Ночью, когда растения не поглощают углекислый газ, а в результате дыхания всего живого в водоеме он снова накапливается, процесс идет в обратном порядке и Жв повышается. Если допустить такие колебания Жв и содержания СО2 в воде аквариумов, можно погубить всех животных всего за одну ночь: произойдет замор от удушья.

Отсюда вывод: "цветение" воды - это опасное и неприятное явление в аквариуме, серьезное нарушение в работе нашего прибора. Не пробуй избавиться от этого зла сменой воды - свежая вода только способствует развитию водорослей. Лучше затемнить аквариум на четыре-пять дней, а еще проще - выловить рыб и запустить в водоем рачков дафний, они поедят водоросли. Но главное не допускать цветения. Оно начинается в водоемах, слишком ярко освещенных, и там, где гниют остатки корма.

В последние годы предприятия Москвы освоили специальные приборы для умягчения воды. Прибор надевается на кран, вода проходит через камеры с ионообменными смолами, которые отбирают у нее соли кальция и магния. Из умягчителя выходит вода жесткостью 1 - 1,5°. Прибор рассчитан на пропускание 150 л воды, но чем выше жесткость водопроводной воды, тем меньшее количество ее он может пропустить. Способность смолы поглощать из воды соли легко восстанавливается с помощью теплого раствора столовой соли, который пропускается через прибор.

А сейчас нам предстоит познакомиться еще с одним очень важным показателем химического состояния воды - с коварной и изменчивой волшебницей пэ-ха. Латинскими буквами рН (пэ-ха) обозначают так называемую активную реакцию воды (от слов pondus Hydrogenii - вес водорода). Показатель рН играет огромную роль в жизни животных и растений. В аквариуме он колеблется в зависимости от многих причин, а эти колебания воздействуют на наших питомцев либо улучшая их состояние, либо вызывая их гибель.

Что же это за волшебница, от чего зависит ее изменчивость?

Мы уже знаем, что такое электролитическая диссоциация. Но диссоциировать могут не только растворенные в воде вещества, но и сама вода. Правда, очень незначительно, лишь - часть молекул воды участвует в этом процессе. Химически чистая вода диссоциирует на ионы водорода Н и ионы гидроксила ОН'. Содержание и тех и других в такой воде будет равно. Говорят, что вода имеет нейтральную реакцию. У нейтральной воды диссоциирует одна молекула на каждые 10 000 000, или иначе - одна на 107 (десять в седьмой степени). Степень и берется за показатель рН. У нейтральной воды, следовательно, рН7, а нейтральной называется вода, в которой либо вообще нет кислот или щелочей, либо они присутствуют в ней в равном количестве. В воде, содержащей щелочи (в состав которых входит группа ОН), концентрация ионов водорода будет меньше и показатель рН начнет возрастать, а если в воде есть кислоты (в состав которых входит Н), то, наоборот, снижаться. При показателях рН от 1 до 6 вода имеет кислую реакцию, при рН 7,5 - 13 и т. д. - щелочную. Зона жизни в воде для большинства организмов находится в пределах рН 5 - 8. Рыбы нормально развиваются в более узкой зоне рН 5,5 - 7,5, а для размножения многим из них требуется еще большая точность. Например, для расбор рН 5,5 - 6, неоновых рН 6,5; дискусы живут и размножаются при рН 5,9 - 6,7. У моллюсков диапазон колебаний рН в пределах 4,5 - 10,5, но многие улитки гибнут уже при рН 6,5; их раковины разрушаются, а молодые экземпляры не растут. Очень чувствительны к колебаниям рН растения. Большинство видов растет лишь в пределах рH 6,5 - 7,5, а зона криптокорин лежит ближе к кислой воде (рН 5,5 - 6,5). Но в то же время можно заметить, что все растения, по-видимому, устроил бы показатель рН 6,5.

Казалось бы, надо стремиться именно к такому показателю нашей аквариумной воды. Но в том-то и беда, что волшебница пэ-ха очень изменчива! И изменения эти прежде всего связаны с временной жесткостью и с количеством растворенного в воде углекислого газа.

Чем выше Жв, тем более щелочная реакция воды. Увеличение количества СО2 в воде понижает показатель рH В воде жесткостью более 3° это происходит довольно плавно, а вот в невской воде сдвиг показателей рН со щелочной в кислую сторону происходит так резко, что рыбы не выдерживают и гибнут. Такова суть этого процесса. Вот как это выглядит на практике.

Ты сменил воду в давно не чищенном аквариуме. Вместо старой, с большой концентрацией солей воды налил свежую, очень мягкую. Рыбы заиграли всеми красками, начали носиться друг за другом. Ты доволен: в аквариуме наступила весна. Но переход был слишком резок. Ночью количество углекислого газа возросло, рН сдвинулось в сторону кислой реакции и рыбы, не привыкшие к кислой воде и не приспособленные к таким резким колебаниям рН, погибли. А растения сбросили листья. И неудивительна. За одну ночь показатель рН может сделать скачок на 2 - 3 единицы, а многие рыбы и растения болезненно воспринимают изменения даже на 0,5 единицы! Отсюда вывод; нельзя допускать резкого изменения условии, нельзя резко менять химический состав среды обитания, надо избегать излишнего скопления углекислого газа по ночам (избегать перенаселения аквариума, гниения в нем остатков корма и т. д.).

Раз настроение нашей волшебницы колеблется в зависимости от количества углекислого газа, растворенного в воде, значит оно будет изменяться и в течение суток: ведь количество СО₂ связано с деятельностью растений. При ярком солнечном освещении в зарослях элодеи показатель рН поднимается до 10,6. Водоросли "цветущей" воды подщелачивают ее до рН 9 - 10. Ночью же из-за накопления СО₂ показатель падает до рН 5,5, а иногда и еще ниже. Это может привести к гибели даже тех рыб, которым не страшно скопление СО2 (они могут не только дышать жабрами, но и усваивать кислород из атмосферы).

Разумеется, в природных достаточно больших водоемах рыбы уходят из зоны с непригодным показателем рН. Кроме того, течение, волнение от ветра вызывают постоянные перемещения масс воды и сдвиги рН не происходят особенно резко. Иное дело в замкнутом аквариуме - здесь и колебания резки, и рыбам деваться некуда. А растения, вызвавшие днем высокие показатели рН, сами начинают страдать от этого, так как в сильно щелочных растворах меняется проницаемость их оболочек. Кроме того, в такой воде выпадает в осадок железо и происходят другие нежелательные явления.

Как предупредить такие резкие изменения показателя рН?

Прежде всего, надо постоянно продувать аквариум воздухом. С воздухом в аквариум попадает углекислый газ, следовательно, он будет постоянно в растворенном состоянии в воде аквариума.

Но струя воздушных пузырьков будет увлекать за собой и поток воды: в аквариуме возникает устойчивое вращение воды в вертикальной плоскости. А это очень важно. Если слои воды неподвижны, показатели рН верхних слоев и в зарослях растений могут сдвинуться до критического состояния, что очень хорошо видно на графике изменения показателя рН в течение суток на разной глубине.

Наконец, еще одним правилом, выполнение которого избавит нас от козней злой волшебницы, явится неуклонное выполнение общего режима аквариума: рассеянное освещение, регулярная подмена воды на одну пятую, умеренное население в аквариуме и т. д.

Если же мы научимся ладить с волшебницей пэ-ха, она будет не помехой нам, а помощницей. Например, для разведения расбор, неоновых и ряда других рыбок нам потребуется иметь определенную слабокислую реакцию воды. О подкислении воды мы будем говорить ниже, когда познакомимся с фильтрами. Сейчас же остается рассказать, каким образом любитель аквариума определяет рН воды в аквариуме. Для этой цели у нас в стране используют сложные электронные приборы и ряд более простых приспособлений.

Испытываемую воду наливают в пробирку и капают туда несколько капель индикатора - жидкости особого химического состава. Вода в пробирке тут же окрашивается, а затем, сравнивая цвет в пробирке с растворами в запаянных сосудах, легко определяют показатель рН.

Широко используют для этого и индикаторные бумажки. Смоченные водой, они тоже меняют цвет; затем находят в цветной таблице такой же цвет, а рядом с ним - соответствующий показатель рН.

Но нужно ли обязательно определять этот изменчивый показатель? На графике ты видел, как резко отличаются днем показатели у поверхности и на глубине. А возьми пробу воды из середины аквариума, и у тебя окажется самое благополучное - рН7! Значит, дело не в умении определять этот показатель, дело в таком умелом управлении аквариумом и всеми процессами, происходящими в нем, чтобы рыбы и растения чувствовали себя спокойно и не испытывали неприятных скачков и изменений в режиме содержания.

И последний, очень важный вопрос, который относится даже не к области химии и физики, а к смежной из этих наук - физической химии. Когда мы говорим, что вода состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода и называем формулу Н₂О, мы на самом деле значительно упрощаем дело. Ведь водород, как установлено теперь, не однороден. Встречается ряд разновидностей атомов водорода или, как говорят ученые, у водорода есть изотопы (Н - протий, Д - дейтерий, Т - тритий и т. д.). Значит, формула воды может быть Н₂О, а может быть D₂О и т. д.

Обычная пресная вода состоит в основном из обычного водорода - протия. Дейтерия в ней очень мало - в 6400 раз меньше.

- Очень интересно, - предвижу твой вопрос, - какое это имеет отношение к аквариуму?

Оказывается, самое непосредственное. Содержащая дейтерий вода - ее называют тяжелой водой, - как выяснилось в последнее время, иногда тормозит жизненные процессы.

Наукой установлено, что изотопный состав воды в пресных водоемах может меняться в течение года. Возможно, что в жаркое, сухое время года доля "тяжелой" воды несколько возрастает. Разумеется, эти изменения ничтожны, но они могут оказывать влияние на живые организмы. По крайней мере, именно в сухое время года медленно растут водные растения, не размножаются рыбы. Бурный паводок и сильные ливни изменяют многие показатели качества воды, в том числе в известной степени и изотопный состав. Эти изменения, как мы знаем, являются сигналами для живого организма: "Расти! Размножайся!".

Характер воздействия "тяжелой" воды на жизненные процессы еще изучается; исследуют ученые и причины благотворного влияния снеговой и талой воды (видимо, при замерзании меняется структура молекул воды). Но аквариумисту уже сейчас можно сделать кое-какие выводы.

Для нереста нужно отсаживать рыб в отстоянную, но обязательно свежую воду, а для нормальной работы нашего прибора обязательно следует еженедельно подменивать 1/5 воды и ни в коем случае не ограничиваться лишь доливанием воды взамен испарившейся.

На этом, дорогой друг, я думаю, мы и кончим экспедицию в страну Химию. Надеюсь, ты усвоил, какие процессы возникают в воде аквариума, как они влияют на наших питомцев и что надо делать, чтобы это влияние не было вредным.