Химический состав морской воды!

[Se@_dragon 4]

Химический состав морской воды.

Суммарное содержание растворенных минеральных веществ в морской воде нормального ионного состава можно определить по ее солености, по весовой и объемной концентрации растворенного в воде хлора и, наконец, по ее плотности. Под соленостью обычно понимают общее количество минеральных веществ, растворенных в 1 кг морской воды, когда все карбонаты переведены в окислы, весь бром и йод замещены хлором, а органические вещества полностью окислены. Количество минерального вещества выражают в граммах, а соленость в граммах на килограмм или в тысячных долях. Соленость обозначают S и выражают в промилле (%о). При определении солености наряду с неорганическими ионами учитываются и органические вещества. Так, нормальная соленость морской воды 35%о учитывает все растворенные минеральные вещества: ионы, такие, как Na+ и Cl-, органические азот и фосфор, а также растительные пигменты, витамины и т.д. 
Соленость трудно определить прямыми химическими методами, поэтому ее обычно рассчитывают через другую величину - весовую концентрацию хлора в воде (Сl%о). Вустер и др. (Тоофег et al., 1969) предложили следующую зависимость:

 

S%о=1,80655 (Сl%о).         (13)

 

Содержание хлора рассчитывают по концентрации в образце морской воды галогенов, которую проще определить аналитически, чем соленость. Общепринятым методом является титрование образца воды нитратом серебра, в качестве индикатора применяют бихромат калия.
Весовая концентрация хлора выражается в граммах на килограмм образца морской воды, численно эта величина равна массе серебра (в граммах атомного веса), необходимой для связывания галогенов в 0,3285233 кг образца.

Ранее океанографы рассчитывали весовую концентрацию хлора в воде по общему содержанию хлора, брома и йода в граммах на килограмм морской воды, полагая, что бром и йод замещены хлором. Эта методика используется и сейчас при определении объемной концентрации хлора (см. ниже). При обычной эксплуатации аквариумов необходимость определении весовой концентрации хлора в воде, как правило, не возникает. 
Концентрацию галогенов в морской воде иногда выражают через объемную концентрацию хлора, чаще так поступают европейские химики. По своей сути это то же содержание хлора в воде, но рассчитанное в граммах на 1 л (вместо r/кг). Поскольку объемные характеристики зависят от температуры, объемную концентрацию хлора в воде по этой методике определяют как общее количество хлора, брома, йода в граммах, приходящееся на 1 л морской воды при температуре 20С, полагая, что бром и йод замещены хлором. Объемная концентрация хлора в воде, рассчитанная по второму способу, на 2 - 3% больше весовой в одном и том же образце воды, поскольку 1 л морской воды весит больше 1 л пресной. 
Термины «плотность» и «удельный вес» в обиходе аквариумистов употребляются равнозначно, однако на самом деле они - не синонимы. Термин «плотность» относится к массе единицы объема и выражается в граммах на миллилитр или на кубический сантиметр. Удельный вес - это отношение данного объема морской воды к аналогичному объему дистиллированной воды при 4С. Таким образом, удельный вес - величина безразмерная. Дистиллированную воду следует брать только при 4С, так как чистая вода достигает максимальной плотности именно при этой температуре. 
Плотность морской воды зависит от ее температуры и солености. Третий фактор, влияющий на плотность,— давление — в аквариумной практике не учитывается. Даже в океанографических исследованиях влиянием давления пренебрегают, так как морская вода практически несжимаема. Соленость влияет на плотность, поскольку с увеличением числа ионов масса воды также увеличивается. Повышение солености, например на 1%о, сопровождается увеличением плотности воды приблизительно на 0,8%. 
По сравнению с соленостью температура воды оказывает на плотность более заметное влияние. С повышением температуры плотность обычной морской воды (S=25%о и более) уменьшается (рис. 6.1). Другими словами, холодная вода плотнее теплой той же солености (соленость как зависимость веса от веса не подвержена температурному влиянию) . Если морскую воду разбавлять, она постепенно приобретает свойства пресной, например, при охлаждении ниже точки максимальной плотности солоноватая вода становится менее плотной.

Плотность - понятие, сложное для восприятия, и показатель, трудный для определения. Для точного определения плотности влияние температуры и солености должно быть учтено совместно и порознь (Williams, 1962). Соленость наиболее объективно характеризует концентрацию растворенных в морской воде солей. Показатели плотности и удельной массы воды (последняя требует поправки на температуру) менее надежны. 
Обычно морская вода содержит 19% хлора, что соответствует солености 34,325%о. Нормальный удельный вес морской воды составляет 1,024 при солености 34%о и температуре 20С.

 

6.2. Функции элементов и потребность в них.

На организмы, обитающие в солоноватой и морской воде, оказывают влияние ионная сила раствора и состав среды. Многие элементы, присутствующие в растворе, жизненно необходимы для осуществления биохимических процессов. К основным функциям элементов в клетке Боувен (Bowen, 1966) относит электрохимическую, каталитическую и структурную. Если элемент является источником энергии для обмена, то он выполняет электрохимическую функцию. По-видимому, все необходимые элементы функционируют как активаторы ферментов и способствуют поддержанию определенного уровня биохимических реакций. В этом случае они осуществляют каталитические функции. Многие элементы незаменимы при синтезе белков и аминокислот. При этом они выполняют структурные функции и входят в состав конечного продукта. 
Большинство, если не все из известных элементов присутствуют в природных водах. Многие не оказывают какого-либо заметного влияния и по всей видимости не столь важны. Эрнон и Стоут (Arnon and Stout, 1939) разработали шкалу значимости элемента Х для животного: (1) организм не способен расти и завершить жизненный цикл в отсутствии элемента Х; (2) элемент Х не может быть полностью заменен другими элементами и (3) Х непосредственно влияет на обменные процессы в организме. 
Химические элементы поступают в организм животного из внешней среды двумя путями: путем диффузии или пассивного переноса и путем активного переноса.
Пассивный перенос, когда элемент из среды с высокой концентрацией (вода) переходит в менее концентрированную среду (межтканевая жидкость), не нуждается в объяснении. Активный перенос - это избирательное извлечение элемента из внешней среды часто против градиента концентрации *.

ОТ РЕДАКТОРА:

 Показать / Скрыть текст

 

Процесс тесно коррелирует с температурой: повышение ее на 10С усиливает активный перенос почти на 100% (Bowen, 1966). Непосредственное влияние на процесс переноса оказывает концентрация растворенного в воде кислорода: при затруднении дыхания ионы особенно активно переносятся из среды в организм. 
Вопрос о целесообразности добавления микроэлементов в замкнутые акваримные системы дебатировался годами. По-видимому, однозначного ответа не существует, однако несколько общих замечаний могут прояснить ситуацию. Обычно в аквариуме присутствуют различные элементы, причем содержание S, Р, N, Са, Мg, Na и многих других со временем заметно увеличивается в результате экскреции продуктов обмена веществ животных и растений. Численность бактерий со временем также возрастает до тех пор, пока не установится равновесие. По мере гибели и лизиса бактериальных клеток в воду поступает дополнительное количество элементов. Проблема фактически заключается не в истощении со временем каких-ro веществ, а в том, что, остаются ли они в биологически доступной форме, оказываясь в воде.
Если в аквариуме содержат растения или применяют методы физической очистки (активированный уголь или пеноотделительные колонки), содержание некоторых элементов может уменьшиться. Другие элементы могут окисляться при озонировании и, возможно, даже под действием УФ-излучения. Таким образом, состав морской воды в замкнутой системе со временем изменяется. 
Обычно животные менее чувствительны к таким изменениям, чем растения. Животные получают питательные вещества, поедая растения и других животных, в то время как растения вынуждены извлекать питательные вещества прямо из воды, и их рост зависит от присутствия в доступной форме микроэлементов. Согласно О'Келли (О'Кепку, 1974) следующие элементы в неорганической форме (плюс С, Н и О) необходимы, по крайней мере, одному виду морских или пресноводных водорослей: N, Р, К, Mg, Са, S, Fe, Cu, Mn, Zn, Мо, Na, Со, V, Si, Cl, В, I. Из них N, Р, Mg, Fe, Cu, Mn, Zn, Мо необходимы всем водорослям и не могут быть даже частично заменены другими элементами. Вместе с тем такие ионы, как К, Sr, Са, до некоторой степени могут быть заменены элементами со сходным химическим зарядом (например, Са на Sr). 
Можно возразить, что все эти микроэлементы, вероятно, присутствуют в достаточных количествах в качестве примесей к другим солям. Однако трудно утверждать, что этих примесей будет достаточно, чтобы обеспечить рост растений. Водоросли хорошо развиваются при регулярном внесении микроэлементов вместе с другими солями в процессе замены 10% старой воды раз в 2 недели. Обычно микроэлементы включают в состав искусственной морской воды.

 

6.3. Искусственная морская вода.

Фасованную готовую смесь для приготовления небольших объемов морской воды можно приобрести в зоомагазинах, где продают тропических рыб. Большие объемы готовят на месте по существующим рецептурам. Не рекомендуется использовать готовые смеси и рецепты, в состав которых не входят элементы, необходимые для роста растений, за исключением случаев, когда рост водорослей нежелателен. Применяемые смеси или рецептуры должны обеспечивать такое соотношение и концентрацию солей, чтобы искусственная вода была близка по составу к естественной морской, остальные требования носят побочный характер. 
Приготовление небольших объемов искусственной морской воды.Большинство готовых смесей разводят обычной отстоявшейся водопроводной водой. Некоторые смеси требуют продолжительной аэрации (в течение нескольких часов), чтобы уравновесить рН. Другие, например «Инстент Оушен Синтетик Си Солтс», быстро достигают состояния равновесия, что позволяет сразу расселять животных. При использовании большинства смесей следует ежечасно контролировать рН и не пересаживать животных в искусственную воду до тех пор, пока рН не установится на уровне 8,1 - 8,3.
Из большого числа искусственных смесей наиболее пригодной для содержания животных и растений, как в лабораторных, так и в демонстрационных аквариумах оказалась «Инстент Оушен». Эта смесь успешно используется и в биологических исследованиях. Другие рецептуры тоже пригодны для аквариумов, однако ни одна другая смесь не прошла такой тщательной проверки, как «Инстент Оушен», что особенно ценно для научных исследований. 
При использовании искусственных смесей необходимо точно соблюдать инструкцию. Искусственную морскую соль следует разводить в чистых емкостях из инертных материалов. Для этих целей пригодны пустые аквариумы, полиэтиленовые канистры и ведра с плотно закрывающимися крышками. Готовую смесь хранят закрытой для предотвращения испарения воды и увеличения концентрации раствора, а также попадания пыли и токсических веществ из атмосферы. Фирма «Аквариум Систем» выпускает специальный полипропиленовый резервуар-смеситель вместимостью около 400 л с насосом для перекачивания готового раствора в аквариум. 
Приготовление больших объемов морской воды. Большие объемы искусственной морской воды приготовляют поэтапно в течение трех дней. Основные соли лучше растворять по очереди. Процесс ускоряется, если контейнер с солью постепенно заполнять чистой отстоявшейся водой, нагретой до 30С. Дополнительные соли растворяют на второй день, микродобавки — на третий. Если дополнительные соли и микродобавки растворять прежде основных компонентов, они могут выпасть в осадок. Чтобы все элементы равномерно распределились в растворе, прибегают к интенсивной аэрации. При соблюдении этих условий на четвертый день искусственная морская вода становится пригодной для содержания морских животных. Описанный выше процесс - усовершенствованный вариант опубликованной ранее методики Сегеди и Келли (Segedi and Kelley, 1964).

Оборудование для приготовления искусственной морской воды.
Установка для приготовления искусственной морской воды обычно состоит из приемной камеры, в которой растворяют соли и бака-накопителя для готового раствора (рис. 6.4). В приемную камеру через кран-смеситель подают горячую и холодную воду. Для контроля за температурой после смесителя устанавливают контактный термометр. Электрическая мешалка (на рисунке не показана), установленная на стенке камеры, ускоряет растворение солей, Для перемешивания воды бак смеситель снабжен мощным эрлифтом.

Вместо эрлифта можно установить механический насос. Эффективный эрлифт можно изготовить из обрезка полихлорвиниловой трубы (диаметр 10 см и более), у одного конца которой просверлено отверстие. Его диаметр должен быть достаточным для подключения воздухоподающего шланга, в качестве которого можно использовать гибкую пластмассовую трубку диаметром 0,95 см. Поскольку назначение эрлифта — просто перемешивать воду, распылительных насадок не требуется. Эрлифт можно либо наглухо закрепить в самой нижней точке бака-накопителя, где оседают нерастворившиеся соли, либо удерживать у дна каким-нибудь грузом. При заполнении бака верхний конец эрлифта необязательно должен выступать над водой.
В крупных морских системах хлористый натрий (главный компонент морской воды) удобнее добавлять не в кристаллической форме, а в виде концентрированного рассола. Его приготовляют на автоматической установке, разработанной фирмой «Интернейшнл Солт Компани». В больших количествах фасованная соль неудобна в обращении, кроме того, требуется много места для ее хранения. Рассыпную же соль, как и жидкость, легко перемещать, проще хранить, особенно если на территории имеется складское помещение. Кроме того, рассыпная соль дешевле фасованной. В процессе приготовления искусственной морской воды насыщенный солевой рассол проще перекачать в бак-накопитель, копирование NaC1 в этом случае осуществляется точнее и быстрее.

Схематически аппарат «Стерлинг Бриномат» показан на рис. 6.5. Доставляемая автомобилями рассыпная соль по трубопроводу пневматический загружается в приемный бункер. Водопроводная вода, поступающая в аппарат, протекает через нижнюю часть солевого слоя. По мере того как она опускается ко дну, крепость рассола возрастает. Непосредственно у дна он достигает полного насыщения, если бункер загружен полностью. Растворенная соль автоматически замещается сухой солью, поступающей из бункера. Важно отметить, что раствор достигает насыщения, не доходя до дна установки. Нижняя часть солевого пласта никогда не растворяется и служит механическим фильтром, с помощью которого из выходящего рассола удаляются нерастворимые механические примеси. По мере выхода готового раствора в бак-накопитель открывается поплавковый клапан, и в аппарат поступают новые порции свежей воды: приготовление рассола продолжается автоматически. В промышленных морских системах, чтобы учесть количество раствора, прошедшего в бак-накопитель, на аппарате устанавливают расходомер. Расходомеры из латуни предпочтительнее, поскольку они устойчивы к коррозии. Те микроскопические количества меди, которые могут попасть со стенок расходомера в воду, с токсикологической точки зрения абсолютно безвредны, кроме того, водопроводная вода, используемая для приготовления раствора, прежде чем попадает в смеситель, проходит долгий путь,по медным трубам. Для перекачки рассола или морской воды рекомендуются насосы из латуни, пластмассы или нержавеющей стали. 
В табл. 6.2, приведен расход основных солей для приготовления 30240 л искусственной морской воды соленостью 35%о. Если хлорид натрия поступает из установки «Бриномат», то его требуется 2669л. Удельный вес приготовленного в «Бриномате» раствора зависит от степени заполнения бункера, Основные соли следует закупать фасованными по 45 кг в бумажные мешки, выстеленные полиэтиленом. Дополняющие соли и микродобавки закупают и хранят в плотно закупоренных стеклянных или полиэтиленовых банках.

Методика смешивания основных солей. 

 Показать / Скрыть текст

 

1. Проверяют чистоту бака-накопителя. При необходимости протирают дно и стенки бака жесткой щеткой и ополаскивают водопроводной водой. 
Пользоваться синтетическими моющими средствами не рекомендуется. Пятна ржавчины можно удалить крепким раствором питьевой соды (NаНСОз) и теплой водой, затем ополоснуть водопроводной водой. 
2. Включают эрлифт и закрывают кран йа выпускном патрубке. 
3. Пускают воду в приемную камеру, температура воды должна повышаться до 30С. На дне бака должен быть слой воды толщиной примерно 30см. 
4. Определяют удельный вес или соленость рассола, поступающего из «Бриномата», по табл. 6.3 рассчитывают потребность в нем. 
5. Отвешивают точное количество других основных солей, указанных в табл. 6.2. 
6. Включают насос аппарата «Бриномат» и заливают необходимое количество рассола.

7. Засыпают в приемную камеру остальные соли по отдельности, не прекращая подачи воды. Следующую порцию засыпают только после полного растворения предыдущей. Выполняют операции в следующем порядке: 
а) засыпают в приемную камеру половину порции соли и включают мешалку; 
б) засыпают в камеру вторую половину порции соли и продолжают перемешивание до полного растворения соли; 
в) пересчитывают пустые пакеты и банки, чтобы убедиться, что использованы все компоненты. 
8. Продолжают наполнять бак-накопитель водой температурой 30 С до тех пор, пока соленость не достигнет 34'/оо. (После достижения требуемого уровня воды в баке в первый раз его отмечают на стенке эпоксидной краской.)

 

 

Методика растворения дополнительных солей.

 Показать / Скрыть текст

 

1. Через день после растворения основных солей отвешивают необходимое количество дополнительных солей (табл. 6.4). Смешивают навески разных солей в одном контейнере. Воду не добавляют. 
2. Рассыпают сухую смесь по поверхности воды в баке-накопителе. 
3. Взвешенные дополнительные соли используют сразу. Если их оставить в контейнере дольше чем на 2 ч, могут произойти реакции, которые изменят хим.ический состав компонентов.

 

 

 

Методика растворения микродобавок.

 

 Показать / Скрыть текст

 

1. В чистую полиэтиленовую емкость вместимостью 19 л наливают 2 л дистиллированной воды. 
2. Взвешивают микродобавки (табл. 6.5) и помещают каждую в отдельный химический стакан с этикеткой. Добавляют туда же воду и растворяют соль. 
3. Сливают все растворы в бутыль, стаканы ополаскивают и воду сливают туда же. 
4. Доливают в бутыль дистиллированной воды до 12 л. Опускают в бутыль шланг от компрессора с керамической пористой насадкой и умеренно аэрируют раствор до тех пор, пока он не понадобится. Через день после того, как в баке-накопителе были растворены дополнительные соли, вливают туда раствор микродобавок.

 

 

 

6.4. Практическое руководство.

Основные соли, используемые для приготовления искусственной морской воды, следует хранить в сухом помещении. Соли, оставшиеся после смешивания компонентов по формуле Сегеди — Келли, лучше хранить в полиэтиленовых банках с этикетками и плотно закрывающимися крышками. Дополнительные соли и микро-добавки также хранят в полиэтиленовых банках или стеклянных бюксах с плотно пригнанными крышками. Не следует открывать реактивов больше, чем их может понадобиться в течение 6 мес. Аналитические весы, применяемые для взвешивания, необходимо регулярно проверять.

Подробнее: https://fanfishka.ru/infocentr/poleznye_materialy_po_akvariumistike/1643-soderzhanie-ryb-v-zamknutyh-sistemah-s-spott.html