Что такое редокс-потенциал?

редокс-потенциал

Жизнь в аквариуме зависит не только от таких параметров воды как температура, жесткость, активная реакция (pH) и уровня содержания в ней аммиака/аммония, нитритов, нитратов, но и от ее окислительно-восстановительного потенциала, или редокс-потенциала.

Этому важному параметру зачастую уделяется недостаточно внимания. А ведь величина редокс-потенциала может как стимулировать так и тормозить развитие водных организмов.

Этот показатель характеризует условия протекания в аквариуме жизненно важных процессов.

Поэтому аквариумисту будет полезно узнать как измерить редокс-потенциал, на что он влияет, от чего зависит, как и какими средствами его можно изменить.

Поскольку вода пригодная для жизни есть ничто иное как сложный химический раствор, в ней постоянно протекают окислительно-восстановительные процессы.

Окислительные процессы происходят благодаря кислороду, а восстановительные — водороду.

Во время окислительных или восстановительных реакций изменяется электрический потенциал окисляемого или восстанавливаемого вещества: одно вещество, отдавая свои электроны и заряжаясь положительно, окисляется, другое, приобретая электроны и заряжаясь отрицательно,— восстанавливается.

редокс-потенциалРазность электрических потенциалов в растворе и есть редокс-потенциал среды, или окислительно-восстановительный потенциал (ОВП).

Первая половина слова «ред» — сокращение от существительного «редукция», а «окс» — производная от слова окисление.

Чем больше величина редокс-потенциала, тем выше окислительная способность аквариумной воды и тем большее количество органических соединений может быть окислено.

Самыми сильными окислителями в природе являются такие вещества как: кислород, озон, хлор, фтор и некоторые другие.

Применительно к аквариумистике, интерес представляют кислород и озон, обладающие очень высокой способностью окислять органические соединения содержащиеся в воде.

С момента заселения аквариума аквабионтами, в нем постоянно происходят окислительные и восстановительные реакции. Так как все без исключения животные в процессе своей жизнедеятельности выделяют в воду продукты метаболизма.

При этом растворенный в воде кислород, активно окисляет эти органические соединения.

По сути окисляемость — это показатель, позволяющий судить о количестве органических (и некоторых легко-окисляемых неорганических) веществ в воде аквариума. В первую очередь к ним относятся продукты метаболизма аквабионтов, остатки корма и продукты образующиеся при их разложении: сероводород, нитриты и пр.

Таким образом, окисляемость — это комплексный параметр, позволяющий судить о загрязнении воды в целом.

Чем больше в аквариумной воде содержится продуктов распада, тем большее количество кислорода требуется для их разложения и тем меньше его остается рыбам для дыхания.

При высоком уровне окисляемости, когда кислорода расходуется более 15 мг/л, лишь не многие виды рыб способны выжить в таких условиях.

Окисляемость в 10-15 мг/л (повышенный уровень) подходит для неприхотливых обитателей аквариума (беспородные гуппи и меченосцы, золотые рыбки, карпы, данио-рерио, некоторые виды барбусов: огненные и барбусы Шуберта).

Комфортной можно считать водную среду, в которой на окисление растворенных веществ расходуется от 4 до 10 мг кислорода (средний уровень окисляемости).

Малый уровень окисляемости (2-4 мг на 1 литр) характерен для чистых, быстрых рек и ручьев, такие условия вполне реально создать и в аквариуме. Они идеальны, в частности, для адаптации рыб пойманых в природе.

Очень малый уровень окисляемости (до 2 мг на 1 л) имеет ключевая вода (и то нe всегда) и вода в горных реках, берущих начало в ледниках.

Следовательно у чистой воды наибольшая окислительная способность и, как следствие, более высокое значение редокс-потенциала.

В природе, под влиянием различных факторов таких как свет, температура воды, величина pH, степень ее загрязненности, количество растворенного в ней кислорода, глубина водоема — величина редокс-потенциала может значительно изменяться в течение суток.

Значение редокс-потенциала не может быть универсальным абсолютно для всех видов животных и растений. Поэтому одни обитатели аквариума, при определенном значение ОВП процветают, тогда как другие, при том же самом ОВП, чувствуют себя угнетенно и вынуждены приспосабливаться к не комфортным для них условиям.

В общем случае это означает, что одни виды животных приспособились к более высоким значениям ОВП, другие — к более низким.

В процессе кормления рыб в воду попадает некоторое количество органики, что приводит к временному снижению редокс-потенциала.
Если биологическое равновесие в аквариуме устойчиво, то его значение должно вернуться к первоначальному уже через 1-2 часа. Если этого не произошло, значит, аквариум перенаселен.

При повышении температуры воды редокс-потенциал падает и наоборот. Эта зависимость связана с изменяющимся уровнем растворенного в воде кислорода.

Редокс-потенциал тесно взаимосвязан с величиной pH воды. С понижением уровня pH значение редокс-потенциала растет, а с повышением pH — падает. Сдвиг, в светлое время суток, показателя рН в щелочную сторону способствует активизации окислительных процессов, сдвиг рН в кислую сторону активизируют восстановительные реакции.

Так, бурный процесс фотосинтеза изменяет величину rH в зарослях таких растений, как элодея и кабомба, способных в процессе фотосинтеза извлекать СО2 из бикарбонатов: в результате выделяется ион ОН-, подщелачивающий воду, и показатель rH снижается; при этом в других зонах аквариума он может оставаться неизменным.

У поверхности он, как правило, выше, чем возле грунта.

Такой перепад редокс-потенциала непривычен растениям произрастающим в природе, в подвижных водах. Это еще одна причина, по которой желательно наличие постоянного принудительного движения воды в аквариуме.

По мере старения воды, в аквариуме накапливаются детрит и другие продукты распада, поэтому величина редокс-потенциала имеет тенденцию к снижению.

Поддерживать редокс-потенциал на определенном уровне можно устранив причины, приводящие к его снижению.

В аквариуме такими причинами, чаще всего являются:

  • перекармливание или слишком частое кормление аквабионтов;
  • наличие в аквариуме большого количества гниющего материала животного и растительного происхождения (мертвые рыбы и беспозвоночные, отмирающие части растений);
  • забитые грязью фильтры, особенно механические;
  • сильно заиленный грунт;
  • отслуживший свое активированный уголь;
  • перенаселение аквариума;
  • неподходящий наполнитель для биофильтра;
  • наличие нитритов в воде;
  • низкий уровень растворенного кислорода;

Редокс-потенциал может выражаться как в условных единицах, так и в милливольтах.

В электрохимии его величина обозначается как Eh и выражается в милливольтах.

В биохимии величина редокс-потенциала выражается в условных единицах rH (reduktion Hydroqenii).

Существуют специальные таблицы перевода результатов, измеренных с помощью прибора в милливольтах, в условные единицы rH.

Шкала условных единиц содержит 42 деления, 0 означает чистый водород, 42 — чистый кислород.
Естественно, что вблизи этих пограничных показателей жизнь невозможна.

В пресных водоемах зона, пригодная для жизни, лежит между 25 и 35 единицами.

В аквариуме она несколько меньше — между 26 и 32 единицами.

Некоторые растения выдерживают несколько меньший показатель rH (например, для криптокорин—25,6), самый высокий уровень выдерживает гетерантера — 32.

Сегодня о величине редокс-потенциала( в милливольтах) можно судить измерив его специальным портативным милливольтметром с платиновыми электродами (ОВП-метром). Как правило такие приборы, кроме ОВП, позволяют измерять pH и температуру воды.

Измерительные электроды помещаемые в воду требуют бережного обращения. Необходимо правильно определить место их установки.
Так углекислый газ может влиять на правильность показаний прибора, поэтому не следует располагать электроды слишком близко от места дозировки углекислого газа.
А установка электродов вблизи озонатора, напротив, может существенно завысить показания прибора.

На поверхности электродов со временем накапливается грязь и начинают расти водоросли.

Чтобы избежать неверных показаний, рекомендуется периодически очищать электроды в специальном растворе. При этом их нельзя вытирать, очищать с помощью абразивных материалов и растворителей.

Во избежание повреждения нельзя помещать электроды в грунт аквариума.

Заниженные показания прибора часто свидетельствуют об окончании срока службы электродов.

редокс-потенциал

Портативный ОВП-метр

Формула перевода ОВП измеренного в милливольтах в условные единицы для температуры 20С:

rH = Eh/29 + 2*pH

Eh — ОВП в милливольтах относительно водородного электрода.

Формула для любой температуры:

rH = Eh*2*lg(e)*F/(1000*R*T) + 2*pH

e = 2.718 — число Эйлера
F = 96485 — число Фарадея
R = 8,31 — универсальная газовая постоянная
T — температура в Кельвинах

Из изложенного выше материала следует, что редокс-потенциал зависит от концентрации различных вступающих в окислительно-восстановительные процессы веществ.

Наибольшая концентрация подобных веществ сосредоточена в грунте аквариума.

Именно в нем со временем, скапливается много органических осадков, гуминовых кислот, образуются сероводород, метан, аммиак, соли аммония — нитраты и нитриты, соединения магния, серы, железа и других элементов с переменной валентностью.

Часть этих соединений способны ассимилировать аквариумные растения, но очень небольшую. Так как большинство веществ находится в соединениях, которые растения не способны усвоить.

А они в свою очередь уменьшают значение редокс-потенциала.

Между тем благополучие водных растений тесно связано с определенными значениями rН, к которым они привыкли в природе, где, в отличие от аквариума, течение постоянно вымывает из грунта излишки веществ снижающих редокс-потенциал.
В стоячих природных водоемах их концентрация постепенно нарастает, что в итоге приводит к их заболачиванию и смене растительности: водная флора сменяется болотной.

Приверженность тех или иных растений к определенным значениям rН иногда указывается при описании отдельных видов.

При отсутствии ОВП-метра, косвенно судить об окислительно-восстановительном потенциале среды можно по состоянию тех или иных видов растений.

Так, разрастание сине-зеленых водорослей свидетельствует о высоком rH.

Высокий, хотя и несколько ниже, показатель rH способствует бурному росту зеленых водорослей.

Подавляющее большинство цветковых аквариумных растений развивается при 29—30 rH.

Апоногетоны обильно цветут при 30,2—30,6 rH, а уже при 31 сбрасывают листья. При таком же показателе редокс-потенциала заболевают и останавливают рост эхинодорусы, а при значениях rH выше 31 апоногетоны и эхинодорусы теряют корневища.

Криптокорины, наоборот, благоденствуют при rH 26—29, более высокий показатель ведет к их гибели, уже при 29 они перестают размножаться вегетативно.

В новом аквариуме редокс-потенциал выше, в старом, с давно немытым грунтом, — ниже.

Если вода в аквариуме регулярно подменивается, показатель rН держится в диапазоне 28—30 единиц. В аквариуме в котором отсутствует циркуляция воды редокс-потенциал выше у поверхности, ниже — около грунта, еще ниже в самом грунте, где находятся корни растений.

Несмотря на важность редокс-потенциала, значение этого параметра не следует переоценивать. Величина ОВП в каждом конкретном аквариуме сильно колеблется и зависит от множества факторов.

Знание и умение управлять величиной редокс-потенциала особенно важны при использовании в аквариуме озона.

В остальных случаях, гораздо важнее и заметнее влияют на рост и развитие аквабионтов такие параметры, как pH, температура, жесткость, наличие и доступность подходящей пищи и многое другое.

Другие материалы по теме:

Аквариумные растения — Посадка
Декорирование пресноводного аквариума не мыслимо без растений. Сегодня торговой сетью предлагается широкий ассортимент растений для культивирования в домашнем аквариуме. Наконец растения куплены. Что делать ...
Фильтрация воды в аквариуме
Фильтрация воды в аквариуме это основной и наиболее доступный способ удаления из нее излишков минеральных и органических веществ и поддержания в аквариуме приемлемых условий для ...
Калий в аквариуме
О калии в аквариуме часто пишут, но споры о дозировках калия время от времени возникают. Кто-то советует лить много, дополнительно с обычными удобрениями, кто-то ...
Что такое кальциевый реактор?
Кальциевый реактор служит для насыщения воды, в морском аквариуме, ионами кальция и бикарбоната. Так как наполнитель реактора содержит оба этих вещества, он высвобождает их ...
Шунгит в аквариуме
Многим людям шунгит известен как минерал, способный насыщать обычную воду полезными микроэлементами, превращая ее в так называемую «живую воду», обладающую целебными свойствами.

Оставить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *