Химическая вивисекция аквариумных растений.

[Кокан]

Почему вивисекция?
Просто метод сравним по простоте.
Всегда интересно и полезно знать, а сколько же наши растения съели микро и макро и всяких там биогенов...
Нужен общий знаменатель.Растения прибавляют свою массу только одним способом - фотосинтез!
А фотосинтез это по химической сути фотолиз воды. Но фишка в том, что в результате этого очень сложного поцесса (брутто - в конечном итоге) расходуются ионы водорода. Ковыряю биофизику. Чет не совсем въежжаю. Но сдается мне, что на синтез 1 молекулы глюкоза как раз 12 водородов и расходуется (я могу ошибаться, может у кого есть инфа). Это получается на 100г прироста растенй(глюкозы) расходуется 6,7 г. водорода.
Т. е. если у нас в 100 литровом аквариуме было рН=6, черех какое-то время оно сползло до рН=7 - значит мы "потеряли" 0,09 г водорода.. Получаем прирост растений на 1,3 гр.Ща уже спешу
Допишё позже. Но смысл такой.
Дальше зная примерно процентный состав по элементам растений можем расчитать чего и сколько они в рез. съели.

[Володя Череп]

В 100-литровом аквариуме с pH=6 и KH=1 мы выключим свет, включим аэрацию, и дождемся, когда pH поднимется до 7. Значит ли это, что мы получили прирост растений на 1,3 грамма?

[Кокан]

Можно провести эксперемент. Взять аквариум с такими параметрами, но без аэрации. Мой подойдёт, в нём всё именно так, и второй, или просто отлить той утренней (надыханной) воды в отдельную ёмкость с аэрацией и сравнить время возврата рН.
Тут прикол обратный часто случается. Иногда я оставляю воду в стакане рН метра на несколько часов, так вот если было 7,5, то со временем показатель съежжает до 7,0. Если ниже 7 то как правило не меняется.
Как это делать на практике.
У нас есть аквариум с рН-контроллером. Выставляем 6 и ждём срабатывания клапана - засекаем время и устанавливаем 7, опять ждём срабатывания. Вот и получтили время за которое синтезировано 1,3 г глюкозы на 100 литров аквариума.
Дыхание растений не всчет- по тому как в процессе этого Н+ добавляется в воду в той-же пропорции, что и расходуется при ассимиляции.
Я делал подругому. Я не газом рН снижал, а соляной кислотой тут уж точно буфер не вмешивается.

[Володя Череп]

Для того чтобы буфер не вмешивался, необходимо выйти за пределы его влияния, т.е. опустить pH до 4,5. А в диапазоне pH=6-7 влияние карбонатного буфера сказывается наиболее сильно, чем бы мы ни снижали pH - хоть углекислым газом, хоть соляной кислотой.

---
Насколько мне известно, при фотосинтезе поглощается H2O и CO2. Поглощения ионов H+ как такового не происходит (не считая процесса поглощения гидрокарбонатов, при котором H+ сверху листа поглощается, а снизу - выделяется), а повышение pH вызвано понижением концентрации CO2 и сдвигом химического равновесия в направлении

(H+) + (HCO3-) => H2CO3 => H2O + CO2

При этом величина изменения pH зависит от KH.

Чтобы не усложнять расчет количества синтезированной глюкозы таким параметром, как KH, можно вместо измерения сдвига pH при нулевом объеме подачи углекислого газа поступить несколько иначе - подсчитать объем углекислого газа, израсходованного на поддержание фиксированного pH:
1. Определить минутный объем подачи углекислого газа.
Для этого необходимо включить (открыть) клапан подачи газа на одну минуту и в течение этой минуты собирать углекислый газ в перевернутую под водой мерную емкость (или считать пузырьки газа в счетчике пузырьков, если объем пузырьков известен).
2. В течение светового дня считать интервалы между включением и выключением клапана подачи углекислого газа. Общая длительность интервалов, умноженная на минутный объем подачи углекислого газа, даст нам дневной объем подачи CO2, который будет равен объему CO2, поглощенного растениями Vco2.

Массу синтезированной глюкозы в граммах можно подсчитать по формуле:
m(CH2O) = Vco2 / 22,4 * 30
(CH2O - это шестая часть молекулы глюкозы, 22,4 л/моль - молярный объем газа в нормальных условиях, 30 г/моль - молярная масса шестой части молекулы глюкозы)

Как и в случае с измерением pH, для получения приемлемой точности надо минимизировать улетучивание углекислого газа в атмосферу.

[Кокан]

Для того чтобы буфер не вмешивался, необходимо выйти за пределы его влияния, т.е. опустить pH до 4,5. А в диапазоне pH=6-7 влияние карбонатного буфера сказывается наиболее сильно, чем бы мы ни снижали pH - хоть углекислым газом, хоть соляной кислотой.

Фигня в том, что при рН=6 у меня карбонатка уже 0 - 1. Т.е. солянка её убивает, соответственно получаем раствор свободной углекислоты. Если мы при имеющейся карбонатке (любой) нагнетаем газ, то опять-же она кН унас остаётся без измененияЮ на этот обший знаменатель всё и сокращается.

повышение pH вызвано понижением концентрации CO2 и сдвигом химического равновесия в направлении

(H+) + (HCO3-) => H2CO3 => H2O + CO2

Ну это собственно ничего не меняет - (H+) расходуется...

[Володя Череп]

Сообщение от Кокан

Фигня в том, что при рН=6 у меня карбонатка уже 0 - 1. Т.е. солянка её убивает, соответственно получаем раствор свободной углекислоты. Если мы при имеющейся карбонатке (любой) нагнетаем газ, то опять-же она кН унас остаётся без измененияЮ на этот обший знаменатель всё и сокращается.

С невмешательством буфера понятно - он был убит при понижении pH до 6,0. Вероятно, KH с самого начала была небольшой - не больше 3, иначе после обнуления буфера pH был бы ниже 6,0.

При идеально нулевом буфере действительно можно рассчитать массу синтезированной глюкозы по изменению pH.

Кстати, в первом сообщении темы неправильно указаны единицы измерения: там получается 0,09 мг водорода (а не 0,09 г), и, соответственно, 1,3 мг глюкозы (а не 1,3 г).

Но непонятно, где KH является общим знаменателем и как все сокращается. Чем сильнее KH отличается от 0, тем сильнее будет отличаться масса синтезированной глюкозы, рассчитанная по изменению pH без учета KH, от реальности.

Убедиться в этом поможет таблица pH/KH/CO2 и несложные расчеты.

Допустим, что в аквариуме KH=1, pH=6,0. По таблице определяем c(CO2) = 32 мг/л. В процессе фотосинтеза pH поднимется до 7,0. По таблице определяем c(CO2) = 3 мг/л. Таким образом, растения израсходовали на фотосинтез 32 - 3 = 29 мг/л CO2.

Из уравнения фотосинтеза

CO2 + H2O = CH2O + O2

следует, что с 1 молекулой CO2 поглощается 2 атома водорода в составе молекулы H2O. Это значит, что с 29 мг/л CO2 было израсходовано 29/44*2 = 1,3 мг/л водорода.

Теперь посчитаем, насколько понизилась концентрация ионов (H+).
Было: pH=6,0 => c(H+) = 1 г/моль * [H+] = 1 г/моль * 10^(-6) моль/л = 1 мкг/л.
Стало: pH=7,0 => c(H+) = 0,1 мкг/л.
Таким образом, концентрация ионов (H+) понизилась на 1 - 0,1 = 0,9 мкг/л.

Для наглядности, переведем все эти концентрации в массу, умножив их на объем аквариума:
m(CO2) = 29 мг/л * 100 л = 2,9 г - масса поглощенного углекислого газа
m(H) = 1,3 мг/л * 100 л = 130 мг - масса водорода, поглощенного в составе молекул воды
m(H+) = 0,9 мкг/л * 100 л = 0,09 мг - масса ионов водорода, рассчитанная по изменению pH

130 мг водорода и 0,09 мг ионов (H+) - разница почти в полторы тысячи раз.

Соответственно, глюкозы было синтезировано 1,98 г, а в результате расчета по pH мы получили только 1,3 мг.

Сообщение от Кокан

Ну это собственно ничего не меняет - (H+) расходуется...

При совершенно нулевом буфере - согласен.

А с ненулевым буфером это кое-что меняет - количество ионов (H+), израсходованных на поддержание равновесия, гораздо меньше количества атомов водорода, поглощенных в составе молекул воды. Выше я показал, что разница может быть весьма ощутимой.

[Кокан]

Понятно. С кН я был не прав.
Но я вообщето тут немного к другому клоню.
Вот смотри. У меня было кН 4 и рН 6,9, я добавил кислоты стало кН=1 и рН=6,0. В результате я получил 16 мг/л дополнительно углекислоты. Причем не стремящейся улететь с поверхности... Это экономнее, чем нагнетать кислоту из баллона.
Я вот только не могу понять, как градусы кН пересчитать в мгэкв. карбоната. Мы измеряем буферную ёмкость обусловленную наличием бикарбонат ионов. А вот сколько этих ионов в одном градусе?

[Володя Череп]

1 немецкий градус = 1/2,804 = 0,357 мг-экв/л (HCO3-)

Было KH=4 и pH=6,9. Следовательно, было 16 мг/л CO2.

При понижении KH с 4 до 1 определенная часть гидрокарбонатов превращается в углекислый газ. В результате такого превращения концентрация углекислого газа увеличивается на 1,071 молей CO2 = 47 мг/л и становится равной 16 + 47 = 63 мг/л. Следовательно, pH должен был снизиться до 5,7.

А у тебя получилось pH=6,0. Это может означать, что часть углекислого газа улетела во время перемешивания воды. Если интенсивного перемешивания не происходило, то более высокое значение pH указывает на неточное измерение KH. Наиболее частая ошибка при измерении KH - отсутствие двухминутной продувки пробы воздухом после изменения окраски индикатора.

Почему ты думаешь, что углекислота не стремится улететь с поверхности? Если ничего не добавлять, то со временем она должна улететь и pH поднимется до 7,8.

[Кокан]

Если интенсивного перемешивания не происходило, то более высокое значение pH указывает на неточное измерение KH.

Тут понятно! так и есть. И кН и рН определяются приблизительно.

Если ничего не добавлять, то со временем она должна улететь и pH поднимется до 7,8.

Вот постоянно наблюдаю в стакане рН метра обратное. Имею кН (по тесту) 1 градус если рН у меня 7 то через неск. часов становится 6,7 - 6,6... Версии есть?

[Кокан]

При понижении Kh с 4 до 1 определенная часть гидрокарбонатов превращается в углекислый газ. В результате такого превращения концентрация углекислого газа увеличивается на 1,068 молей Co2 = 47 мг/л

Смотри по талице при рН=6,0 -32 мг СО2 в воде, а при рН = 6,9 было 16. Получается, что добавилось всего 16 мг.

[Володя Череп]

Сообщение от Кокан

Вот постоянно наблюдаю в стакане рН метра обратное. Имею кН (по тесту) 1 градус если рН у меня 7 то через неск. часов становится 6,7 - 6,6... Версии есть?

Есть две версии:
1) остатки буферного раствора или какой-нибудь кислоты на поверхности электрода или в стакане;
2) завышенные показания KH-теста (реальный KH=0,1)

Сообщение от Кокан

Смотри по талице при рН=6,0 -32 мг СО2 в воде, а при рН = 6,9 было 16. Получается, что добавилось всего 16 мг.

Значит KH понизился не на три градуса. Ты не помнишь, сколько было добавлено кислоты?

[Володя Череп]

В одном из своих предыдущих постов нашел мелкую ошибку:
1 немецкий градус = 1/2,804 = 0,357 мг-экв/л (HCO3-)
(коэффициент пересчета равен 2,804, а не 2,807)

[Кокан]

Значит Kh понизился не на три градуса. Ты не помнишь, сколько было добавлено кислоты?

Нет, просто смотрю в таблицу. кН=4, рН=6,9 - по таблице получается 16мг/л СО2 и кН=1, рН=6,0 - по таблице - 32. Разница 16 мг/л. По твоим расчетам эта разнизница = 47 мг/л. на каие данные ориентироваться?

[Кокан]

1) остатки буферного раствора или какой-нибудь кислоты на поверхности электрода или в стакане;

Это отпадает.

[Кокан]

Кажись я понял... Это ж равновесный процесс. И ориентироваться нужно таки на данные таблицы.

Допустим, что в аквариуме KH=1, pH=6,0. По таблице определяем c(CO2) = 32 мг/л. В процессе фотосинтеза pH поднимется до 7,0. По таблице определяем c(CO2) = 3 мг/л. Таким образом, растения израсходовали на фотосинтез 32 - 3 = 29 мг/л CO2.

И тогда получается, что в процессе сдвига рН в щелочную сторону, часть СО2 буферной системой превращалось в бикарбонат ион. А мы знаем, что при достатке СО2 растения не станут использовать бикарбонат, да и не всем это дано (давай, гипотетически не учитывать, биогенную декарбонизацию, в условиях разогнанной банки она малореальна). Тогда может быть я и небыл так не прав, как казалось сначала. Вот только жаль цифирь привести не могу - ну не понимаю я ничего в высшей матиматике.