Окислительно-восстановительный потенциал (свойства воды в аквариуме)

Многие химические реакции, происходящие B природе, называются окислением или восстановлением. Например, пламя - это пример окислительной реакции, во время которой горящее вещество соединяется с кислородом, иными словами, окисляется.

Восстановление - это противоположная реакция. Ее примером может быть восстановление железа из ржавчины под воздействием специального состава. В этом случае ржавчина, являющаяся соединением атомов железа и кислорода, превращается в чистое железо, потому что водород забирает из молекулы окисла кислород и образует с ним молекулу воды. Кислород - это не единственный окислитель в природе, но в случае, если мы говорим о живой природе, он является наиболее широко распространенным. Его могут заменить хлор, бром и другие галогены. Точно так же восстановление может происходить при участии не только чистого водорода, но и метана или аммиака. В целом, в химии реакциями окисления называют, как правило, те, в которых вещество, соединяясь с другим, отдает свои электроны. Соответственно, в реакциях восстановления электроны приобретаются от другого компонента в молекуле.

Реакции окисления и восстановления протекают в противоположных направлениях, которые могут изменяться. В воде присутствуют окислители (в основном кислород, реже хлор), а также восстановители (метан и аммиак). В зависимости от того, какие вещества преобладают, жидкость приобретает более или менее выраженную способность окислять либо восстанавливать. Чтобы измерять эту способность, применяют такой показатель, как окислительно-восстановительный потенциал. Сокращенно его обозначают как rН. На одном конце шкалы rН находится атмосфера из чистого водорода, на другом - из чистого кислорода. Величина окислительно-восстановительного потенциала в водородной среде равна rН 0, в чистом кислороде - rН 42. Нередко rН называют редокс потенциалом - это сокращение от латинских слов reductio и oxidado, то есть "восстановление" и "окисление".

Рыбы и растения способны жить в диапазоне rН 25-35. Некоторые виды чувствуют себя лучше в более узких диапазонах окислительно-восстановительного потенциала:

• rH 28,3-28,5 - оптимален для крип-токорин, лимнофил, других болотных растений;
• rН 29-30 - для большинства водных растений, в частности для апоногетонов и эхинодорусов;
• rН 30,2-30,6 - бурный рост валлиснерии, роталы, цветение эхинодорусов и апоногетонов; криптокорины в такой среде сбрасывают листья;
• rН 30,7-31 - хорошо развивается гетерантера, кабомба, синнема; апоногетоны сбрасывают листья, у криптокорин отмирают корни, эхинодорусы прекращают рост;
• rН31-32 - бурно, развиваются зеленые водоросли.

Окислительно-восстановительный потенциал и активная реакция воды связаны между собой. Кроме того, rН измеряется рН-метром, и нередко это значение выражается не в приведенных выше единицах, а в милливольтах напряжения между электродами прибора. Чтобы определить такую величину, следует воспользоваться формулой:

rН = Е/0,029+2*РН,

где Е - напряжение между электродами рН-метра, В.

Величину окислительно-восстановительного потенциала в аквариуме следует контролировать потому, что именно этот показатель позволяет четко понять, может ли находиться тот или иной микроэлемент в форме, доступной для растений. Если величина rН высокая, то большинство веществ находится в виде окислов, поэтому растения не могут их поглотить. Так как в аквариумной воде основным окислителем является кислород, свежая водопроводная вода обладает высоким окислительно-восстановительным потенциалом, повышающимся при аэрировании.

В аквариумной практике всегда старались увеличить концентрацию О2 в воде, необходимую для дыхания рыб и растений. Эта задача была актуальной, когда не существовало эффективных аэраторов и насосов. Ее решение позволяло содержать больше рыбок в маленьком водоеме, а растения в то время в основном воспринимались лишь как источник кислорода. Аквариумисты-рыбоводы и далее могут придерживаться таких взглядов, поскольку чем больше в воде кислорода, тем крепче здоровье растений и ярче их краски. А вот растениеводы в последние десятилетия заподозрили, что избыток этого газа создает немало проблем. Если концентрация кислорода в аквариумной воде 2-5 мг/л, то в таком водоеме и рыбы себя чувствуют хорошо, и растения растут неплохо (конечно, если выполнены остальные необходимые для их роста условия). Но стоит повысить концентрацию до 8-10 мг/л, как растение прекратит рост. Причина - в изменении rН воды, ее возросший окислительный потенциал переводит жизненно важные микроэлементы в состояние, непригодное для поглощения растениями. При концентрациях кислорода выше 5 мг/л почти все микроэлементы становятся малодоступными для растений.

Излишне высокий окислительный потенциал препятствует фотосинтезу. Внутри хлоропласта величина должна сохраняться на низком уровне - rН 0,83. Если же вокруг листа находится вода с высоким окислительно-восстановительным потенциалом, то растение защищает себя и справляется с разницей потенциалов, которая для свежей воды составляет ощутимую величину - почти 1 В! На это расходуется много энергии, порой больше, чем запасается при фотосинтезе. Эксперименты показали, что проблемы с такими сложными в культуре растениями, как барклая, маяка и красная кабомба, заключаются как раз в том, что они не могут защитить свои фотосинтезирующие центры от воды с высоким окислительным потенциалом. Эти растения могут пострадать как в результате массивной подмены свежей водой, так и при резком усилении освещения. Подобные перемены должны производиться постепенно.

И. Шереметьев