Az akvarisztikával kapcsolatos kémiai alapfogalmak és összefüggések

A téma megírásának a gondolata már régóta ért bennem, e téma kitárgyalásának a szükségességét sokfelé tapasztalhatjuk.
Aki komolyabban beleásta már magát az akvarisztikába, rengeteg olyan fogalommal találkozhatott ez idő alatt, amihez sajnos nem elég a "józan paraszti" ész, hanem megfelelő alapképzettség szükséges hozzá, úgy is mondhatjuk, hogy az akvarisztika lassan, de biztosan önálló tudományággá fejlődik a kémia-biológia(biokémia)-áramlástan-(stb.)tudományok határterületén.

Ebben a cikkben(és a később ehhez a cikkhez készülő youtube-videóban) szeretném kitárgyalni az akvarisztikával kapcsolatos kémiai alapfogalmakat.

A fogalmakat hosszabb megfigyelés alapján gyűjtöttem össze, viszont ha kimaradt valami, jelezzétek nyugodtan. Hangsúlyozom, hogy a hobbi megértését segítő alapfogalmak tisztázását tűztem ki célul, mélyebb, kémiai összefüggésekbe nem "másznék" bele ezen cikk keretein belül.

A fogalmakat szándékosan korlátozottabb szakmai nyelvezettel próbálom átadni, hiszen a cikk célja pont azon akvaristáknak íródott, akik nem rendelkeznek megfelelő felkészültséggel.

Ion - A vízben úszkáló, töltéssel rendelkező kis részecskék. A töltésük ugye negatív és pozitív lehet, a töltésük az elektronok számától függ.
kation - pozitív töltésű ion elnevezése
anion - negatív -//-

Elektron - Az atom ugye úgy épül fel, hogy atommag + "elektronfelhő". Az elektron kering az atommag körül, a kémiai reakciókban legtöbbször az elektronok vesznek részt, azok egyik atomról a másikra ugrálása miatt megy végbe a reakció.

Kémiai reakció - Amikor két - vagy több - résztvevőből lesz egy, vagy több másik résztvevő. Ha például szén-dioxid(CO2) oldunk vízben(H2O), lesz belőle szénsav(H2CO3).

Miért megy végbe egy kémiai reakció - mert úgy energetikailag stabilabb állapotba kerülnek a résztvevők. Csökken a potenciális energiájuk. Így érthetőbbé válik, miért vannak stabil és kevésbé stabil vegyületek. Stabil vegyületek például a nemesgázok (argon, xenon, stb), instabil vegyület például a hidrogén-peroxid, ami az oxigéncseppekben van.

Vegyjel - Például K, N, P egy egy kémiai elemet jelölünk így rövidítve.(egy vagy két betűvel)

Vegyület - több atom vagy ion által alkotott anyag.  Pl. H2O - két hidrogén, egy oxigén

Képlet - a kémiai vegyületek rövid neve. Konyhasó például NaCl, vagy is nátrium-klorid. Információt ad az összetételről illetve az összetevők arányáról.

Vízkeménység - A vízben lévő kalcium és magnézium vegyületek mennyiségét jelöli a fogalom. Létezik állandó, változó, és összkeménység. Változó(KH) + állandó = összes(GH)

Változó keménység(karbonát keménység) - jelölése: KH, mértékegysége az nk, ami a német keménységi fokot jelenti. Létezik még pár mértékegység, de nálunk a német terjedt el. A kalcium és magnézium karbonátokat(-CO3) és hidrokarbonátokat(-HCO3) soroljuk ide. Például kalcium-karbonát(CaCO3), magnézium-karbonát(MgCO3).

Állandó keménység - a kalcium és magnézium forralásra nem kicsapódó vegyületei, főként kloridok(-Cl) és szulfátok(-SO4)

Összkeménység - Sokan ezt nevezik "NK"-nak, ez egy félreértésen alapul. Az nk egy mértékegység, nem a keménység egyik fajtája. Jele a GH. Az összes kalcium-, és magnéziumvegyület ebbe tartozik bele, bármilyen anionnal(negatív töltésű ion, például Cl-) kapcsolódva.

Hogy lehet néha magasabb a KH, mint a GH, mikor az GH az összes keménység?
Úgy, hogy a teszttel nem egy-az egyben a KH-t mérjük, hanem egy másik fogalmat, a lúgosságot(erre visszatérek később), és ezt más vegyületek is befolyásolják. Például szikes víz esetén a szódabikarbóna(NaHCO3). Ez a vegyület a keménységet nem, de a lúgosságot növeli, így a KH értékét is méréskor, ezáltal hamisítja a tesztet, de ez nekünk fontos infóval szolgál.

Lúgosság - Mennyi lúg van a vízben, a benne lévő lúgos hatású vegyületek mennyi savat képesek semlegesíteni. Amikor akváriumban KH-t mérünk, tulajdonképpen ezt mérjük, ebből számoljuk át KH-ra. Szoros összefüggésben áll a fogalom a pufferkapacitással.

Pufferhatás -  a pH stabilizálásban játszik szerepet. Ha savas jellegű anyagot adunk a vízhez, ezek a pufferhatású vegyületek annak hatását csökkentik, részben "hatástalanítják." A víz pufferkapacitását főként a KH adja ( kalcium-, és magnéziumkarbonátok és hidrogén-karbonátok)

pH -  egy oldat(víz), savas vagy lúgos. Jelölése 1-14-ig terjed, 7 a semleges, az alatt savas, felett lúgos az oldat.
A fent kifejtett keménység résztvevők növelik a pH-t, a KH mérés értékét becsapó szikesség sói pedig extrém módon is képesek).
A sótalanított(ioncserélt, RO-szűrt) víz miért enyhén savas? Azért, amiért az eső: A sótalanított víznek nincs pufferkapacitása, így a beoldódó savas karakterű anyagok lefelé tolják könnyedén.
Ezért veszélyes a mesterséges CO2 beoldás akváriumba, ha a KH túl alacsony (2-3 nk alatti): Az ilyen víznek már igen csekély a pufferkapacitása, ami a pH ingázását vonhatja maga után, ez pedig az élőlényekre veszélyes mértékű is lehet.
A pH csökkentő akvarisztikai termékekkel igen óvatosan bánjunk, mivel a pufferkapacitás "legyőzésekor" a pH igen alacsony értékre is "ugorhat", akár az igen alacsony 2-es 3-asra is. Az ilyen szerekben általában kénsav van, ami erős savnak minősül, körültekintően bánjunk velük.

Diffúzió, gázegyensúly - Minden "mozgásra képes" anyag, legyen az folyadék vagy gáz, a hőmozgása által, ha jelen van különböző sűrűségű(koncentrációjú) része, azt kiegyenlíteni igyekszik, míg beáll az egyensúly, ez a diffúzió.
Akvarisztikára vetítve a gázegyensúlyt fontos említenünk: Az oxigén és a szén-dioxid egyensúlya. Minden gáz a folyadék, és a "légtér" között állandóan mozog ki, és be is: beoldódik a vízbe, és távozik is onnan. A beoldódás és távozás mértéke azonban különböző is lehet, ebben az esetben változik a légtér és a víztérben lévő gáz mennyisége, ez a különbség a kiegyenlítődés felé halad. Ha mesterségesen oldunk be CO2-t, akkor a folyamatos fecskendezés miatt magasabb lesz a CO2 értéke a vízben, viszont ilyenkor a folyadékból való gáz távozás gyorsabb, mint a beoldódása, így tényleges egyensúly nem alakul ki a vízfelszín és a víztér között(! A vízben tartózkodó buborékok és a víz között természetesen kialakul egy másik egyensúly, ezért lehet magasabb a vízben lévő mennyiség)
Ugyanez történik (de kisebb mértékben) ha egy hal kilélegez CO2-t, a vízben hirtelen több lesz ebből a gázból, egy ideig: addig ameddig be nem áll az egyensúly a gáztér és a légtér között újra, tehát a vízből való távozás, vagy a légtérből való vízbe történő beoldódás az adott anyag mennyiségétől is függ. Az egyensúly akkor jön létre tehát, ha a távozó és a beoldódó gázmennyiség ugyanakkora, ekkor nem változik egyik térben(levegő-, víz) sem a tényleges mennyiség.
Az egyensúly változik a hőmérséklettel is. A gázok alacsony hőmérsékleten jobban oldódnak, magyarul az egyensúly kialakulása magasabb vízbeni mennyiséget jelent. Röviden ez a hőmozgás miatt van, a víz részecskéi meleg vízben gyorsabban mozognak, ezért gyorsabban adják ki magukból is a gázt, de a beoldódás mértéke marad: végeredményben kevesebb gáz lesz a vízben.

Koncentráció - Egy adott anyagból adott mennyiségű oldószerben mekkora mennyiség van. Növénytápok esetén fontos kérdés, például nitrogénből mennyi van az adott tápban, így adagoláskor tudunk számolni, hogy az adagolás hatására mennyire változtatjuk meg az adott anyag mennyiségét.
Leggyakrabban a mg/l liter értéke merül fel, ez tehát azt jelenti, hogy egy adott anyagból ennyi mg(miligramm) van egy liter vízben.

Ppm - parts per million rövidítése. Egy millió részecskéből mennyit tesz ki az adott anyag. Tulajdonképpen ez is koncentrációt jelöl, ekvivalens(egyenértékű) a mg/l-rel.
ppm-nek felel meg minden olyan koncentráció érték, ahol 6 nagyságrend("nulla") a különbség. Pl.: g/m3(köbméter, ezer liter).  (a gramm a miligramm ezerszerese, így liternek is az ezerszeresét kell venni)

Keménység összefüggése a víz szén-dioxid tartalmával - A kapcsolat a víz pufferkapacitásával van összefüggésben. fentebb tárgyaltuk, hogy a víz pufferkapacitásáért főleg a KH érték felel, a pufferkapacitás pedig csökkenti a savas hatású anyagok érvényesülését. Érthetővé válik a folyamat, ha arra gondolunk, hogy a levegőben lévő szén-dioxid vízben oldódva szénsavat képez, ez pedig a nevéből következve is (gyengén) savas hatású anyag. A szénsav reakcióba lép a vízben lévő keménységgel, így érvénybe lép a víz pufferhatása, csökken a könnyen felvehető szén(szabad szén-dioxid) mennyisége, és nő a bikarbonáté(HCO3-), amit a növények már energia befektetéssel tudnak csak felvenni.(néhány nem is igazán képes rá, nekik kell feltétlenül mesterséges adagolás, mivel olyankor megnő a szabad szén-dioxid aránya, mivel a CO2 "legyőzi" a pufferkapacitást).