Подготовка состава воды

Мы вплотную подошли к вопросу о том, как готовить необходимый для работы (чаще всего для разведения рыб) состав воды.

Поскольку речь идет о химических процессах, то потребуется специальное оборудование. Однако пугаться не стоит. При отсутствии такового достаточно приобрести самое необходимое. Это:

- бюретка (прозрачная стеклянная трубка с делениями и закрывающейся пипеткой на нижнем конце, предназначена для отмеривания определенного количества жидкости);

- микробюретка;

- пипетка;

- мерный цилиндр;

- несколько колб различных форм и объемов.

В первую очередь выясним, как определять состав воды по вышеназванным показателям.

Жесткость воды измеряют методом титрования веществом сложного химического состава, называемым двунатриевой солью этилендиаминтетрауксусной кислоты, другими словами трилоном Б.

Это вещество образует растворимые внутрикомплексные соединения с ионами кальция и магния, характеризующими жесткость воды. Если в воду, содержащую ионы кальция и магния, ввести раствор индикатора (красителя), меняющего цвет в их присутствии, а затем добавить туда трилон Б, то в эквивалентной точке произойдет изменение его окраски. В качестве индикатора обычно применяют эрихром черный Т или хромовый темно-синий.

Методики точных определений показателей состояния воды мы даем по книге "Секреты аквариумного рыбоводства" под редакцией В.А.Смирнова.

Жесткость воды определяют следующим образом.

1. Готовят сантинормальный (0,01 н) раствор трилона Б. В 700 мл дважды дистиллированной воды (или химически обессоленной) растворяют 1,86 г трилона, и объем раствора доводят до 1 л. Приготовляют буферный раствор, служащий для поддержания рН испытуемого раствора в пределах выше 9 (индикаторы изменяют свой цвет не только в присутствии ионов кальция и магния, но и при изменении рН), для чего растворяют 20 г хлористого аммония в дистиллированной воде, добавляют 100 мл 25%-го раствора аммиака и доводят объем до 1 л путем дополнительного долива дистиллированной воды.

2. Готовят раствор индикатора. Разводят 0,5 г хромового темно-синего в 20 мл буферного раствора, объем полученного раствора доводят до 100 мл, доливая в него этиловый спирт. Если вместо хромового темно-синего берут эрихром черный Т, то нужно учитывать, что раствор его менее стоек и его можно готовить не более чем на 10 суток.

3. Определяют жесткость воды. Для этого берут исследуемую воду в объеме 10 мл, добавляют 1 мл буферного раствора и 1-2 капли раствора индикатора. При этом раствор окрашивается в розово-красный цвет. Далее из микробюретки по каплям и при постоянном помешивании вводят раствор трилона Б до изменения окраски из розовой в синюю.

В момент окрашивания раствора в синий цвет замечают количество израсходованного на это трилона Б (в мл). Это количество и будет равно жесткости воды (в мг-экв/л), принятой по современному ГОСТу. Однако в аквариумной практике жесткость воды считают не в мг-экв/л, а в наших или немецких градусах жесткости, которые численно равны между собой (один немецкий градус равен 0,36 мг-экв/л, следовательно, 1 мг-экв/л равен 2,804°, или ? 2,8°).

Если при приготовлении трилона Б взять навеску его не 1,86, а в 2,8 раза меньше (0,66 г), то жесткость воды будет измеряться непосредственно в градусах, то есть 1 мл израсходованного на титрование трилона Б будет равен 1° жесткости воды.

Раствор трилона Б, приготовленный для титрования, требует уточнения титра. Вызвано это тем, что трилон Б, как это было сказано выше, сложное химическое соединение, и даже точная его навеска требует химической проверки. Делают это следующим образом.

Готовят 0,01 н раствор фиксанала сернокислого магния (фиксанал - особо чистое вещество точной навески). Для этого ампулу фиксанала всыпают в 700-800 мл дважды дистиллированной воды, растворяют соль и этим же раствором, а затем дистиллированной водой ополаскивают ампулу, чтобы смыть остатки соли. Затем в мерной колбе раствор доводят до 1 л. (Применение мерной колбы во всех случаях приготовления растворов необходимо, так как обеспечивает более точный отмер жидкости, чем мерные цилиндры и стаканы.) Растворы сернокислого магния сохраняются долго. Установку титра производят так: к 10 мл 0,01 н раствора сернокислого магния (фиксанала) прибавляют 1 мл буферного раствора, 1-2 капли индикатора и титруют трилоном Б, как при определении жесткости.

По формуле К = 10/а определяют коэффициент титра, где К - коэффициент титра, "а" - расход трилона Б. Она пригодна для сантинормального раствора трилона и определения жесткости воды в мг-экв/л. Если раствор трилона приготовлен для определения жесткости в градусах, то применяется формула поправочного коэффициента К = 28/а. В дальнейшем при измерениях полученный коэффициент нужно умножать на результат измерений. Пользуясь этим методом, можно скорректировать раствор трилона так, чтобы коэффициент стал равным единице (К = 1).

Учитывая, что высокая точность определения жесткости воды нужна не во всех случаях аквариумной практики, можно упростить изложенную ранее методику измерений. Она будет пригодна для определения жесткости воды с точностью 0,5°. Условно 1 капля жидкости из обычной пипетки имеет объем 0,04 мл (так условно договорено в медицинской и научно-химической практике). Тогда, несколько изменив концентрацию, буферный раствор готовят следующим образом: 2,7 г хлористого аммония растворяют в 18 мл 25%-го аммиака и разбавляют дистиллированной водой до 50 мл. Далее в полученный раствор добавляют 0,25 г хромогена синего, растирают его и доводят до 100 мл спиртом.

В полученном составе растворяют 0,83 г трилона Б и таким образом получают комбинированный раствор для определения жесткости воды, 1 капля которого эквивалентна 0,5° жесткости.

Результат работы проверяют по фиксаналу сернокислого магния и, если потребуется, корректируют. На титрование 10 мл фиксанала должно пойти 56 капель комбинированного раствора.

Можно определить общую жесткость воды более грубым "мыльным" методом. 10 мг оксида кальция в 1 л воды нейтрализуется 0,1 г чистого мыла. Для этого 60- 72%-ое хозяйственное мыло крошат с торца бруска, отвешивают 2-3 г и разводят в теплой дистиллированной воде. Затем наливают в бюретку или в стакан с делениями так, чтобы была возможность отмерить порции раствора, содержащие 0,1 г мыла. В банку наливают 1 л аквариумной воды и затем, взбалтывая, наливают порции раствора, при этом в каждой должно быть 0,1 г мыла. Когда на поверхности воды появятся устойчивые мыльные пузыри с характерным радужным отливом, операция окончена. Количество порций с 0,1 г мыла равно числу градусов общей жесткости воды. При достаточном опыте проведения измерения ошибка составит ±1°. При жесткости воды более 12° точность измерения снижается и пробу воды нужно наполовину разбавить дистиллированной, а результат измерения умножить на 2.

Аквариумисту иногда нужно знать показатель не только общей жесткости, но и так называемой временной, или карбонатной, частично устраняемой кипячением. Для измерения его готовят комбинированный раствор:

0,03 г метилоранжа (индикатор) растворяют в 25 мл дважды дистиллированной воды, затем добавляют 0,7 мл соляной кислоты марки Х.Ч. или Ч.Д.А. и доводят объем до 100 мл дважды дистиллированной водой. Раствор имеет красный цвет. При добавлении капли его к воде, имеющей карбонатную жидкость, она окрашивается в желтый цвет. Добавляя раствор в воду по каплям (при постоянном помешивании) до получения оранжевой окраски и считая капли, измеряют карбонатную жесткость. Одна капля раствора эквивалентна 0,5°.

Для смягчения водопроводной воды ее разбавляют в нужной пропорции дистиллированной или химически обессоленной, измеряя при этом полученный результат или пользуясь данными, приведенными в Таблице 1.

Дистилляция. На дно сосуда из жаропрочного материала кладут кусочки фарфора, обеспечивающие равномерное кипение, наливают воду, закрывают пробкой с отверстием, в которое вставляют конец стеклянной трубки или змеевика, связанный с холодильником. При кипячении воды ее пары конденсируются в холодильнике, и дистиллированная вода стекает в сосуд. Жесткость получаемой воды - dH 0,8-2,3°. При необходимости можно провести повторную дистилляцию и получить воду жесткостью 0,2-0,8°. Недостаток данного процесса - его малая производительность.

Таблица 1

Количество дистиллированной воды (в мл), которое следует добавить к 1 л водопроводной, чтобы получить воду нужной жесткости

Требуемая жесткость воды	Исходная жесткость воды
	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15
3	1000	1333	1666	2000	2333	2666	3000	3333	3666	4000
4	500	750	1000	1250	1500	1750	2000	2250	2500	2750
5	200	400	600	800	1000	1200	1400	1600	1800	2000
6		166	333	500	666	833	1000	1168	1333	1500
7			142	285	428	571	714	857	1000	1143
8				125	150	375	500	625	750	875
9					111	222	333	444	556	667
10						100	200	300	400	500
11							91	182	273	364
12								83	167	250

Вымораживание. Воду наливают в низкий (200- 300мм) и возможно большего диаметра эмалированный или морозостойкий пластмассовый сосуд и ставят на мороз или в морозильник. После того как вода наполовину высоты сосуда замерзнет, пробивают лед, воду выливают, а лед растапливают. Полученная изо льда вода обычно имеет жесткость (в зависимости от начальной) 1-3°.

Кипячение воды. Воду кипятят в течение 1 ч в эмалированной посуде, охлаждают и сливают две трети верхнего слоя, у которого жесткость будет снижена за счет понижения временной жесткости. При этом способе вода теряет ряд питательных веществ, необходимых растениям.

Применение дождевой или снеговой воды, которая имеет жесткость dH до 3° можно рекомендовать лишь в районах, где атмосфера не загрязнена промышленностью. Во всяком случае ее нужно отстаивать несколько недель, а затем, взяв верхний слой, фильтровать через активированный уголь и несколько дней аэрировать, после чего, смешав в нужной пропорции с обычной водой для получения необходимой жесткости и рН, проверить пригодность на дешевых рыбах.

Если нужно увеличить жесткость воды, лучше воспользоваться так называемой гипсовой водой. Для ее приготовления 2 г гипса (можно технического) размешивают в 1 л воды, дают отстояться в течение 2-3 суток, временами перемешивая раствор. После отстоя гипсовую воду сливают и добавляют к мягкой воде.

Другой способ. 18,3 мл 10%-го раствора хлорида кальция или 19,7 мл 10%-го раствора сульфата магния повышают жесткость 100 л воды на 1°. Предпочтительно добавлять растворы в равном по действию количестве.

Активная реакция воды (рН). Эта величина зависит от концентрации в растворе (воде) водородных ионов.

Для измерения рН промышленность выпускает электронный прибор, называемый рН-метром. Однако стоимость его высока, да и пользоваться им довольно сложно, так как прибор требует периодической проверки специальной сервисной аппаратурой. Аквариумисту проще применять для измерения рН так называемый колориметрический метод, основанный на свойствах некоторых красителей (индикаторов) изменять свой цвет при различной величине рН.

Химическая промышленность выпускает наборы таких красителей для определения рН от 0,1 до 13. Каждый индикатор в этом наборе дан в количестве, необходимом для приготовления 100 мл рабочего раствора. К набору приложена инструкция по их приготовлению. Аквариумистов интересует не весь предел измерения рН, а только часть его - от 5 до 8. Для этих целей достаточно два индикатора:

- бромкрезоловый пурпуровый, меняющий цвет от желтого (при рН 5,2) до пурпурово-фиолетового (при рН 6,8);

- феноловый красный, меняющий цвет от желтого (при рН 6,8) до красного (при рН 8).

Ампулу индикатора из набора или навеску 0,1 г растворяют в 20 мл теплого спирта и доливают до 100 мл дистиллированной водой. 2 капли раствора добавляют к 5 мл воды, активную реакцию которой измеряют и по изменению окраски судят о величине рН.

Для большей точности измерений пользуются цветной шкалой, которую несложно изготовить самостоятельно, раскрасив колонки гуашью или акварелью и пользуясь при этом как эталоном буферными растворами.

Буферный раствор для построения цветной шкалы готовят следующим образом. Точную навеску в 21,008 г чистого вещества марки Х.Ч. лимонной кислоты растворяют в объеме до 1 л дважды дистиллированной воды и обозначают как раствор "А". Далее 35,628 г натрия фосфорнокислого двузамещенного также растворяют в объеме до 1 л дважды дистиллированной воды и обозначают как раствор "Б". Оба раствора помещают в микробюретки. Далее в небольшой пробирке последовательно готовят по 5 мл буферного раствора с заданным рН, как указано в Таблице 2.

Таблица 2

Приготовление буферного раствора по заданной схеме

рН	Раствор "А" в мл	Раствор "Б" в мл
4,0	3,08	1,92
4,2	2,93	2,07
4,4	2,80	2,20
4,6	2,59	2,41
4,8	2,54	2,46
5,0	2,43	2,57
5,2	2,32	2,68
5,4	2,22	2,78
5,6	2,10	2,90
5,8	1,98	3,02
6,0	1,85	3,15
6,2	1,70	3,30
6,4	1,54	3,46
6,6	1,37	3,63
6,8	1,14	3,86
7,0	0,89	4,11
7,2	0,66	4,34
7,4	0,46	4,54
7,6	0,32	4,68
7,8	0,22	4,78
8,0	0,14	4,86

К полученным в пробирке 5 мл смешанного буферного раствора добавляют 2 капли индикатора и, подбирая цвет, рисуют цветную шкалу. Дм рН 6,8 добавляют 2 капли бромкрезолпурпура, а для рН от 6,8 до 8 - фенолового красного. Далее при всех измерениях пользуются той же пробиркой, в которую наливают 5 мл испытуемой воды и 2 капли индикатора, а затем сравнивают с изготовленной цветной шкалой. Цветную шкалу следует делать при дневном свете или при лампе дневного света (ЛД), держа пробирку с эталонным цветом над листом белой бумаги. Измерения по цветной шкале можно делать при любом свете.

Кроме того, промышленностью выпускается прибор Алямовского для определения рН почвы, который как нельзя лучше подходит для определения рН воды в интервале от 4 до 7,8 с точностью 0,1. Его несложно изготовить и самостоятельно. Для этого из стеклянной трубки диаметром 15х0,8мм изготавливают 25 пробирок длиной 100мм. Возможен и другой диаметр трубки, но все 25 пробирок должны быть одинаковы; 20 из них понадобятся для изготовления цветной шкалы и поэтому должны быть подготовлены под запайку. Можно пробирки после наполнения закрыть пробками и залить эпоксидной смолой. Остальные 5 пробирок будут рабочими. Затем надо приготовить индикатор. К прибору Алямовского он готовится так: 0,01 г метилового красного растворяют в 30 мл этилового спирта, затем добавляют 0,74 мл 0,05 н раствора едкого натра (0,2 г едкого натра в 100 мл воды) и доводят до 50 мл дистиллированной водой. Далее 0,04 г бромтимолового синего растворяют в 20 мл этилового спирта, добавляют 1,28 мл раствора едкого натра и разбавляют до 100 мл дистиллированной водой. Оба раствора сливают, получая 150 мл раствора смешанного индикатора к прибору Алямовского. Далее готовят цветную шкалу сравнения к этому прибору, но предварительно нужно приготовить четыре цветных раствора:

- в 1 л 1%-го раствора соляной кислоты - 10 г по массе на 1 л воды растворяют 59,5 г хлористого кобальта;

- в 1 л 1%-го раствора соляной кислоты растворяют 45,05 г хлорного железа;

- в 1 л 1%-го раствора соляной кислоты растворяют 400 г хлорной меди;

- в 1 л 1%-го раствора соляной кислоты растворяют 200 г сернокислой меди.

Полученные растворы по 5-6 мл наливают в пробирки в соответствии с данными, приведенными в Таблице 3, и запаивают. После этого прибор готов к работе.

Таблица 3

Соотношения растворов для приготовления цветной шкалы к прибору Алямовского на 10 мл, мл

рН	Цветной раствор				Вода дистиллированная
	1	2	3	4
4,0	9,60	0,30	-	-	0,10
4,2	9,15	0,45	-	-	0,40
4,4	8,05	0,65	-	-	1,30
4,6	7,25	0,90	-	-	1,85
4,8	6,05	1,50	-	-	2,45
5,0	5,25	2,80	-	-	1,95
5,2	3,85	4,00	-	-	2,15
5,4	2,60	4,70	-	-	2,70
5,6	1,65	5,55	-	-	2,80
5,8	1,35	5,85	0,05	-	2,75
6,0	1,30	5,50	0,15	-	3,05
6,2	1,40	5,50	0,25	-	2,85
6,4	1,40	5,00	0,40	-	3,20
6,6	1,40	4,20	0,70	-	3,70
6,8	1,90	3,05	1,00	0,40	3,65
7,0	1,90	2,50	1,15	1,05	3,40
7,2	2,10	1,80	1,75	1,10	3,25
7,4	2,20	1,60	1,80	1,90	2,50
7,6	2,20	1,10	2,25	2,20	2,25
7,8	2,20	1,05	2,20	3,10	1,45
8,0	2,20	1,00	2,00	4,00	0,70

Для измерения рН берут 5 мл исследуемой воды и добавляют в нее 0,3 мл индикатора (7 капель), пробирку взбалтывают, не закрывая пальцем, и сравнивают окраску с цветной шкалой.

Изменить значение рН до необходимого уровня можно следующим образом: если рН выше необходимого значения, то воду можно подкислить, добавляя раствор пищевой лимонной кислоты.

Для подкисления воды можно использовать верховой торф, который берут из глубоких слоев верховных болот, где в течение многих веков из-за сильного разложения он приобретает темно- или черно-коричневый цвет. Проверку пригодности торфа для аквариумных целей специалисты рекомендует проводить следующим образом. Пробу торфа размягчают в небольшом количестве воды и через 10-20 ч проверяют у нее значение рН, которое должно находиться в кислой области. Затем воду аэрируют, и если значение рН увеличится, то торф непригоден.

Перед подкислением воды в аквариуме торф кипятят в дистиллированной воде (из расчета 5 г торфа на 1 л воды) в течение 20-30 минут, пока она не приобретет темно-коричневый цвет. Полученный экстракт тщательно фильтруют и вливают в аквариум небольшими порциями, следя за его равномерным распределением (поможет аэрация) и проверяют при этом значение рН.

Подкислять воду торфом ниже рН 6 не рекомендуется, так как в воду выделяются дубильные вещества, избыток которых вреден для населения аквариума.

Подкислять воду без ограничения рН лучше раствором химически чистой ортофосфорной кислоты, который по каплям добавляют в воду, постоянно контролируя рН.

Понизить значение рН можно с помощью ольховых шишек без семян. Столовую ложку заливают стаканом кипятка и кипятят в течение 5-10 минут. Стакан отфильтрованного отвара рассчитан на 10 л воды.

Подщелачивать воду проще всего питьевой содой, так как при передозировке значение рН не поднимается выше 8,4. Более стойкие результаты получаются при подщелачивании воды жесткостью 8° и выше.

При подкислении или подщелачивании воды удобно определить количество применяемого средства для получения необходимого рН в единичном объеме воды и затем пересчитать его на требуемый объем.

Изменение рН в аквариуме, населенном рыбами, производят постепенно, не более чем на 0,3 единицы в сутки.

Приготовление химически обессоленной воды. Химическое обессоливание воды основано на способности некоторых химических соединений, называемых ионитами или ионообменными смолами, удерживать на поверхности ионы различных элементов и при определенных условиях обменивать их. Иониты, обменивающие катионы (положительно заряженные ионы), называются катионитами, а обменивающие анионы (отрицательно заряженные ионы) - анионитами.

Пропуская воду, содержащую различные соли, в том числе кальций и магний, последовательно через катионит и анионит, можно получить обессоленную воду. Этот способ гораздо эффективнее дистилляции.

Практически это делается так. Берут два сосуда (колонки), которые нетрудно изготовить из полиэтиленовых бутылок (например, из-под газированной воды) вместимостью 0,5-1 л. В эти бутылки сверху встраивают пластмассовую воронку, а снизу - трубку. Положив на дно сосуда фильтровальную ткань или капроновую вату, для того чтобы зерна ионитов не вымывались через трубку, засыпают туда иониты.

В воронку верхней колонки наливают водопроводную воду (или 5%-ый раствор чистой соляной кислоты при регенерации катеонита, который прекратил способность обменивать катионы). В этой колонке катионы металлов, в том числе кальция и магния, обмениваются на катионы водорода (Н). Вода попадает в нижнюю колонку, где анионы кислотных остатков обмениваются на анионы гидроксильной группы.

Таким образом, при обессоливании ионы солей, содержащихся в воде, заменяются на водород и гидроксильную группу.

Если иониты приобретались в сухом виде, то для их использования нужна предварительная подготовка. Для этого катионит засыпают в стеклянную банку и в течение 5-6 ч замачивают в дистиллированной воде, а затем в 20%-ом растворе чистой поваренной соли. При этом в продолжение 4 часов концентрация соли снижается до 5% и каждый раз катионит промывается от мелких фракций и пыли. Катионит переносят в колонку, где он отмывается от соли дистиллированной водой и затем 2%-ым раствором едкого натра до выравнивания рН исходного и вытекающего из колонки раствора. После этого отмывка продолжается обессоленной водой до реакции рН 7. Отмытый катионит регенерируют 5%-ым раствором чистой соляной кислоты до выравнивания рН, а затем промывают водой до достижения светло-оранжевого или желтого цвета по метилоранжу. После этого катионит готов к работе.

Анионит сначала отмывают солью, а затем 5%-ым раствором соляной кислоты до уравнивания рН на входе и выходе. Далее анионит промывают обессоленной водой до нейтральной рН 7 и переводят в рабочую форму обработкой 2%-ым раствором едкого натра до выравнивания рН, а после этого вновь промывают водой до нейтральной реакции.

Подготовку ионитов не производят, если их приобретают в чистом виде. В марку ионитов добавляют букву "ч". Например: катионит Ку2-8ч, или анионит АВ-17-8ч.

При отмывке и регенерации ионитов для предварительных проб можно пользоваться индикаторной бумагой.

<<< назад | оглавление | вперед >>>