Акваріумна хімія: Саморобна двокомпонентна система добавок кальцію і лужності
Акваріумна хімія: Саморобна двокомпонентна система добавок кальцію і лужності
Минулого місяця я повідомляв про чистоту декількох марок хлориду кальцію, включаючи відносно недорогий 77-80% хлорид кальцію Dowflake, доступний в Home Depot приблизно за 12 доларів за 50 фунтів. Цього місяця я покажу, як використовувати цей матеріал як частину недорогої саморобної двокомпонентної добавки кальцію та лужності. Єдині необхідні матеріали – це хлорид кальцію, харчова сода (з продуктового магазину) та солі Епсома (яка є недорогою і доступна в більшості аптек).
Ця система добавок буде збалансована тим, що рівне додавання двох частин забезпечить кальцій і лужність приблизно в тому ж співвідношенні, яке використовується при кальцифікації коралами і кораловими водоростями. У цьому сенсі це те ж саме, що і комерційні двокомпонентні добавки. Одна частина – це хлорид кальцію, розчинений у воді, а друга частина – харчова сода (або випечена перед використанням, або ні), розчинена у воді. Цей баланс дуже важливий в тому плані, що акваріум з такою збалансованою системою добавок навряд чи зазнає великих коливань кальцію і лужності, як це може статися, якщо акваріуміст, який використовує незалежні добавки, ненавмисно передозує одну по відношенню до іншої. Ця проблема напрочуд поширена, і була причиною того, що я написав статтю про те, як вирішити проблеми з кальцієм і лужністю, і чому в своїй статті про те, як вибрати систему добавок кальцію і лужності, я описав тільки збалансовані системи добавок різних типів.
“Третя” частина цієї системи добавок являє собою розчинені у воді солі Епсома (гептагідрат сульфату магнію), які потрібні лише час від часу (можливо, додавати раз на 1-2 місяці). Він служить для запобігання значного підвищення рівня натрію і хлориду по відношенню до інших основних іонів, особливо магнію і сульфату. Ви можете придбати солі Епсома в більшості аптек, але якщо ви не можете їх знайти, ви можете придбати їх в Інтернеті за 2,69 долара за 64 унції. Солі Епсома, що продаються в аптеках, як правило, маркуються USP, що означає Фармакопея Сполучених Штатів, і є гарантією того, що вони придатні для споживання людьми.
Основними іонами в морській воді, в порядку зменшення концентрації, є хлорид, натрій, сульфат, магній, кальцій і калій. Використання цих рецептів дозволить запобігти підвищенню хлориду (з хлориду кальцію) і натрію (з харчової соди) по відношенню до магнію і сульфату. Запобігання виснаження магнію особливо важливо для підтримки відповідного рівня кальцію та лужності в акваріумах, тому ця третя частина системи добавок може бути важливою.
Це рішення не є ідеальним. Якщо комерційні двокомпонентні добавки розроблені так, як вони заявляють, з усіма іншими іонами, присутніми в морській воді, тоді цей рецепт не такий хороший, як ці склади. Чи правильно сформульовані комерційні добавки чи ні, я не можу сказати. До переваг рецептів, наведених у цій статті, можна віднести, перш за все, вартість. Недоліком майже всіх комерційних двокомпонентних систем добавок є те, що вони досить дорогі для всіх, крім найменших акваріумів. Ці рецепти вирішують цю проблему вартості. Однак при використанні цих рецептів рівень сульфатів з часом дещо підвищується, а деякі інші іони, такі як бромід і фтор, можуть з часом знижуватися. Але це кращий рецепт, ніж просто хлорид кальцію та харчова сода (або комерційні “буфери”), і я вважаю, що він є адекватним для акваріумістів, для яких вартість є важливим фактором.
Протиставлення рецептів
У цій статті я фактично надаю два рецепти.
Рецепт №1 призначений для використання в акваріумах з нормальним або низьким рівнем рН. Він буде мати ефект підвищення рН за рахунок підвищеного рН лужної частини, як і більшість комерційних двокомпонентних добавок. Підвищення, яке ви отримаєте, буде залежати від лужності у вашому акваріумі, і, звичайно, від того, скільки ви додасте. Якщо Ви додасте близько 0,5 мекв/л лугу, то рН підніметься приблизно на 0,15-0,35 одиниць відразу після додавання (і вище локально, перш ніж він встигне змішатися в усьому акваріумі).
Тому, якщо Ви використовуєте вапняну воду (kalkwasser) і акваріум працює при pH 8,4 або вище, цей рецепт не є найкращим вибором. В іншому випадку він, швидше за все, буде хорошим варіантом.
Рецепт №2 призначений для використання в акваріумах, де рН знаходиться на високій стороні (вище 8,3 або близько того). Він матиме дуже невеликий ефект зниження рН при першому додаванні. Падіння, яке ви отримаєте, буде залежати від лужності у вашому акваріумі, і, звичайно, від того, скільки ви додасте. Якщо Ви додасте близько 0,5 мекв/л лугу, то рН знизиться приблизно на 0,04 одиниці рН відразу після додавання. Пізніше рН може підвищитися, якщо акваріуму буде дозволено випустити надлишок CO2. Цей рецепт вдвічі менш концентрований, ніж рецепт №1.
Малюнок 1. Такі корали, як Montipora capricornis в акваріумі Марка Левенсона, використовують багато кальцію та лугу в міру свого росту.
Тому, якщо Ви використовуєте вапняну воду (kalkwasser) і акваріум працює при pH 8,4 або вище, цей рецепт може бути найкращим вибором.
Рецепт №1
У цьому рецепті Ви готуєте 3 основні розчини. Два з них використовуються часто, а один – лише зрідка для балансування.
Ви можете змішувати і зберігати розчини в будь-якій повністю пластиковій або скляній ємності. Пластикові 1-галонні пакети з-під молока (зазвичай виготовлені з HDPE, поліетилену високої щільності) можуть бути гарним вибором.
Частина 1: Кальцієва частина
Розчиніть 500 грамів (приблизно 2 1/2 склянки) дигідрату хлориду кальцію (наприклад, Dowflake 77-80% хлориду кальцію) у достатній кількості води, щоб отримати 1 галон загального об’єму. Ви можете розчинити його приблизно в 1/2 галона води, а потім вилити в ємність об’ємом 1 галон і залити доверху свіжою водою. Цей розчин містить близько 37,000 ppm кальцію.
Якщо ви використовуєте безводний хлорид кальцію (наприклад, Kent’s Turbo Calcium або Peladow Calcium Chloride (бренд, що продається компанією Dow, який, на думку деяких, може бути просто зневодненим еквівалентом пластівців Dowflake), то вам слід використовувати приблизно на 20% (1/5) менше твердого хлориду кальцію, щоб зробити рецепт. Зверніть увагу, що розчин буде досить гарячим при розчиненні безводного хлориду кальцію.
Частина 2: Лужна частина
Розсипте харчову соду (594 грами або приблизно 2 1/4 склянки) на деко і нагрівайте в звичайній духовці при 300 °F протягом 1 години, щоб відігнати воду і вуглекислий газ. Розчиніть залишкову тверду речовину у достатній кількості води, щоб отримати 1 галон. Для цього розчинення може знадобитися неабияка кількість перемішування. Нагрівання прискорює процес розчинення. Цей розчин буде містити близько 1,900 мекв/л лужності (5,300 dKH). Я вважаю за краще використовувати в цьому рецепті харчову соду, а не пральну, оскільки харчова сода з продуктового магазину завжди є харчовою, в той час як до пральної соди можуть не пред’являтися такі ж вимоги щодо чистоти. Бренд Arm & Hammer є прекрасним вибором.
Ці два розчини додаються так часто, як це необхідно для підтримки кальцію та лужності. У деяких акваріумах з низьким та середнім попитом щоденне додавання може не знадобитися, особливо для кальцію. Тим не менш, якщо тестування не покаже, що Вам слід чинити інакше, додавайте рівні кількості частин 1 та 2 протягом тижня.
Частина 3: Сульфат магнію
Розчиніть 64-унційний контейнер солей Епсома (близько 8 чашок) у достатній кількості очищеної прісної води, щоб отримати 1 галон загального об’єму. Цей розчин додається набагато рідше, ніж інші дві частини. Кожного разу, коли ви закінчите додавати по галону обох частин Рецепту №1, додайте 610 мл (2 1/2 склянки) цього основного розчину. Ви можете додати його відразу або з часом, як Ви вирішите, залежно від розміру акваріума та налаштування. Додайте його у зону з високою проточністю, бажано у відстійник. У дуже маленькому акваріумі або акваріумі без відстійника я б радив додавати його повільно; особливо коли Ви робите це вперше, щоб переконатися, що корали не постраждали від локально високої концентрації магнію, сульфату або будь-яких домішок у Вашій солі Епсома. При першому додаванні ви можете додати невелику порцію і переконатися, що немає жодних проблем, перш ніж продовжувати додавати решту. Цей розчин містить близько 47 000 ppm магнію і 187 000 ppm сульфату.
Рецепт №2
У цьому рецепті Ви готуєте 3 основні розчини. Два з них використовуються часто, а один – лише зрідка для балансування.
Ви можете змішувати і зберігати розчини в будь-якій пластиковій або скляній ємності. Пластикові 1-галонні пакети з-під молока (зазвичай виготовлені з HDPE, поліетилену високої щільності) можуть бути гарним вибором.
Частина 1: Кальцієва частина
Розчиніть 250 грамів (приблизно 1 1/4 склянки) дигідрату хлориду кальцію (наприклад, Dowflake 77-80% хлориду кальцію) у достатній кількості води, щоб отримати 1 галон загального об’єму. Ви можете розчинити його приблизно в 1/2 галона води, а потім вилити його в ємність об’ємом 1 галон і залити доверху свіжою водою. Цей розчин містить близько 18,500 ppm кальцію.
Якщо ви використовуєте безводний хлорид кальцію (наприклад, Kent’s Turbo Calcium або Peladow Calcium Chloride (бренд, що продається компанією Dow, який, на думку деяких, може бути просто зневодненим еквівалентом пластівців Dowflake), то вам слід використовувати приблизно на 20% (1/5) менше твердого хлориду кальцію, щоб зробити рецепт. Зверніть увагу, що розчин буде досить гарячим при розчиненні безводного хлориду кальцію.
Частина 2: Лужна частина
Розчиніть 297 грамів харчової соди (приблизно 1 1/8 склянки) у достатній кількості води, щоб вийшов 1 галон. Для цього розчинення може знадобитися неабияка кількість перемішування. Нагрівання прискорює процес розчинення. Цей розчин буде містити близько 950 мекв/л лужності (2660 dKH). Марка “Arm & Hammer” є прекрасним вибором марки харчової соди.
Ці два розчини додаються так часто, як це необхідно для підтримки кальцію та лужності. У деяких акваріумах з низьким та середнім попитом щоденне додавання може не знадобитися, особливо для кальцію. Тим не менш, якщо тестування не покаже, що Вам слід чинити інакше, додавайте рівні кількості частин 1 та 2 протягом тижня.
Частина 3: Сульфат магнію
Розчиніть 64-унційний контейнер солей Епсома (близько 8 чашок) у достатній кількості очищеної прісної води, щоб отримати 1 галон загального об’єму. Цей розчин додається набагато рідше, ніж інші дві частини. Кожного разу, коли ви закінчите додавати по галону обох частин Рецепту №1, додайте 305 мл (1 1/4 склянки) цього основного розчину. Ви можете додати його відразу або з часом, як Ви вирішите, залежно від розміру акваріума та налаштування. Додайте його в зону з високою прохідністю, бажано у відстійник. У дуже маленькому акваріумі або акваріумі без відстійника я б радив додавати його повільно; особливо коли Ви робите це вперше, щоб переконатися, що корали не постраждали від локально високої концентрації магнію, сульфату або будь-яких домішок у Вашій солі Епсома. При першому додаванні ви можете додати невелику порцію і переконатися, що немає жодних проблем, перш ніж продовжувати додавати решту. Цей розчин містить близько 47 000 ppm магнію і 187 000 ppm сульфату.
Раціональний розрахунок для рецептів
Раціональний розрахунок наведено нижче для рецепту 1. Для рецепта 2 розрахунок такий самий, за винятком того, що все ділиться на 2 і немає випікання харчової соди. Цей розділ призначений для тих, хто хоче знати, як розраховується рецепт, побоюється, що може бути допущена помилка, або хоче дещо змінити його. Не обов’язково читати наступний розділ, якщо все, що ви хочете зробити, вже зроблено.
Передбачається, що матеріал Dowflake повинен містити 77-80% хлориду кальцію. З веб-сайту Dow Flake, він має насипну щільність 0,82 – 0,96 г/сухий мл, або 194 – 227 грамів/мірний стакан. Будемо вважати, що це 78,5% хлориду кальцію за вагою і важить 200 грамів на мірний стаканчик. Оскільки кальцій становить 36% хлориду кальцію, то за масою в кожному стаканчику міститься 200 х 0,785 х 0,36 = 56,5 грамів кальцію.
Отже, розчинення 2 1/2 чашок (500 г) Dowflake на галон = 141 грам кальцію на галон, або 37 300 мг/л. Ваша кінцева концентрація буде залежати від того, скільки вологи насправді було в хлориді кальцію, і наскільки добре він був упакований у вашому мірному стакані. Концентрація 37,300 ppm кальцію еквівалентна 0,93 моля.
Коли відбувається кальцифікація, на кожен 1 моль кальцію втрачається 2 молі лугу. Таким чином, нам потрібно зіставити вищевказаний кальцій з 1,86 молярним еквівалентом харчової соди (бікарбонату натрію) (до або після випікання, випікання не змінює лужність). За моїми вимірами, харчова сода Arm & Hammer важить близько 264 грамів на один мірний стаканчик. Оскільки бікарбонат натрію має молекулярну масу 84 г/моль, нам потрібно розчинити 1,86 х 84 = 156 г/л, або близько 594 грамів (2 1/4 мірних склянки) харчової соди на галон. Зверніть увагу, що не має значення, у скільки грамів перетворюються 594 грами соди при випіканні. Все, що ви робите, це змінюєте кількість вуглекислого газу в соді:
Більша чи менша кількість випікання лише змінить рівень pH при додаванні в акваріум. Однак, значне запікання може унеможливити повне розчинення твердого матеріалу в рецепті, оскільки бікарбонат натрію менш розчинний, ніж карбонат натрію (і саме тому Рецепт №2 є більш розведеним).
При додаванні по 1 галону кожної з цих добавок буде залишок іонів, що залишилися після кальцифікації. В основному це натрій і хлорид, і кількості цих двох добавок однакові в кількісному відношенні (наприклад, молях), але дещо відрізняються у ваговій концентрації, наприклад, проміле, оскільки вони важать неоднаково.
Після додавання 594 грамів харчової соди (1 галон за рецептом №1) ми отримаємо 163 грами натрію. У природній морській воді магній присутній у концентрації близько 12,0% від концентрації натрію (за вагою). Для того, щоб відповідати добавкам магнію до добавок натрію, і залишити їх в природному співвідношенні, нам потрібно додати 12% від 163 грамів, або 19,5 грамів магнію на кожен галон двокомпонентної добавки, яку ми додаємо.
Після додавання 500 грамів хлориду кальцію Dowflake Calcium Chloride (1 галон рецепта №1), ми додамо 250 грамів хлориду. У природній морській воді магній присутній у концентрації близько 6,7% від концентрації хлориду (за вагою). Для того, щоб відповідати додаванням магнію додаванням хлоридів, і залишити їх в природному співвідношенні, нам потрібно додати 6,7% від 250 грамів, або 16,5 грамів магнію на кожен галон двокомпонентної добавки, яку ми додаємо.
Крім того, ми, можливо, захочемо врахувати магній, який фактично включений в коралові скелети. Для цього розрахунку я припустив, що кількість включеного магнію становить близько 6,5% від рівня кальцію (за вагою), або близько 2,5% скелета за вагою. В процесі додавання цього галона обох частин двокомпонентної добавки ми додали 141 грам кальцію, тому нам потрібно додати 0,065 х 141 = 9 грам магнію, щоб врахувати це відкладення.
Отже, ми повинні вирішити, чи хочемо ми узгодити магній з натрієм, чи з хлоридом, чи з середнім значенням між ними, чи з чимось іншим? Для того, щоб напевно не допустити виснаження магнію, я вибрав найбільш консервативний варіант, і додав магнію стільки, щоб він не був виснажений відносно натрію, а потім був трохи піднятий відносно хлориду. Ви, звичайно, можете додати більше або менше Частини 3 за своїм вибором, або так, як ви визначите, що це необхідно на основі вимірювань магнію.
Оскільки наша добавка магнію містить 47 000 мг/л магнію, нам потрібно додати (9 +19,5) грамів / 47 г/л = 610 мл розчину магнію.
Якби ми хотіли збалансувати сульфат (проти натрію), а не магній (проти натрію), ми б додали менше розчину сульфату магнію. В такому випадку, використовуючи ту ж саму математику, можна припустити, що ми додали б 220 мл замість 610 мл (щоб збалансувати сульфат проти натрію). Оскільки мене менше турбує підвищений вміст сульфату, ніж виснаження магнію, я вирішив використовувати повну дозу, яка підтримує рівень магнію. Однак, якщо ви вирішили додати магній іншими способами, або вас більше турбує сульфат, ніж магній, використання меншого додавання розчину сульфату магнію є простим варіантом.
Цікаво, що калій, присутній як домішка в пластівцях Dowflake, працює на нашу користь. Він присутній на рівні 3600 ppm в розчинах, які я використовував для тестування в попередній статті. У тих же розчинах рівень кальцію становить близько 100 000 ppm, а хлориду – близько 177 000 ppm. Отже, на кожні 177 000 ppm хлориду припадає 3600 ppm кальцію при співвідношенні K+ /Cl – 0,0203 за вагою. Морська вода має 400 ppm калію і 19 350 ppm хлориду, для співвідношення K+ /Cl – 0,0207 за вагою. Так що формула досить добре збалансована по калію (якщо припустити, що в соді або в солях Епсома немає багато надлишкового калію).
Залишок, що залишився від рецепту №1
Після 1 року додавання 8 ppm кальцію і супутнього 0,4 мекв/л (1,1 dKH) лугу в день (41 мл обох частин в день або 4 галони обох частин в рік в 50-галонному акваріумі; включаючи вплив розчину сульфату магнію, 2440 мл/рік), після кальцифікації і поправки на солоність залишиться наступний залишок (при використанні цієї норми додавання без підміни води солоність збільшується приблизно на 29% протягом року):
| Елемент | Концентрація в морській воді | Кінцева концентрація в резервуарі (з солями Епсома) | Кінцева концентрація в резервуарі (без солей Епсома) |
|---|---|---|---|
| Хлорид | 19,350 | 19,030 | 19,030 |
| Натрій | 10,760 | 11,010 | 11,010 |
| Сульфат | 2,710 | 3970 | 2100 |
| Магній | 1,290 | 1322 | 850 |
| Кальцій | 420 | 420 (за припущенням) | 420 (за припущенням) |
| Калій | 400 | 401 | 401 |
Зауважимо, що якби було знайдено недороге джерело хлориду магнію відповідної якості, то ці рецепти можна було б удосконалити так, щоб сульфат взагалі не піднімався. На жаль, я не знайшов такого джерела.
Резюме
Ця недорога двокомпонентна система добавок повинна бути корисною для акваріумістів, які хочуть використовувати двокомпонентні добавки, але їх стримує вартість комерційних систем.
Якщо ви використовуєте її, обов’язково перевіряйте значення кальцію та лужності з часом, навіть після того, як ви встановите рутину, яка виглядає як така, що виконує свою роботу. Через невизначеність у кількості вологи в цих продуктах при покупці, а також у кількості, яку Ви фактично вимірюєте, система може бути не ідеально збалансована, і може відбутися повільний дрейф у бік підвищеного кальцію або підвищеної лужності.
Вимірювання магнію час від часу також, ймовірно, буде хорошим кроком, на випадок, якщо він використовується більш-менш швидко, ніж очікувалося.
Удачі та щасливого рифінгу
Source: reefs.com