Активная реакция
Следующая важная характеристика воды — активная реакция. Всем известно, что молекула воды состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода — Н2O.
Однако не все помнят, что молекулы в растворе находятся не в целостном
состоянии, а в виде ионов — положительно и отрицательно заряженных
частиц. Это явление называется диссоциацией, и следует знать, что в
химически чистой воде лишь 1/10 000 000 = 10-7 часть общего числа микрочастиц диссоциирована на ионы Н+ и ОН-,
а следовательно, может вступать в реакции. Степень диссоциированности
молекул воды называют активной реакцией и измеряют величиной водородного показателя, равного степени концентрации ионов Н+,
взятой с обратным знаком. Для чистой воды эта величина составляет 7 и
обозначается рН 7. Латинские буквы рН читаются [пэ-аш] и означают pondus hydrogenii
— «водородный показатель», а число после них характеризует активную
реакцию воды. Стоит добавить в раствор какое-либо вещество — и доля
диссоциированных молекул, а значит, и величина рН во многих случаях
начинают меняться. Например, если вы доливаете кислоту, то количество
свободных ионов Н+ возрастает (молекулы кислоты, диссоциируя,
охотно насыщают ими воду), а следовательно, увеличивается их доля в
объеме. Величина рН при этом уменьшается. Напротив, если вы добавляете
щелочь, то доля диссоциированных ионов Н+ сокращается, а водородный показатель растет.
Считается, что при рН 7 вода обладает нейтральными свойствами, при рН < 7 она кислая, при рН > 7 — щелочная. Указывая свойства более точно, воду называют:
- при рН 1—3 сильнокислой
- при рН 3—5 кислой
- при рН 5—7 слабокислой
- при рН 7 нейтральной
- при рН 7—9 слабощелочной
- при рН 9—11 щелочной
- при рН 11—14 сильнощелочной
Следует помнить, что величина водородного показателя колеблется от 0 до 14 (в нормальных условиях). Таким образом, незначительное, казалось бы, отклонение показателя рН на единицу на самом деле означает изменение концентрации в 10 раз (ведь в основе лежит десятичный антилогарифм) и для живого существа бесследно не проходит. Причина этого опять-таки кроется в биохимических процессах: организм живет, пока клетка способна поддерживать рН своей плазмы в определенных пределах. Вода в большинстве пресных природных водоемов имеет рН от 5 до 8, очень редко встречаются более кислые болотные воды с рН 4,5 или их антиподы — щелочные озера с рН 9—11. В таких экстремальных условиях животные и высшие растения не живут, здесь встречаются лишь водоросли и различные микроорганизмы.
Для большинства рыб величина водородного показателя, пригодного для жизни, ограничена половиной единицы, однако следует помнить, что по логарифмической шкале это соответствует изменению концентрации кислоты или щелочи почти в 3 раза! Если отклонение еще более значительное, то животное или растение может погибнуть. Особенно опасны резкие скачки рН, которые нетипичны для природных условий, но могут произойти в аквариуме при стечении некоторых обстоятельств. В природе плавное снижение водородного показателя и жесткости соответствует сезону дождей и разлива рек, что наряду с повышением температуры на мелководье побуждает рыб к нересту. Напротив, возрастание рН и жесткости типично для сухих сезонов, когда условия в реке довольно суровы.
До сих пор мы говорили об абстрактных кислотах и щелочах, оказывающих влияние на величину водородного показателя. В водопроводной и аквариумной воде присутствует угольная кислота, образующаяся при насыщении воды углекислым газом. Изменять рН могут также соли, многие из которых имеют более или менее выраженные кислотные либо щелочные свойства. Например, всем известная питьевая сода довольно сильно подщелачивает воду, а аналогичные соединения кальция и магния, известные нам как соли жесткости, не так активны, но тоже щелочи. Этим объясняется то, что лишь мягкую воду можно сделать слабокислой: в присутствии солей жесткости углекислоте не удается существенно снизить рН.
