Co je vlastně voda?

 

Bez vody není život! Asi před 2000 miliony let byla naše Země plná páry ze sopek a z husté oblačnosti nepřetržitě pršelo. Ve vodě se postupně začal objevovat v nejprimitivnější formě první život; následný vývoj v průběhu mnoha stovek milionů let vedl k nejjednodušším řasám a mnohem později k více rozvinutým vodním rostlinám. Voda byla také kolébkou prvních zvířat; byli to mořští bezobratlí s měkkým povrchem těla. A teprve před 300 miliony let se život vyvinul natolik, že první rostliny mohly opustit vodu a kolonizovat zemi; později následovalo mnoho živočichů. Ale i dnes jsou všechny organismy na Zemi závislí na vodě! Bez vzácné a život udržující vody by bídně zahynuly! 

Co je to voda – fyzik vidí čirou kapalinu, která se při 0 ° C změní na led a odpaří se při 100 °C. Všiml si, že voda má dost podivně při +4 °C největší hustotu, tj. je při této teplotě nejtěžší a voda s jinou teplotou se může se navrstvit nad ni. Tak je možné, aby chladnější voda a led byly na povrchu. Z biologického hlediska je to velmi důležité! Protože tak to zůstává dokonce i v chladné zimě na dně zachován životní prostor “vody”, který bude mimo jiné shora chráněn tepelně izolační vrstvou ledu před dalším zamrznutím. Pokud by tato anomálie hustoty neexistovala, blok ledu v jezerech by pomalu vyrůstal ze dna nahoru a uhasil by život ve vodě. 

Co je to voda? – Chemik vidí kapalinu bez zápachu a chuti, která nemá ani kyselý ani zásaditý charakter. A to navzdory skutečnosti, že obsahuje rozhodující vlastnosti kyseliny (ionty H) a zásady (ionty OH)! Kupodivu voda může vzniknout, když dva plyny reagují navzájem: Pokud se spálí 2 díly vodíku (H) a 1 díl kyslíku (O), vytvoří se voda s chemickým vzorcem H20! Chemik také zjistí, že voda může rozpustit a držet extrémně velké množství látek; je to ultimativní rozpouštědlo! Biologicky mimořádně důležitá vlastnost, protože voda jako životní prostor mnoha rostlin a živočichů musí být současně rozpouštědlem všech živin a výkalů. 

Co je to voda? – Z biologického hlediska je čistá voda, chemicky H2O, absolutně mrtvý životní prostor, protože čistá voda neobsahuje žádné živiny. Také v ní buňky bobtnají až prasknutí vlivem osmotického tlaku. Biologicky vhodná voda musí obsahovat minimální množství látek, většinou solí! To platí jak pro naši pitnou vodu, tak i pro vodu v akváriích. Proto je znalost ve vodě rozpuštěných látek nezbytná pro úspěšnou akvaristiku. 

Jaké látky jsou rozpuštěné ve vodě? 

Soli 

Voda, která prosakuje do země, může na své cestě rozpouštět širokou škálu minerálů. Ty pak mohou být detekovány jako soli ve vodě. V závislosti na geologické struktuře oblasti vsakování a pramenů voda obsahuje různé soli. Z chemického hlediska je sůl je reakčním produktem kyseliny a zásady. Takže např. když kyselina chlorovodíková reaguje s roztokem hydroxidu sodného, vznikne chlorid sodný, lépe známý jako kuchyňská sůl: 

HCl + NaOH -> NaCl + H2

kyselina chlorovodíková + hydroxid sodný -> chlorid sodný + voda 

Protože existuje velké množství kyselin, které mohou reagovat s velkým počtem bází, existuje spousta různých solí! V závislosti na látkách, z nichž pocházejí, mají soli různé složení a různé vlastnosti. To je z biologického hlediska velmi důležité! Pokud se soli rozpustí ve vodě, molekuly vody se mezi ně intenzivně tlačí takovým způsobem, že většina molekul solí se rozdělí na páry iontů; chemik nazývá tento proces disociací. Kladně nabitý iont (kationt) a záporně nabitý iont (aniont) pak vznikají z dříve elektricky neutrální molekuly soli. S chloridem sodným, tj. kuchyňskou solí, to vypadá takto: 

NaCl -> Na+ + Cl 

Chlorid sodný -> iont sodný + iont chloridu 

Přísně vzato, ve vodě nejsou žádné soli, ale spíše jejich elektricky nabité fragmenty (ionty). Rozklad na ionty je tak důkladný, že není vždy možné později určit, z které soli ten který iont ve skutečnosti pochází. Z tohoto důvodu se soli neuvádějí při rozborech vody, ale pouze jejich nalezené ionty.  

Například voda může obsahovat následující ionty: 

Ionty běžně se vyskytující ve vodě 
kladně nabité ionty (kationty) záporně nabité ionty (anionty) 
Amoniak NH4+ Chlorid Cl 
Draslík K+ Hydrogenuhličitan HCO3 
Sodík Na+ Dusitany NO2 
Baryum Ba2+ Dusičnany NO3 
Vápník Ca2+ Uhličitany CO32- 
Železo Fe2+ Sírany SO42- 
Hořčík Mg2+ Fosfáty PO43- 
Mangan Mn2+  
Stroncium Sr2+  

Číslice v horním indexu a symboly ± v tabulce označují velikost a typ elektrického náboje. Některé ionty mohou změnit svůj náboj. Takže např.  železo také jako Fe3+ nebo mangan jako Mn4+.  

Mořská voda má celosvětově stejné složení. Proto lze umělou mořskou vodu pro ryby z Indického oceánu nebo z Karibiku vyrábět přesně podle stejného receptu: 

Mořská voda Distribuce nejběžnějších iontů (hm.%) 
Kationy Anionty 
Na+    83,6% Cl–     87,2% 
Mg2+   10,1% SO42-     12,2% 
Ca2+     3,3% HCO–      0,6% 
K       3,0%  
 
Celkový obsah solí vždy kolem 36 000 mg / l 

Sladká voda může mít naopak velmi odlišné složení. Jeho celkový obsah solí kolísá hlavně v rozmezí 100–800 mg / l. Překvapivě jsou však podíly iontů ve většině sladkých vod navzájem velmi podobné, bez ohledu na celkový obsah solí! To znamená, že jak velmi slaná sladká voda, tak i méně slaná sladká voda mají často překvapivě podobnou distribuci iontů. Analýza vody v jezerech po celém světě vyústilo v následující střední hodnoty, takzvaný iontový standardní poměr: 

IONTY SLADKÁ VODA STANDARDNÍ POMĚR IONTU průměrná distribuce nejběžnějších iontů (hm.%) 
Kationy Anionty 
Ca2+       64,4 % HCO–           80,0 % 
Na+.         18,4 % SO42-             13,7 % 
Mg2+     10,6 % Cl–                   6,3 % 
K           6,6 %  
 
Celkový obsah solí hlavně kolem 100-800 mg / 1 

Pouze několik sladkých vod se znatelně odchyluje od standardního poměru iontů. Mezi výjimky patří například. řeka s černou vodou Rio Negro, kde místo iontů hydrogenuhličitanu jasně převládají ionty síranu a chloridu, nebo jezero Tanganika se zvýšeným obsahem sodíku.  

Plyny 

Všechny otevřené vody si neustále vyměňují plyny s atmosférou: kyslík (02), dusík (N2), oxid uhličitý (C02) a další. Molekuly plynu migrují ze vzduchu do vody, ale zároveň molekuly plynu migrují zpět z vody do vzduchu. Rychlost těchto dvou procesů závisí do značné míry na příslušných tlacích plynu a teplotě. Po chvíli se zdá, že se procesy výměny zastavily, protože současně tolik molekul plynu migruje ze vzduchu do vody a naopak. Pak existuje rovnováha plynů ve vzduchu a ve vodě! Při 20 °C a tlaku vzduchu 1013 hPa (hektopascal dříve milibar) jsou nastaveny následující hodnoty: 

Rovnováha plynu při 20 ° C a 1013 hPa 
 Ve vzduchu Ve vodě 
 objem % objem % mg/l 
Dusík 78,1 1,12 14,2 
Kyslík 20,9 0,56 9,1 
Oxid uhličitý 0,033 0.025 0,51 

Tento stav rovnováhy mezi vodou a vzduchem se často označuje jako „nasycení“. To je zavádějící! Termín vede k předpokladu, že vyšší koncentrace jsou nemožné. Ve vodě mohou být rozpuštěny i větší množství plynu! Například obsahuje čerstvě točené pivo několik tisíc mg / 1 CO2; Pokud je pivo ponecháno ve vzduchu po dlouhou dobu, ztrácí svůj obsah CO2 až na výše uvedenou rovnovážnou hodnotu kolem 0,5 mg / 1, stává se „zatuchlým“. Jiné plyny, například kyslík, mohou být také ve vodě mnohem koncentrovanější, než odpovídá rovnovážné hodnotě. Pokud je však systém voda / atmosféra ponechán sám sobě, koncentrace mají sklon k jejich rovnovážné hodnotě podle tabulky. Výraz „sytost“ tomuto chování neodpovídá! 

Tabulka také ukazuje, že koncentrace plynů ve vzduchu a ve vodě jsou velmi odlišné. Vzduch obsahuje 20,9 % objemových kyslíku, provzdušněná voda pouze 1/37, konkrétně 0,56 objemových %! To je hlavní důvod, proč mnoho více vysoce vyvinutých zvířat opustilo vodu během evoluce.  

Organické sloučeniny 

Jedná se o velmi rozmanité sloučeniny s většinou relativně velkými molekulami. Jejich základní strukturu tvoří uhlík, který může být uspořádán do řetězců, prstenů nebo podobných struktur. K základní struktuře lze připojit celou řadu dalších látek a výsledkem jsou velmi bizarní struktury. Organické sloučeniny byly kdysi objeveny jako stavební kameny organismů, a tak dostaly své jméno; později se u mnoha z nich podařila syntéza. Dnes je známo asi 5 milionů různých organických sloučenin. Mnoho z nich hraje biologicky nesmírně důležitou roli. V přírodních vodách i v akváriu se pravidelně rozpouští značné množství organických sloučenin.