Voda není jen čirá kapalina, ale komplexní životní prostředí pro vaše terčovce. Zjistěte, proč je chemicky čistá voda pro ryby nebezpečná a jaký význam mají rozpuštěné soli a plyny. Pochopte unikátní vlastnosti vody od anomálie hustoty až po iontové složení Rio Negro.

Proč je voda kolébkou života?

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! 

Fyzikální anomálie vody a její biologický význam

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. 

Chemie vody: Ultimativní rozpouštědlo

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. 

Proč je čistá H₂O pro ryby nebezpečná?

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. 

Rozpuštěné látky: Soli a proces disociace

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 + H₂0 

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: 

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⁺.  

Srovnání iontového složení mořské a sladké vody

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

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: 

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 ve vodě a princip rovnováhy

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: 

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. 

Autor: Kersten Opitz
Publikováno 5.6.2021