Oxid uhličitý
Význam. Oxid uhličitý je plyn bez barvy a zápachu. Atmosféra obsahuje přibližně 0,033 % CO2. Oxid uhličitý není toxický. To dokazuje například skutečnost, že můžeme bez poškození pít nápoje obsahující CO2, nebo že krev v žilách obsahuje asi 50 až 60 % objemových CO2. Pokud však vzduch, který dýcháme, obsahuje extrémně vysoké množství CO2, může být absorpci kyslíku v důsledku vytěsnění zabráněno život ohrožujícím způsobem; lidé se dusí, když vzduch obsahuje asi 300násobek normálního množství CO2. Totéž platí obdobně pro vodu jako životní prostor a její obyvatele. Oxid uhličitý je 1,53 krát těžší než vzduch, takže může tvořit ve spod vrstvu. Když hladina vody v akváriu klesne několik cm pod okraj nádrže, na povrchu vody často spočívá celistvá vrstva CO2, která nemůže odtékat. Ryby dýchající vzduch, například labyrintky, se za určitých okolností v něm mohou udusit. Typický varovný signál: ryby dýchající vzduch plavou po nádrži jako střelené v záchvatech paniky. Chcete-li to napravit, doplňte vodu, dokud není těsně pod okrajem nádrže, nebo ji pomocí vzduchového čerpadla vyfoukněte na hladinu vody.
Oxid uhličitý se snadno rozpouští ve vodě. Prochází-li vodou normální vzduch obsahující 0,033 % objemových CO2, získá se při 20 °C obsah CO2 přibližně 0,5 mg/l. Pokud se místo vzduchu použije čistý oxid uhličitý, obsah CO2 ve vodě se výrazně zvýší; takto v zásadě funguje hnojení pomocí CO2.
Většina oxidu uhličitého ve vodě zůstává rozpuštěna jako plyn. Malá část asi 0,1 % chemicky reaguje s vodou a vytváří kyselinu uhličitou H2CO3 podle následující rovnice:
CO2 +H2O -> H2CO3
Oxid uhličitý + voda -> Kyselina uhličitá
Kyselina uhličitá snižuje hodnotu pH vody. Z hlediska chemického složení vody je to nejdůležitější kyselina v akváriu. Kyselina uhličitá reaguje například s uhličitanem vápenatým
CaCO3 za vzniku hydrogenuhličitanu vápenatého Ca(HCO3)2. Ten je vedle hydrogenuhličitanu hořečnatého Mg(HCO3)2 nejdůležitější částí tvořící uhličitanové tvrdosti:
H2CO3 + CaCO3<—>Ca(HCO3)2
Kyselina uhličitá + uhličitan vápenatý <-> hydrogenuhličitan vápenatý
Dvojitá šipka v rovnici znamená, že proces může probíhat i obráceně zprava doleva. K tomu dochází například při nedostatku kyseliny uhličité. Část hydrogenuhličitanu vápenatého se pak rozkládá na kyselinu uhličitou a nerozpustné vápno; uhličitanová tvrdost se tím snižuje. V zájmu akvarijních rostlin je třeba se těmto procesům za každou cenu vyhnout!
Čím vyšší je uhličitanová tvrdost, tím více kyseliny uhličité je zapotřebí k zabránění vysrážení vápna. Minimální množství požadované v každém případě se označuje jako rovnovážné množství oxidu uhličitého. Množství přesahující tuto hodnotu se často označuje jako přebytek nebo agresivní kyselina uhličitá; „agresivní“ je technicky vzato míněno s ohledem na korozi ve vodovodní síti, nikoliv s ohledem na ryby nebo rostliny!
Nesmyslně často se v této souvislosti zmiňují rovnovážné tabulky, které jsou z akvaristického hlediska naprosto bezcenné! Všechny tabulky byly stanoveny s nejčistší vodou v laboratoři na pitné vody. Platí jen a pouze tam!!! – Podmínky v akváriu jsou úplně jiné! Měření znovu a znovu potvrzují, že v akváriu – pravděpodobně kvůli organickým složkám – stačí k zabránění srážení vápníku překvapivě málo CO2, takže výsledky z laboratoře pitné vody nejsou pro akvarijní praxi použitelné! Přesto jsou tyto rovnovážné tabulky z důvodu neznalosti v akvaristické literatuře stále znovu citovány. Bohužel!
Stejně mylný je i rozšířený názor, že hnojivý účinek CO2 na vodní rostliny závisí na uhličitanové tvrdosti, protože část CO2 slouží jako rovnovážný CO2, a proto je nedostupný! – Skutečnost je taková, že rostliny absorbují všechny druhy CO2 podle svých potřeb! Mohou ho dokonce z vody zcela odstranit a způsobit tak vysrážení vápna. Procesu, kterému je třeba za každou cenu zabránit zajištěním dostatečného množství CO2!
Zdroje oxidu uhličitého. Téměř všichni konzumenti kyslíku v akváriu jsou zároveň zdroji oxidu uhličitého. CO2 se například uvolňuje při dýchání živočichů a rostlin. Ryby produkují přibližně 15 až 40 mg CO2 denně na 1 g živé hmotnosti, v závislosti na druhu, velikosti, teplotě atd.
Rostliny také nepřetržitě dýchají a produkují oxid uhličitý. Během dne je tento proces do značné míry maskován produkcí kyslíku v důsledku fotosyntézy. Denní produkce CO2 v rostlinách je přibližně 5 mg CO2 na dm2 listů. Během oxidačních čisticích procesů, které probíhají v celém akváriu, vzniká velké množství CO2, který se koncentruje ve filtru. Například při zpracování 1 cm3 sušeného krmiva (cca 0,25 g) vznikne přibližně 700 mg C02! Velké množství CO2 je také neustále produkováno činností bakterií v substrátu každého akvária; obsah CO2 ve spodní vodě je pravidelně několik 100 mg/l.
Konzumenti oxidu uhličitého. Hlavními konzumenty jsou akvarijní rostliny. Oxid uhličitý je pro ně nejdůležitější živinou ze všech, protože přibližně polovinu sušiny rostlin tvoří uhlík! Rostliny syntetizují vysoce kvalitní organické látky a vylučují kyslík, přičemž jako zdroj energie využívají oxid uhličitý a světlo. Spotřeba CO2 rostlinami silně závisí na přísunu ostatních živin a také na množství světla a teplotě; ve velmi hrubém odhadu činí spotřeba asi 15 mg CO2 na dm2 plochy listu během 12 hodin osvětlení. Rostliny také přijímají značnou část potřebného CO2 ze substrátu prostřednictvím kořenů a dopravují jej do center fotosyntézy.
Kromě toho je oxid uhličitý v akváriu „spotřebováván“ uvolňováním CO2 do ovzduší. Pokud je vodní hladina silně rozvířena, může se ztratit tolik CO2, že jeho obsah rychle klesne na přibližně 0,5 mg/l; tato hodnota odpovídá rovnováze plynu se vzduchem.
V dobře osázených akváriích se pravidelně spotřebuje více CO2, než kolik ho dodají ryby a další producenti. Proto je často nutné dodatečné hnojení CO2, aby byly zajištěny potřeby vodních rostlin. Některé rostliny, např. Elodea a Myriophyllum, mohou v případě nedostatku CO2 asimilovat hydrogenuhličitanové ionty (HC03–) jako náhradu, ale před jejich využitím musí ionty HCO3– rozštěpit na ionty CO2 a OH. Tento proces značně zatěžuje energetickou bilanci rostlin. Kromě toho může hodnota pH ve vodě stoupnout až na 11 v důsledku uvolňování OH iontů. Tomu je třeba bezpodmínečně zabránit dostatečným přísunem CO2!
Měření. Obsah CO2 kolísá v denním rytmu. Proto je třeba u každého výsledku měření CO2 zaznamenat denní dobu, protože z biologického hlediska je podstatný rozdíl, zda je např. 35 mg/1 CO2 naměřeno ráno nebo večer! Z akvaristického hlediska je vhodných několik metod měření:
Obsah oxidu uhličitého v mg/l (zaokrouhleno), vypočtený z uhličitanové tvrdosti a hodnoty pH | ||||||||
Hodnota pH | ||||||||
°d KH | 6,4 | 6,6 | 6,8 | 7,0 | 7,2 | 7,4 | 7,6 | 7,8 |
2 | 25 | 16 | 10 | 7 | 4 | 3 | 2 | 1 |
4 | 50 | 32 | 20 | 13 | 8 | 5 | 3 | 2 |
6 | 75 | 50 | 30 | 20 | 12 | 8 | 5 | 3 |
8 | 100 | 65 | 40 | 25 | 16 | 10 | 6 | 4 |
10 | 130 | 80 | 50 | 32 | 20 | 13 | 8 | 5 |
12 | 150 | 100 | 60 | 40 | 24 | 15 | 10 | 6 |
14 | 180 | 115 | 70 | 45 | 28 | 18 | 11 | 7 |
16 | 200 | 130 | 80 | 50 | 32 | 20 | 12 | 8 |
18 | 230 | 145 | 90 | 58 | 36 | 23 | 14 | 9 |
20 | 250 | 160 | 100 | 65 | 40 | 25 | 16 | 10 |
Příklad: měří se 8 °dKH a 6,8 pH. Voda pak obsahuje přibližně 40 mg/1 CO2. |
Výpočet. Obsah oxidu uhličitého nebo kyseliny uhličité a uhličitanové tvrdosti společně určují hodnotu pH. Pokud je známa hodnota pH a °dKH, lze s dostatečnou přesností vypočítat obsah oxidu uhličitého. To neplatí, pokud voda obsahuje i jiné pH-aktivní látky, např. výtažky z rašeliny nebo přípravky „pH plus/minus“. V tabulce níže jsou uvedeny nejdůležitější hodnoty.
CO2 – FIX (dle KRAUSE). V akvaristické praxi není v žádném případě nutné znát přesný obsah C02; stačí vědět „příliš málo – správně – příliš mnoho“. To lze snadno provést pomocí měření pH, bez znalosti uhličitanové tvrdosti a s jakoukoli vodou, dokonce i s filtrací přes rašelinu! Předtím je třeba pro danou vodu stanovit a zaznamenat dva individuální pH standardy. Za tímto účelem se odebere vzorek vody z akvária a podle návodu se přidá indikátor pH běžně používaný v akvaristice.
- Do vzorku vody se pomocí brčka vhání dýchací vzduch. Tím se ve vzorku obohatí o CO2. Hodnota pH následně klesá a nakonec se zastaví. Zapamatujme si tuto hodnotu pH. To znamená: 60 mg/1 CO2.
- Stejný vzorek vody se poté provzdušní vzduchovým čerpadlem, aby se z vody vypudil CO2. Hodnota pH se v průběhu procesu zvyšuje, a nakonec se zastaví. Tuto hodnotu pH také zaznamenáváme. To znamená: 0,5 mg/l CO2.
V budoucnu bude stačit jediné měření pH v akváriu! Hodnota pH by se měla pohybovat mezi standardem 60 mg/l a středem mezi oběma standardy. Voda pak obsahuje 60 až 6 mg/l CO2.
Pro vysvětlení: Jak je známo, každý stupeň pH znamená desetinásobek. Standardy obsahují 60 a 0,5 mg/1 CO2, takže se liší přibližně 100 krát. Standardy pH jsou proto obvykle 2 x 10, tj. 2 stupně pH od sebe.
Pro průběžnou kontrolu je výhodné používat trvalý indikátor pH, který na první pohled poskytuje okamžité informace o obsahu CO2:
„příliš málo – správně – příliš mnoho“!
Chemicky. Do vzorku vody přidejte několik kapek fenolftaleinu jako indikátoru pH (pH 8,3). Poté přidávejte kapky roztoku hydroxidu sodného, dokud se kyselina uhličitá zcela nezneutralizuje a nezůstane slabě růžové zbarvení indikátoru. Spotřeba hydroxidu sodného odpovídá obsahu oxidu uhličitého ve vodě.
H2CO3 + 2 NaOH -> Na2CO3 + 2 H2O
Této reakce se účastní pouze kyselina uhličitá H2CO3, nikoli oxid uhličitý CO2. S klesajícím obsahem se však z rozpuštěného CO2 okamžitě tvoří nová kyselina uhličitá, dokud je jí ve vodě dostatek (viz rovnice na začátku kapitoly). Tím se nakonec měří celkový obsah oxidu uhličitého (CO2)!
Měření je spolehlivé pouze tehdy, pokud nejsou přítomny jiné kyseliny než kyselina uhličitá. K chybám dochází například v případě „staré vody“, protože může obsahovat rušivé kyseliny z metabolismu, nebo v případě filtrace rašelinou, protože se nesprávně měří i huminové kyseliny. Jako východisko se doporučuje: Odeberte druhý vzorek vody a před měřením jej provzdušněte (ručním) vzduchovým čerpadlem, abyste vypudili oxid uhličitý; nyní měření zaznamenává pouze netěkavé kyseliny. Rozdíl mezi oběma měřeními odpovídá obsahu oxidu uhličitého!
Testy CO2 se obvykle skládají ze dvou lahviček s kapátkem (indikátor a louh). Louh se snadno kazí, protože absorbuje CO2 ze vzduchu. Zkažená činidla simulují mnohem více CO2, než je ve skutečnosti přítomno. Časté kontroly jsou naprosto nezbytné!
Zkouška. Vzduch vydávaný lidmi obsahuje téměř přesně 4 % objemová CO2. Několik kapek indikátoru pH se umístí do vzorku vody (rozmezí kolem pH 6-7). Poté do něj vháníte dýchací vzduch slámkou, dokud není vzorek vody maximálně obohacen dechovým CO2, tj. Dokud indikátor nezmění svou barvu. Zkušební roztok nyní obsahuje téměř přesně 60 mg/l CO2. Musí být použit okamžitě.
Mezní hodnoty. Přibližně pod 10 mg/1 CO2 by se v zájmu akvarijních rostlin nemělo snižovat. Ve vodách s tvrdostí nad 8 °d uhličitanové tvrdosti může být zapotřebí více CO2, aby se zabránilo vysrážení vápence. Tyto tzv. rovnovážné tabulky jsou pro akvaristy vždy nepoužitelné, viz začátek kapitoly.
Přibližně 60 mg/1 CO2 by nemělo být v zájmu akvarijních ryb překročeno. Většině akvarijních ryb nejsou tyto hodnoty v jejich původních biotopech cizí, tj. jsou jim přizpůsobeny. Testy ukázaly, že druhy ryb, které se běžně vyskytují v akváriích, nevykazují žádné známky nepohodlí ani při hladině CO2 vysoko nad 100 mg/l (gupky dokonce nad 800 mg/l), pokud je k dispozici dostatek kyslíku. Je však třeba se vyvarovat nepřirozeně extrémních hodnot.
Zvýšení. Obsah CO2 ve vodě lze snadno zvýšit přidáním plynu CO2. Zverimex nabízí různá sety na hnojení s CO2. Ty by měly být schopny pracovat bez údržby alespoň měsíc, tedy i během dovolené. Pro dimenzování platí následující pravidlo: 100l akvárium s průměrným osazením a pohybem vody potřebuje denně asi 1 gram hnojení CO2.
Během prvního období provozu, ale také po změnách na filtru nebo v cirkulaci vody je třeba obsah CO2 sledovat obzvláště často.
Snížení. Zřídkakdy je to nutné. Pokud je to nutné, intenzivně pohybujte vodní hladinou čerpadlem; obsah CO2 rychle klesne na přibližně 0,5 mg/l.
25.6.2021