Окислительно-восстановительный потенциал аквариумной воды.
Редокс или ОВП — что это?
Окислительно-восстановительный потенциал (ОВП) или редокс-потенциал является показателем, отображающим способность жидкости принимать или отдавать электроны, т.е. быть окислителем (оксидантом) или восстановителем (антиоксидантом).
Благоприятное воздействие потребляемой жидкости на организм возможно в том случае, если она является антиоксидантом (восстановителем), т.е., имеет отрицательный редокс-потенциал (РП). По вкусу и цвету такая вода ничем не отличается от обычной. Но она обладает удивительной особенностью – отдавать лишние электроны, которые нейтрализуют свободные радикалы. Именно их разрушительное действие вызывает глубокие изменения в работе организма и приводит к возникновению серьезных заболеваний. Этот факт позволяет использовать воду с отрицательным редокс-потенциалом в качестве эффективного средства в борьбе против свободных радикалов.
Важность ОВП для аквариума
Значение окислительно-восстановительного потенциала воды знать очень полезно. По показаниям ОВП можно понять, в каких формах находятся в воде те или иные вещества. От этого напрямую зависит их усвояемость обитателями аквариумной флоры.
Высокие положительные показатели ОВП означают, что многие микроэлементы, окислившись, перейдут в недоступную для растений форму. Без возможности получать жизненно важные элементы растительные культуры значительно замедлят рост или совсем перестанут расти.
Подобную ситуацию обычно пытаются решить с помощью корректировки светового дня и подкормки растений. Часто это не даёт положительного результата именно из-за нарушенного баланса окислителей и восстановителей в аквариуме. Вносимые удобрения не усваиваются.
Читайте также: Барбус денисони – неагрессивная рыбка
Увеличение окислительной способности
Благоприятной для обитателей искусственных водоемов считается активная аэрация воды и насыщение её кислородом, поскольку для рыб крайне важна высокая концентрация этого компонента в воде.
Для растений же подобная ситуация может быть неблагоприятной. Большое количество кислорода означает, что вода имеет высокие показатели ОВП. Все попадающие в воду микроэлементы быстро окисляются активным кислородом. Находясь в виде окислов, они уже не могут быть усвоены растениями. Завышенные значения ОВП также препятствуют фотосинтезу.
Существует также зависимость этого показателя от температуры. Её повышение приводит к ускорению обменных процессов, а значит, к большей потребности жителей аквариума в кислороде. При этом сама концентрация вещества с увеличением температуры воды уменьшается, соответственно, снижается и ОВП.
К увеличению ОВП приводит также добавление свежей воды в резервуар с рыбками. Если в аквариуме присутствуют растения, чувствительные к повышению этого показателя, замену жидкости стоит производить небольшими порциями. Окислительный потенциал также увеличивают:
хлор;
перекись водорода;
озон.
Использование озона и перекиси часто обосновано при определённых проблемах и болезнях рыб, но должно быть крайне осторожным.
Снижение значений
Низкие показатели означают, что в воде преобладает среда восстановителей. Этим термином обычно называют органические вещества, попадающие в воду в результате жизнедеятельности аквариумных обитателей, а также некоторые неорганические соединения, способные вступать в активное взаимодействие с окислителями.
Снижение редокс-потенциала происходит при значительном загрязнении аквариума органикой (отходами жизнедеятельности рыб, остатками пищи). Большинство подобных веществ скапливается в грунте. К ним относятся:
сероводород;
аммиак;
метан;
соединения серы;
соли аммония (нитраты и нитриты);
соединения магния;
соединения железа.
Все эти соединения накапливаются в толще грунта, приводя к снижению окислительно-восстановительного потенциала жидкости.
При наличии в воде большого количества восстановителей происходит поглощение кислорода, в результате чего ОВП снижается. Такая ситуация может быть благоприятна для растений, но опасна для представителей животного мира аквариума.
Окислительно-восстановительные реакции: процессы и последствия
Учитывая тот факт, что окислители и восстановители присутствуют в любой жидкости, становится очевидным, что эти процессы постоянно происходят в организме человека, тело которого на 65-80% состоит из воды.
Окислительно-восстановительные реакции, затрагивают работу всех внутренних систем и являются неотъемлемой частью процесса:
дыхания и выработки энергии;
сокращения сердечной мышцы;
выработки инсулина;
защиты организма от микробов;
передачи нервных импульсов;
возрастных изменений;
образования и подавления свободных радикалов;
передачи веществ в клетки организма;
работы ферментов и пр.
Организм человека – сложный механизм, в котором все жидкости имеют свой редокс-потенциал, измеряемый в милливольтах (мВ):
венозная кровь: расчетный РП ≈ – 7 мВ;
артериальная кровь: расчетный РП ≈ – 57 мВ.
Важно! При болезнях (острых или хронических) РП межклеточной жидкости и тканей резко меняется в сторону ухудшения.
Причинами возникновения многих заболеваний является употребление продуктов с высоким показателем редокс-потенциала. Продукты и жидкость, имеющие больший РП, чем кровь и внутренняя среда человека, попадая в организм, отнимают от тканей и клеток электроны. Это приводит к окислительному разрушению биологических структур организма и образованию свободных радикалов. Их разрушительное действие связано с возникновением таких заболеваний, как рак, рассеянный склероз, болезни Паркинсона и Альцгеймера, диабет, артриты, астма, атеросклероз, болезни сердца и многие другие.
Редокс-потенциал воды в аквариуме
Редокс-потенциал водной среды Жизнь в водной среде зависит не только от ее активной реакции (показатель рН), но и от окислительно-восстановительного потенциала, или редокс-потенциала. Редокс-потенциал стимулирует или тормозит рост и развитее водных организмов. Говоря о растворенных в воде газах, мы имеем в виду молекулярный кислород, содержащий два атома этого газа (именно молекулярный кислород захватывается гемоглобином крови при дыхании животных, усваивается в процессе дыхания и выделяется в световой фазе фотосинтеза растениями), при изучении роли редокс-потенциала — атомарный кислород. Слово редокс образовано от двух слов — редукция (восстановление) и оксидация .(окисление).
Редукцией будет процесс выделения кислорода или поглощения водорода, оксидацией — процесс поглощения кислорода. Во время окислительных или восстановительных реакций изменяется электрический потенциал окисляемого или восстанавливаемого вещества: одно вещество, отдавая свои электроны и заряжаясь положительно, окисляется, другое, приобретая электроны и заряжаясь отрицательно,— восстанавливается. Разность электрических потенциалов между ними и есть Редокс-потенциал. При измерениях (в электрохимии) величина этой разности обозначается как Eh и выражается в милливольтах. Чем выше концентрация компонентов, способных к окислению, к концентрации компонентов, могущих восстанавливаться, тем выше показатель редокс-потенциала.
Читайте также: Где проживает и как выглядит огненная саламандра
Такие вещества, как кислород и хлор, стремятся к принятию электронов и имеют высокий электрический потенциал, следовательно, окислителем может быть не только кислород, но и другие вещества (в частности, хлор), а вещества типа водорода, наоборот, охотно отдают электроны и имеют низкий электрический потенциал. Наибольшей окислительной способностью обладает кислород» а восстановительной — водород, но между ними располагаются и другие вещества, присутствующие в воде и менее интенсивно выполняющие роль либо окислителей, либо восстановителей.
Таким образом, в водной среде постоянно происходят как окислительные, так и восстановительные реакции, не видимые глазу аквариумиста. В процессы окисления сразу после оборудования комнатного водоема включаются неорганические вещества. Заселение аквариума растениями и рыбами, другими животными усиливает окислительные процессы. В них включаются погибшие части корней и’ листьев, выделения животных, массовое появление, а затем гибель бактерий, поэтому в только что устроенном аквариуме высокий редокс-потенциал. Затем из круга окисляемых веществ выпадают в основном неорганические вещества — их доля в окислении в дальнейшем будет незначительна.
Количество включаемых в процессы окисления органических веществ тоже стабилизируется (не отмирают поврежденные при посадке части растений, стабилизируется постоянное количество бактерий в грунте и фильтре), и редокс-потенциал снижается. Он может резко возрасти в результате экологической катастрофы, которую претерпевает среда обитания в аквариуме из-за неумелых действий любителя. К ним можно отнести резкую смену воды, слишком большую долю добавленной водопроводной воды, которая усиливает отмирание частей растений, вызывает массовую гибель бактерий. Резко повышает редокс-потенциал «цветение» воды. В целом показатель этого потенциала за годы существования аквариума имеет тенденцию к снижению — в старом аквариуме со «старой» водой и заиленным грунтом активнее протекают процессы восстановления. В биохимии, в отличие от электрохимии, величины редокс-потенциала выражаются не в милливольтах, а в условных единицах rH (reduktion Hydroqenii).
Существуют специальные таблицы перевода результатов, измеренных с помощью прибора в милливольтах, в условные единицы гН. Шкала условных единиц содержит 42 деления, 0 означает чистый водород, 42 — чистый кислород Естественно, что вблизи этих показателей жизнь невозможна. В пресных водоемах зона, пригодная для жизни, лежит между 25 и 35 единицами. В аквариуме она меньше — между 26 и 32 единицами. Некоторые растения выдерживают несколько меньший показатель гН (например, для криптокорины — 25,6), самый высокий уровень выдерживает гетерантера — 32.
Отношения рН и гН тесно взаимосвязаны. Окислительные процессы понижают, показатель активной реакции воды (чем выше показатель гН, тем ниже рН), восстановительные — способствуют повышению рН. В свою очередь, показатель рН влияет на величину гН. Так, бурный процесс фотосинтеза изменяет величину гН в зарослях таких растений, как элодея и кабомба, способных при фотосинтезе добывать СО> из бикарбонатов: в результате выделяется ион ОН~, подщелачивающий воду, и показатель гН снижается; яри этом в других зонах аквариума он может оставаться неизменным.
Следует отметить также, что величина гН в верхних слоях воды обычно выше, в нижних ниже. Поскольку показатели рН колеблются в течение суток, изменяется/и величина гН. Она зависит также и от температуры воды.’/: Показатели редокс-потенциала измеряют сложными приборами с платиновыми электродами/ пока недоступными аквариумистам. При этом определяются давление газа, концентрация восстановленной формы водорода. Как. же получить представлений о величине редокс-потенциала, если определить ее практически нечем?
Своеобразными индикаторами, позволяющими косвенно судить о показателях редокс-потенциала, служат растения. Так, разрастание сине-зеленых водорослей свидетельствует о высоком гН; высокий, хотя и несколько ниже, показатель гН способствует бурному росту зеленых водорослей. Большинство аквариумных цветковых растений развивается при 29—30 гН. Апоногетоны обильно цветут при 30,2—30,6 гН, а уже при 31 сбрасывают листья. При этом же показателе редокс-потенциала заболевают и останавливают рост эхинодорусы, а выше 31 апоногетоны и эхинодорусы теряют корневища.
Криптокорины, наоборот, благоденствуют при гН 26—29, более высокий показатель ведет к их гибели, уже при 29 они перестают размножаться вегетативно. Редокс-потенциал, как было сказано выше, более низок в придонных слоях воды. У поверхности грунта он больше, чем в самом грунте, если песок в аквариуме сильно слежался. По существу, именно грунт является «кухней погоды», определяющей суммарный показатель редокс-потенциала в аквариуме: чем больше скапливается в грунте веществ, имеющих тенденцию к отдаче электронов, тем более снижается гН. Для здоровья аквариума, продления благополучия водной среды необходимо поддерживать в нем чистоту, периодически промывать грунт.