Химия и аквариум: магний в рифовом аквариуме.
Магний - третий по содержанию ион в морской воде после ионов натрия и хлорида. Он участвует во многих биологических процессах в каждом живом организме. Однако, единственный случай, когда он привлекает внимание большинства рифовых аквариумистов, это когда возникают проблемы с поддержанием соответствующей концентрации кальция и щелочности воды, и аквариумисты подозревают, что магний имеет к этому отношение.
Эта статья о магнии - первая из серии, которая касается разнообразных проблем, связанных с магнием и стронцием. Кальций, магний и стронций химически очень похожи. Столь похожи, что фактически мешают друг другу в разнообразных ситуациях, и это - одна из причин, почему эти ионы заслуживают внимания аквариумистов. Эта статья детально рассматривает природу магния в морской воде: расход и поступление в морской аквариум, измерение концентрации, влияние на содержание кальция и щелочность воды.
Будущие статьи коснутся некоторых из этих проблем в отношении стронция, а также поступление этих ионов в аквариум разными способами. Сколько магния и стронция поступает в аквариум с известковой водой (kalkwasser), например, совсем не очевидно. Фактически, это почти наверняка определенно зависит от того, как известковая вода готовилась и доставлялась. В этих статьях будут фигурировать экспериментальные данные по реальным продуктам, которые используют многие аквариумисты.
Магний в морской воде.
В сильно соленой морской воде (плотностью 1.026), магния примерно 53 мМ (мМ, микромоль, мера фактического числа ионов, в противоположность мг/л, которая является мерой массы ионов). Только ионы натрия (469 мМ) и хлорид-ионы (546 мМ) присутствуют в более высокой концентрации, а сульфат-ионы (28 мМ) идут четвертыми. Магния приблизительно в пять раз больше, чем кальция (10 мМ). Магний значительно легче чем кальций, поэтому по весу его больше примерно в 3 раза (1285 мг/л против 420 мг/л).
Еще один комментарий относительно концентрации в морской воде магния. Содержание магния в морской воде не было постоянно с момента формирования океанов. Определенно, магния часто было меньше, чем в последнем меловом периоде. Как обсуждается ниже, количество магния, входящего в скелеты животных из карбоната кальция - показатель того, сколько магния содержится в воде. Следовательно, содержание магния в древних отложений может быть значительно ниже, чем в более современных от подобных организмов. Этот факт интересен тем, что может играть роль в оценке пригодности некоторых известковых отложений для поддержании концентрации магния в аквариуме. Например, такой известняк иногда используется в CaCO3/CO2-реакторах или как сырье для того, чтобы делать гидроокись кальция (известь). Если там мало магния, нужно искать дополнительные источники магния для поддержания необходимой концентрации магния в морской воде. Эти вопросы будут детально рассмотрены в будущих статьях.
Фото 1. Этот норный светлоногий краб вероятно не понимает, что морские коралловые водоросли, на которых он стоит, содержат большое количество магния. Фотография Debi Coughlin.
Магний присутствует в морской воде в виде иона Mg++, что означает, что он несет двойной положительный заряд, точно также, как ион кальция. Большая часть магния присутствует в виде свободного иона, окруженного молекулами воды. По оценкам химиков, каждый ион магния окружен примерно восемью молекулами воды, сильно ассоциированных с ионом. Т.е. молекулы воды, которые связаны с ионом, двигаются вместе с ним между другими молекулами воды. Для сравнения, ионы натрия окружают лишь 3-4 сильно ассоциированных с ним молекулы воды. Небольшая часть (приблизительно 10%) магния присутствует в виде растворимого в воде сульфата (MgSO4), еще меньше магния в виде бикарбоната (MgHCO3+), карбоната (MgCO3), фторида (MgF+), бората (MgB(OH)4+) и гидроокиси (MgOH+).
В то время как в этих солях содержится лишь незначительная часть общего количества магния, они могут доминировать в химических процессах с участием магния. Подробное обсуждение этих фактов - вне возможностей этой статьи, но, надо отметить, что вышеперечисленные соли могут играть огромную роль в химических процессах, происходящих в морской воде. В случае карбоната магния, например, взаимодействие карбонат-иона и иона магния приводит к более высокой концентрации карбоната в воде, чем это было бы в отсутствии магния. Этот эффект, в свою очередь, улучшает буферные свойства морской воды в диапазоне pH 8.0-8.5. Без карбоната магния, pH морской воды мог бы быть значительно выше и более склонен к дневным (ежедневным) колебаниям.
Среднее время жизни магния в морской воде в виде иона порядка десятков миллионов лет. Что существенно больше, чем у кальция (несколько миллионов лет) и алюминия (100 лет), но меньше, чем у натрия (~250 миллионов лет). В некотором смысле, это время - мера химической активности магния: он остается в морской воде долгое время потому, что химически пассивен, но и он удаляется из воды через различные биологические и химические процессы с большей скоростью, чем натрий.
Другая интересная характеристика ионов - удаляют ли их организмы из себя, активно усваивают или только "позволяют" присутствовать. Подобно двум другим распространенным ионам, ионам натрия и сульфата, относительная концентрация магния в организмах приблизительно та же самая, как и в морской воде (не учитывая магний в костной ткани). Это, вероятно, следствие высокого содержания магния в морской воде и что он используется организмами для многих целей. Хлорид, другой распространенный ион, активно удаляется организмами, а большинство других ионов - ощутимо накапливается.
Организмы, которые используют магний.
С точки зрения количества потребляемого магния, основной расход в рифовом аквариуме - процессы роста скелетов организмов из карбоната кальция. Когда эти скелеты растут, магний часто входит в состав скелета вместе с кальцием. Не полностью ясно, "пытаются" ли организмы управлять этим. Однако, количество магния, входящего в скелеты, сильно отличается у разных организмов. Таблица 1 показывает относительное количество магния в скелетах из карбоната кальция у различных организмов.
| Таблица 1. Магний в скелетах из карбоната кальция | ||
| Организмы | Содержание магния в скелете (% от веса) | |
| Кораллы | ||
| Подотряд Asterocoeniina and Faviina | 0.07 - 0.36% | |
| Подотряд Fungina | 0.095-1.22% | |
| Fungia actiniformis var. palawensis | 0.091% | |
| Подотряд Caryophylliina | 0.18-0.21% | |
| Подотряд Milleporina | 0.12-0.53% | |
| Millepora sp. | 0.12-0.53% | |
| Подотряд Stolonifera | 2.98-3.52% | |
| Семейство Tubiporidae | 2.98-3.52% | |
| Tubipora rubrum | 2.98-3.52% | |
| Семейство Dendrophylliidae | 0.05% | |
| Семейство Porites | 0.095-1.22% | |
| Porites lobata | 0.40-1.22% | |
| Семейство Pocillopora | 0.34% | |
| Семейство Dendrophyllia | 0.05% | |
| Горгонии | ||
| Eunicella papillosa, E. alba, E. tricoronata и Lophogorgia flamea | 2.2-2.7% | |
| Другие организмы | ||
| Обычные морские коралловые водоросли | >1% | |
| Морские коралловые водоросли: Lithophyllum и Lithotamnium | 2.0-2.8% | |
| Известковые морские водоросли Corallina pilulifera | 4.4% | |
| Морские бентические Остракоды (ракообразные) | 0.5-1.3% | |
Интересно, что морские коралловые водоросли, у которых обычно в твердой костной ткани из карбоната кальция большое количество магния (>4% карбоната магния в молярных единицах, или >1% по массе), начинают усваивать меньше магния, если его концентрация в воде пониженная. Это уменьшение прямо пропорционально понижению концентрации магния в воде. Следовательно, количество магния, который они потребляют из аквариума, зависит от содержания магния в воде. Этот эффект, вероятно, имеет место и для других отвердевающих организмов.
Кроме того, что магний используется для роста скелета, многие организмы (если не все) напрямую усваивают его из морской воды. Организмы от бактерий до рыб усваивают магний. Часто, большое количество магния в морской воде приводит к тому, что организмы вынуждены тратить усилия, чтобы удалить магний, свыше того, сколько они могут усвоить. Например: "То, что почки морской рыбы имеют мощные почечные механизмы для выделения магния (Mg) из организма, было известено с начала 1930-ых".
Токсичность магния при повышенных концентрациях.
Было проведено очень немного исследований по токсичности магния при повышенных концентрациях для морских организмов. Большинство таких исследований касались пресноводных обитателей. Такой подход оправдан, потому что магния в обычной морской воде достаточно много, и маловероятно, что в океане или даже в лагуне возникнут условия для значительного увеличения концентрации по сранению с обычной.
Bingman в одной из своих статей указал, что магний при концентрациях >8000 мг/л способствовал открытию створок устриц и вызывал у них анастезирующий эффект. Следовательно, магний имеет потенциально отрицательные биологические эффекты при высоких коннцентрациях.
Последствия недостатка магния.
По недостатку магнию, как и по его избытку, мало исследований на организмах, которые живут в аквариумах. Кроме как в устьях рек и в гидротермальных стоках, недостаток магния маловероятен в морской воде. Следовательно, немного найдется ученых, которые захотят изучать это. Известно, что многим морским бактериям действительно нужен магний, но в некоторых случаях достаточно небольшого его количества. С точки зрения общих принципов, все автотрофы (организмы, которые получают энергию только через фотосинтез; автотрофами являются все морские водоросли) должны получать требуемый им магний из воды. Какая концентрация магния будет им достаточна для этого - неизвестно.
Магний в морском аквариуме.
Магний - активный участник биологических и химических процессов в рифовом аквариуме. К счастью для аквариумистов, он в изобилии присутствует в морской воде. В интенсивном круговороте магния в рифовом аквариуме участвуют быстрорастущие известковые организмы. Основная причина, что магний не вызывает постоянных проблем у аквариумистов, состоит в том, что запасы магния в морской воде очень велики. Магний можно было сравнить с большим озером, уровень которого медленно изменяется в зависимости от интенсивности течений впадающих в него рек, испарения воды с поверхности и водозабора. Следовательно, поддержка необходимой концентрации магния - не самая актуальная проблема. При использовании соответствующей искусственной морской соли, содержание магния никогда не будет проблемой для многих аквариумистов. Однако, за продолжительный период концентрация может измениться значительно, если поступление и расход магния сильно несбалансированы. Ниже мы на этом остановимся подробнее, а также обсудим, что случится, если магния станет совсем мало.
Источники магния в морском аквариуме.
Очевидный и главный источник магния в аквариумах - искусственная или природная морская вода, которая используется для запуска аквариума и для последующих подмен воды. Иногда в искусственной морской соли не хватает магния. В частности, в "Tropic Marin" и в "Seachem". Иногда - существенный избыток, например в "Coralife".
Другой главный источник - подкормка кальцием. Обычно в сырье для подкормки магний содержится либо случайно (как в случае карбоната кальция с примесями карбоната магния, который используется в CaCO3/CO2-реакторах), либо добавляется производителями.
В некоторые коммерческие системы подкормки кальцием производители добавляют магний. Seachem, например, добавляет магний к системам "Reef Complete" и "Reef Advantage Calcium", но только к ним. Магний добавляется в таком количестве, что из полученной смеси формировались бы скелеты с содержанием магния 2% по весу. Как будет видно ниже, в сравнении с другими методами - это довольно много. Какое количество является оптимальным - до конца не ясно, и эта проблема обсуждается ниже более подробно. Другие изготовители, типа Kent, не добавляют магний в свои системы подкормки кальцием. Однако, магний там все же будет присутствовать. Вопрос в том - в каком количестве.
В некоторых случаях, особенно при использовании известковой воды, не очевидно, что весь магний, содержащийся в ней, попадет в аквариум. Гидроокись магния может выпасть в осадок из раствора еще до добавления ее в аквариум. Следовательно, несмотря на то, что исследования коммерческих продуктов для приготовления известковой воды показывают довольно большое количества магния (из "Quicklime", которую я использую, получились бы скелеты из карбоната кальция с содержанием магния ~1.8% по весу), сколько его реально попадает в аквариум сложным образом зависит от того, в каких пропорциях готовится известковая вода, как долго она потом отстаивается (если вообще отстаивается) и добавляется ли в нее уксус. Эти проблемы будут экспериментально исследоваться в будущих статьях.
Даже когда имеющийся в сырье магний почти полностью попадает в аквариум, как, например, в случае CaCO3/CO2-реактора, перекос в балансе расход-поступление может потребовать эпизодических измерений концентрации магния и и корректировки его содержания. Аргумент, что использование отмерших кораллов в CaCO3/CO2-реакторе приведет к точному для потребностей кораллов дозированию, слишком упрощен. Различные источники карбоната кальция содержат различное количество магния. В исследовании сырья, используемых аквариумистами, получены следующие данные: Bingman - 0.1% по весу магния в Koralith и 0.28% в "Super Calc Gold", Hiller - 0.4% в карьерном известняке и 0.26% в отмерших кораллах от "Nature's Ocean".
Еще одна сложность в жизни аквариумистов заключается в том, что разным организмам необходимо разное количество магния по отношению к кальцию (Таблица 1, где организмы, как видно, располагаются в широком диапазоне от 0.05% до 4.4%). Следовательно, оптимальное количество добавляемого магния для удовлетворение потребностей аквариума будет зависеть от того, какие организмы там будут жить. По этой причине, легко понять, что простое использование любой конкретной технологии подкормки кальцией может привести к снижению или повышению концентрации магния через какое-то время. Эту проблему мы обсудим более подробно в будущих статьях.
Другой потенциальный источник магния - корм для рыб. Магний присутствует во многих таких продуктах в довольно большом количестве, но его недостаточно, чтобы существенно повлиять на типичную концентрацию магния (~1285 мг/л). Таблица 2 показывет некоторые данные от Шимека, которые были пересчитаны так, чтобы показать эффект от добавления 5 граммов корма в день к 380-тилитровому аквариуму в течение года. Результат по магнию 1-14 мг/л предполагает, что весь магний переходит в раствор. Происходит ли это на самом деле или нет - неясно, поскольку влияние на содержание магния слишком мало. Также из таблицы видно, что некоторые пищевые продукты могут добавить существенное количество кальция в аквариум.
| Таблица 2: Кальция и магний в корме для аквариумных рыб | ||||
| Food | Концентрация кальция (мг/кг) | Кальция добавится в аквариуме при ежедневном кормлении 1 год 5 грамм/380 л (мг/л в аквариуме) | Концентрация магния (мг/кг) | Магния добавится в аквариуме при ежедневном кормлении 1 год 5 грамм/380 л (мг/л в аквариуме) |
| "Formula One" | 800 | 4 | 280 | 1 |
| "Formula Two" | 1700 | 8 | 290 | 1 |
| "Prime Reef" | 860 | 4 | 290 | 1 |
| "Lancefish" | 4700 | 23 | 520 | 3 |
| "Silversides" | 4300 | 21 | 560 | 3 |
| Морская креветка | 140 | 1 | 300 | 1 |
| Планктон | 1700 | 8 | 520 | 3 |
| "Golden Pearls" | 8700 | 42 | 920 | 4 |
| "Gold Flakes" | 7200 | 35 | 1300 | 6 |
| "Tahitian Blend" | 440 | 2 | 290 | 1 |
| "Saltwater Staple" | 17000 | 82 | 1800 | 9 |
| Нори (тонкие листы сушеных морских водорослей) | 2400 | 12 | 2900 | 14 |
Потребители магния в морском аквариуме.
Основной расход магния в аквариуме - совместное осаждение с карбонатом кальция. Это происходит при росте организмов, а также в процессе неорганического (не биологически управляемого) осаждение карбоната кальция (типа как на нагревателях).
Потенциальный расход магния, который был описан некоторыми увлеченными аквариумистикой людьми - осаждение известковой водой в виде гидроокиси магния и карбоната магния. Я не думаю, что это значимый процесс в большинстве аквариумов. Добавление любой жидкости с высоким pH, в т.ч. известковой воды, приводит к временному образованию гидроокиси магния. Она снова быстро растворяется при перемешивании и локально понижает pH до ~8.6-9.0. Карбонат магния - более сложный случай, поскольку его концентрация - около предела его растворимости в морской воде и он может быстро обрасти менее растворимым магнезиальным кальцитом. С этими проблемами намного более детально разбирался Bingman и заключил, что ни тот ни другой осадок не приводят к расходу магния.
Я считаю, что альтернативное объяснение того факта, что в аквариумах, которые используют только известковую воду, падает концентрация магнии через какое-то время, состоит в том, что известковая вода просто не добавляет магний в аквариум даже при том, что он присутствует в твердой извести. Как и почему это может происходить - обсуждалось выше (осаждение гидроокиси магния в емкости с известковой водой). Такое отсутствие магния в известковой воде вкупе с его совместным с кальцием осаждением приводит к дефициту. Этого не произошло в больших масштабах в моем аквариуме, т.к. у меня не так интенсивно идут процессы осаждения, а также, наверное, свою роль сыграла подмена воды. В любом случае, тем аквариумистам, которые используют только известковую вода (или другие системы, в которых нет магния), стоит иногда проверять воду в аквариуме на предмет содержания магния.
Подкормка магнием морского аквариума.
Существуют разнообразные коммерческие магниевые подкормки. Подкормки производителей ESV, Seachem и Kent весьма популярны, хотя я не видел никаких детальных исследований на их счет. Предполагается, что эти подкормки прекрасно подходят даже для внесения в аквариум существенных доз магния. Я использовал подкормку от ESV, а также подкормку собственного притовления.
Следует помнить, магния в подкормке, даже если она в сухом виде, относительно немного. Причина заключается в том, что магний двухвалентен и имеет небольшой молярный вес, а в состав соли вместе с ним входят анионы с относительно большим молярным весом. Например, в коммерческих сухих подкормках только 8% магния по весу.
Поскольку в аквариуме довольно много магния, для увеличения его содержания требуется большое количество подкормки. 380-тилитровый аквариум содержит ~450 г магния! Чтобы в таком аквариуме увеличить концентрацию магния на 200 мг/л, потребуется 900 г сухой соли!
Соль Эпсома (в терминологии USP: гептагидрат сульфата магния - MgSO4*7H2O) имеется в аптеках и очень недорогая. Проблема состоит в том, что после добавления большого количества подкормки (или маленького количества несколько раз), вода аквариума станет обогащена сульфатом. Это может не быть проблемой для некоторых аквариумов, особенно для тех, для которых используется искуственная морская соль с пониженным содержанием сульфатов, или для тех, в которых часто подменивают воду. Bingman изучал эти проблемы перенасыщения сульфатами и предложил рецепт для домашнего изготовления подкормок из соли Эпсома и хлорида магния. Проблема в приобретении последнего соответствующей чистоты.
Как альтернатива, некоторые аквариумисты начали использовать "Nigari" из Японии, которое производят из морской воды и используют для приготовления соевого творога. Это, вроде бы, в основном смесь солей хлорида и сульфата магния, но в каком они соотношении и сколько там других металлов - неизвестно.
Независимо от типа подкормки, которую Вы выберете, я предложил бы стремиться к концентрации магния в аквариуме как в естественной морской воде - 1285 мг/л. Реально достаточно попасть в диапазон 1250-1350 мг/л. Не стоит увеличивать концентрацию магния в день больше чем на 100 мг/л. Если требуется увеличить концентрацию на несколько сотен мг/л, то растяните процесс подкормки на несколько дней, что увеличит шансы достигнуть желаемой цели и снизит негативное влияние на аквариум примесей, которые могут быть в подкормке.
Было высказано мнение, что добавление доломита в CaCO3/CO2-реакторы может помочь решить проблемы с магнием. Доломит - материал, который содержит карбонаты кальция и магния. Если доломит добавляется в реактор для повышения в сырье реактора содержание магния, чтобы компенсировать его расход в аквариуме в процессе совместного осаждения с кальцием, то это хороший подход к решению проблемы.
Однако, этот метод не подходит, если цель состоит в том, чтобы увеличить концентрацию магния. Проблема состоит в том, что ионы магния из доломита переходят в раствор вместе с карбонат-ионом:
MgCO3 ==> Mg++ + CO3--
Следовательно, при увеличении таким способом концентрации магния на 100 мг/л, щелочность воды обязательно повысится на 8.2 мг-экв/л (23 dKH). Единственный выход из этой проблемы - добавление минеральной кислоты (не уксуса) в аквариум, чтобы уменьшить щелочность, а это может быть большей проблемой, чем проблемы при других способах подкормки магнием.
Измерение концентрации магния в морском аквариуме.
Есть множество доступных коммерческих тестов для магния, например Hach, Salifert и Seachem. Эти тесты используют разные способы отдельного от кальция измерения магния. Некоторые, как Hach, требуют 2-х серий измерений, но вы получите концентрацию и кальция и магния. Другие, как Seachem, требуют только единственного замера, но вы получите только концентрацию магния. В большинстве случаев, просто следуя инструкции изготовителя, Вы получите то, что желаете, но результат может быть не в очевидных единицах измерения. Hach, например, выдает результат в единицах эквивалентного карбоната кальция! В то время как такая технология, используемая в тесте Hach, облегчает процесс получения концентрации магния из общей концентрации его с кальцием, она также может привести к путанице у многих аквариумистов. Надеюсь, что в будущих версиях этого теста Hach постарается сделать результаты измерений более ясными. Для заинтересованных Bingman более детально обсуждает химические процессы, используемые в тестах на магний.
Влияние магния на баланс кальция/щелочность воды в аквариуме.
Как магний влияет на баланс кальция и щелочности в рифовом аквариуме? Чтобы понять ответ на этот вопрос, нужно понимать основы кальций-карбонатной системы в морской воде. Эта система подробно обсуждалась во многих предыдущих статьях, так что я не буду здесь на этом подробно рстанавливаться. Если кратко, морская вода пересыщена карбонатом кальция (CaCO3), поэтому через определенное время ионы кальция и карбонат-ион образуют нерастворимый карбонат кальция. Если концентрация ионов будет слишком высокой, карбонат кальция начнет выпадать в осадок. Магний, участвуя в этом процессе, позволяет увеличить концентрацию ионов кальция и карбоната без выпадения карбоната кальция в осадок.
Если это звучит непонятно, не расстраивайтесь. В книге Стивена Спотта "Морские рыбы в неволе", автор пишет, что "изучение карбонатных минералов связано с нюансами растворимости, что является одной из самых трудных проблем в химической океанографии и геохимии". Однако, в следующем абзаце я попытаюсь дать упрощенную версию, которая удовлетворит наш уровень понимания как аквариумистов.
Как же магний влияет на процесс выпадения в осадок карбоната кальция? В основном, попадая на поверхность растущих CaCO3-кристаллов и замедляя, тем самым, процесс их роста. Фактически, это может происходить настолько медленно, что никаких проблем у аквариумистов не вызывает. В нижеследующих обсуждениях важно помнить, что, при прочих равных условиях, щелочность воды - хороший индикатор концентрации карбонатов. Так что более высокая щелочность воды эквивалентна более высокой концентрации карбонатов.
Короче говоря, пока концентрация карбоната магния в морской воде (или в типичном рифовом аквариуме) ниже точки насыщения и он сам по себе не выпадает в осадок, ионы магния окружают поверхность кристаллов карбоната кальция, где также присутствуют ионы кальция и карбонат-ионы. Вместе с ионами кальция, ионы магния ищут возможность образовать химическую связь.
Через небольшое время пребывания в морской воде, девственная поверхность карбоната кальция быстро сорбируется тонким слоем Mg/CaCO3 (магнезиальный кальцит), таким образом магний проникает на поверхность кристаллов карбоната кальция и внутрь их. В конечном итоге, на поверхности кристаллов оказывается существенное количество магния. Сколько именно зависит от вещества, из которого состоит кристалл, и очевидно, на кальците будет больше магния, чем на арагоните. Это также зависит от соотношения кальция и магния в воде. В любом случае, в кристаллах, выпавших в осадок, будет содержаться и кальций, и магний.
Поверхность кристалла, содержащая и кальций и магний, не лучший вариант для образования зародышей новых кристаллов карбоната кальция (как арагонита, так и кальцита), и, таким образом, выпадение в осадок карбоната кальция существенно замедляется.
В книге "Морские рыбы в неволе" есть обширный материал влияния магния на кальций-карбонатную систему, включая данные, которые указывают на степень этого влияния. В эксперименте, описываемом в книге, готовилась искусственная морская вода с разным содержанием магния и карбонатов. Затем ученые засекали время, которое требуется для выпадения карбоната кальция в осадок из каждого раствора. Неудивительно, что чем выше была концентрация карбоната кальция, тем быстрее он осаждался.
Интересно то, что концентрация магния сильно влияет на скорость осаждения. В растворах без магния, с кальцием как природной морской воде и с повышенным содержанием карбонатов, карбонат кальция выпадал в осадок за минуты. С магнием как в природной морской воде осаждение длилось 13-20 часов, с удвоенной концентрацией магния - 22-29 часов.
Еще более поразительно, что более низких концентрациях карбонатов (ближе к природной морской воде и, вероятно, ко многим рифовым аквариумам), осаждение занимало несколько минут при отсутствии магния и 750 часов при его концентрации как в природной морской воде. Что лишний раз подтвердает большое влияние магния на осаждение карбоната кальция (факт, который был подтвержден многими исследователями).
Комментарий переводчика к нескольким последним абзацам. Думаю, что те, кто до прочтения нескольких последних абзацев не знал/понимал механизм влияния магния на осаждения карбоната кальция, так в таком состоянии и остались. Можно обвинить в этом автора, а можно и переводчика. В любом случае, кому этот механизм интерсен, читайте дальше.
Итак, классический пример из области кристаллографии и химической кинетики. Имеем раствор, который пересыщен по карбонату кальция и ненасыщен по карбонату магния (растворимость у этих солей 6.94 мг/л или 4.8*10-9 моль/л и 270 мг/л или 1.0*10-5 моль/л соответственно). Как только в растворе образуются зародыши кальцита (обсуждаемые процессы с магнием верны только в отношении кальцита, а не, арагонита, к примеру, т.к. ионы магния не сорбируются в ощутимом количестве на поверхности кристаллов арагонита из-за особенностей его кристаллической структуры), на их поверхностях сорбируются ионы магния (просто потому, что они есть в растворе). Сначала их мало, т.е. по соотношению с ионами кальция - как в растворе. Но кристаллы-то продолжают расти, а ввиду особенностей строения кристаллической решетки кальцита, в состав самого кристалла магния попадает совсем немного, т.е. отношение магний/кальция в кристалле гораздо меньше, чем в растворе и на поверхности кристалла. Т.е. в пограничную пленку между раствором и кристаллом ионы кальция и магния поступают в соотношении как в растворе, а уходят в кристалл в соотношении как в кристалле. Таким образом ионы магния начинают накапливаться в пленке, т.е. соотношение магний/кальций становится гораздо выше, чем в растворе. С одной стороны, это означает, что кристалл начинает контактировать не с пересыщенным карбонатом кальция раствором, а с бедной карбонатом кальция поверхностной пленкой. Соответственно, осаждение резко замедляется. С другой стороны, так как раствор ненасыщен по карбонату магния, осаждения последнего на кристалл также не происходит (что сделало бы невозможным существование устойчивой пленки без заметного проникновения через нее ионов из раствора в кристалл). Научный термин явления - "пассивирование поверхности кристалла".
Но какое это может иметь отношение к рифовому аквариуму? Одна ситуация - осаждение карбоната кальция может ускориться добавлением зародышей кристаллизации карбоната кальция в аквариум. Например, песок из карбоната кальция или подкормку из карбоната кальция типа "Aragamight" или "Kent's Liquid Reactor".
Другая ситуация - когда карбонат кальция просто выпадает в осадок в аквариуме. Это происходит, когда раствор становится пересыщенным по карбонату кальция (во всем аквариуме или локально). Это может быть вызвано повышением pH (что сдвигает химическое равновесие между бикарбонатом и карбонатом в сторону последнего), повышением температуры (например, на рабочем колесе насоса или нагревателе; повышение температуры уменьшает растворимость карбоната кальция и также действует как повышение pH в равновесии бикарбонат/карбонат) или просто непосредственным повышением концентрации кальция или карбонат-ионов.
После того, как в воде каким-то способом появились кристаллики карбоната кальция, они начнут расти за счет дальнейшего осаждения. Что может препятствовать такому росту кристаллов? Главное, что может случится в обычной морской воде, влияние магния (хотя фосфат и органика могут играть важную роль в некоторых аквариумах). Т.е. ионы магния препятствуют росту кристаллов карбоната кальция, сорбируясь на их поверхности. Поэтому магний помогает поддерживать в аквариуме высокое содержание кальция и щелочность воды.
Заключение.
Магний - важный ион в рифовом аквариуме. Кроме выполнения биологических функций, магний предотвращает осаждение карбоната кальция. Поскольку концентрация кальция и щелочность воды очень важны для организмов, которых мы держим, магний вселяет в нас уверенность, что эти параметры не выйдут за приемлемые рамки из-за выпадения карбоната кальция в осадок.
Удачи Вам с рифовым аквариумом!
Перевод Ярцев Валерий
Источник: http://reef.yarnet.ru/THEORY/Microelements/Chemistry&TheAquariumMagnesiumInReefAquaria.shtml