Carbonato de calcio 56

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Una guía simplificada a la relación entre el calcio, alcalinidad, magnesio y pH E ntre los parámetros químicos más importantes en un acuario de arrecife son el calcio y la alcalinidad. Por desgracia, cómo se relacionan entre sí a menudo deja perplejo a los acuaristas. Tales relaciones se conocen bien y se describen en términos químicos, y les han detallado usando las ecuaciones químicas y matemáticas en muchos artículos anteriores. Estas descripciones, sin embargo, a menudo son poco satisfactoria para muchos acuaristas que no piensan en esos términos. Cuando el magnesio y el pH son arrojados a la discusión, las descripciones de las relaciones se vuelven aún más complejo, y se entienden menos fácilmente por muchos. Igualmente frustrante han sido las formas en que tales relaciones a veces han sido descritos en términos excesivamente simplificados. Por desgracia, la simplificación excesiva descuidada puede llevar a conclusiones erróneas. Por ejemplo, la idea simplista de que la cantidad total de calcio y alcalinidad que pueden ser estables en el agua de mar tiene un único límite superior puede dar lugar a malentendidos. Por ejemplo, a menudo me preguntan preguntas tales como: Peor aún, estos malentendidos pueden llevar algunos aficionados a renunciar a tratar de entender la química que tiene lugar en sus acuarios que tales ideas simplificadas llevan a conclusiones que saben que son demostrablemente falsas en su propia experiencia . En este artículo se describe la relación entre el calcio, la alcalinidad, el magnesio y el pH de una manera sencilla e intuitiva. Estos incluyen imágenes muy simples que ayudarán a los acuaristas a entender los complejos procesos que tienen lugar de manera que, con suerte, tienen sentido y son fácilmente aplicables a los acuarios de arrecife del mundo real. Además, si bien estas fotos se simplifican tanto, todavía son inherentemente y por lo tanto no deben dar lugar acuaristas por el camino de los malos entendidos. Las secciones de este artículo son los más leídos en orden, porque se construyen unos sobre los otros. Ellos son: C alcium es uno de los principales iones en el agua de mar. Su concentración en agua de mar natural es de aproximadamente 420 ppm, lo que comprende un poco menos de 1,2 en peso de sólidos de las aguas marinas. En el océano, las variaciones de esta concentración son principalmente causadas por los cambios en la salinidad, los cuales hacen que el calcio a fluctuar al igual que la salinidad hace. Un ion de calcio lleva dos cargas positivas en el agua de mar y se escribe como Ca. El calcio es muy importante en un acuario de arrecife como muchos organismos, incluyendo los corales y algas coralinas, llevarlo hasta el fin de depositar esqueletos de carbonato de calcio. Si no se mantiene en niveles adecuados, tales organismos se estresan y pueden incluso morir. Recomiendo que los acuaristas mantienen calcio a 380-450 ppm. A lkalinity es una medida compleja. No es una en el agua. En realidad, es la suma de muchos factores, todos los cuales en conjunto proporcionan una propiedad química particular. La razón por la que los acuaristas medir la alcalinidad es que en el agua de mar normales, la mayor parte se compone de bicarbonato y carbonato. Bicarbonato (HCO 3 -) es lo que toman los corales y proceso en carbonato (CO 3 -) con el fin de construir sus esqueletos de carbonato de calcio. En consecuencia, la alcalinidad es una indicación de si es o no adecuada de bicarbonato está presente en el agua. Normal a alta alcalinidad implica bicarbonato adecuada, mientras que baja alcalinidad implica que puede ser escaso. En ausencia de cualquier método de complementar la alcalinidad en un acuario de arrecife, el agua se puede agotar rápidamente de bicarbonato. Alkalinitys agotamiento de normal a niveles inaceptables puede tomar sólo un día o dos en algunos acuarios de arrecife, aunque puede tardar más tiempo en acuarios con una menor demanda de carbonato. Cuando se agota el bicarbonato de aguas, los corales que el carbonato de calcio de depósitos pueden llegar a ser estresado e incluso morir. Recomiendo que los acuaristas mantienen una alcalinidad de 2,5-4 mEq / L (7-11 dKH, equivalente a 125-200 ppm de carbonato de calcio). B ebido muchos corales, algas coralinas y otros organismos calcificante requieren calcio y alcalinidad (como bicarbonato), es necesario para asegurar que continuamente cantidades adecuadas de estos elementos están presentes. Por desgracia, hay una tendencia natural hacia la precipitación abiótica (no biológica) de carbonato de calcio insoluble en el agua como los iones de calcio e iones de carbonato se combinan. Esta tendencia a la precipitación juega un papel muy importante en la relación entre el calcio y la alcalinidad en el acuario de arrecife. El agua de mar contiene en realidad mucho más calcio que el carbonato o bicarbonato. Incluso si toda la alcalinidad en el agua de mar normal se retiró por precipitación de carbonato de calcio, el calcio se reduciría en sólo aproximadamente 50 ppm. Por esta razón, la alcalinidad varía mucho más rápida y extensamente, sobre una base porcentual, lo que lo hace el calcio cuando ambos están sobre o sub-dosis, con relación a su demanda. La solubilidad de los sólidos simples ntes de discutir la solubilidad y precipitación de un sólido complicada, tal como carbonato de calcio, deja primero entender un caso mucho más simple. Por ejemplo, los iones de sodio y cloruro se combinan para hacer de cloruro de sodio sólido (sal de mesa). Imagine un pequeño trozo de cloruro de sodio sólido puesto en agua dulce (Figura 1). Se disuelve como iones salen de su superficie (Figura 2). Figura 6. Una representación gráfica de la cantidad relativa de bicarbonato (verde) y carbonato (rojo) iones en solución como una función del pH. Cuando se eleva el pH, una porción más grande de los iones totales están presentes en la forma de carbonato. Los números relativos en estas fotos refleja con precisión la relación de estos dos iones en diferentes valores de pH (la alcalinidad también se eleva un poco entre estas imágenes desde un único ion carbonato proporciona el doble de la alcalinidad de un ion bicarbonato). Así como los cambios de pH, también lo hace la cantidad de ion carbonato en solución. Debido a que es la concentración de iones carbonato que impulsa el carbonato de (la velocidad a la que carbonato tierras en la superficie), entonces el más alto es el pH, el carbonato de más rápido es el aterrizaje en la superficie. Eso significa que, a su vez, que el más alto es el pH, menor es la solubilidad del carbonato de calcio. menor solubilidad implica que la precipitación de carbonato de calcio puede ser más amplia a pH más alto. En otras palabras, ya que el pH aumenta, la cantidad de calcio y la alcalinidad que se puede mantener en solución sin precipitación disminuye. Este efecto es por qué, por ejemplo, conduciendo el pH muy alto con agua de cal puede precipitar rápidamente el carbonato de calcio. Esto no es necesariamente debido a que el agua de cal ha añadido la cantidad de calcio o alcalinidad, aunque que puede jugar un papel, sino también porque cuando el pH se eleva es, gran parte del bicarbonato existente en el agua se convierte en carbonato, por lo que los picos de concentración de carbonato. A la inversa, un pH que cae aumenta la cantidad de calcio y la alcalinidad que se puede mantener en solución sin precipitación. Este efecto es por qué, por ejemplo, conduciendo el pH muy bajo con dióxido de carbono se puede disolver el carbonato de calcio en un reactor de dióxido de carbonato de calcio / carbono. A un pH de 6,5, aproximadamente 50 veces menos carbonato que está presente en la misma solución a pH 8,2, por lo que los permisos mucho más carbonato de calcio neto se disuelva en el agua antes de la saturación alcance, donde se detiene el proceso de disolución. Este efecto también trae a colación una de las cosas que confunden a muchos acuaristas. A pH bajo (por ejemplo, 7,8), las concentraciones mucho más altas de calcio y la alcalinidad se pueden mantener en solución que a pH más alto (por ejemplo, 8,5). Por esta razón, los acuaristas cuyos acuarios son bajos en pH afirman a menudo que no tienen ningún problema en mantener altos niveles de calcio y la alcalinidad, y rara vez eliminan carbonato de calcio de sus bombas, mientras que otros acuaristas con un pH mucho más alto no entienden por qué no pueden mantener tal las condiciones en su acuario, o por qué sus bombas a menudo obstruyen rápidamente. El efecto de tener más carbonato a pH más alto es una de las principales causas de la diferencia (el otro es que muchos corales pueden realmente exigir más calcio y la alcalinidad a un pH más alto, ya que pueden calcificarse más rápida a pH más alto). Como seguimiento, no asuma que el pH bajo es mejor, ya que permite un mantenimiento más fácil de calcio y alcalinidad, y bombea más lentamente zuecos. También es más estresante para muchos corales de calcificación simplemente porque tienen un tiempo más difícil calcificante a pH más bajo. Ese aumento de la dificultad se debe al hecho de que tienen que bombear un protón (H) cuando hacen carbonato de bicarbonato, y el menor es el pH, más H ya en solución, y más difícil es para bombear el H adicional . Carbonato de calcio y la alcalinidad C carbonatos alcium solubilidad también depende en gran medida de la alcalinidad aguas. Cuanto mayor sea la alcalinidad (a un pH fijo), más carbonato está presente (Figura 7). De hecho, la cantidad de carbonato presente es directamente proporcional a la alcalinidad. Así que en una alcalinidad de 5 meq / L (14 dKH), hay el doble de carbonato como en agua de mar natural con una alcalinidad de 2,5 meq / L (7 dKH). Figura 7. Una representación pictórica de bicarbonato (verde) y carbonato (rojo) iones en solución como una función de la alcalinidad. Cuando se eleva la alcalinidad, tanto de bicarbonato y carbonato de aumento igualmente. La razón por la que los cambios de solubilidad de carbonato de calcio con la alcalinidad es el mismo que en los demás análisis en este artículo: tasas de iones de calcio y de carbonato. En este caso, el efecto de la alcalinidad es impulsado por los cambios en la concentración de soluciones de carbonato. Baja solubilidad de carbonato de calcio en mayor alcalinidad implica que la precipitación de carbonato de calcio puede ser más extensa. En otras palabras, como la alcalinidad aumenta, la cantidad de calcio que se puede mantener en solución sin precipitación disminuye. Este efecto es por qué, por ejemplo, el mantenimiento de un nivel muy alto de alcalinidad puede conducir a una excesiva precipitación de carbonato de calcio sobre objetos tales como calentadores y bombas. Asimismo, como la alcalinidad se reduce, se aumenta la cantidad de calcio que se puede mantener en solución sin precipitación. Carbonato de Calcio y Magnesio F inalmente, que vienen a magnesios papel en el sistema carbonato de calcio. La situación para el magnesio es bastante más compleja que para el pH y la alcalinidad, pero podemos continuar con nuestro mismo análisis para comprender cualitativamente. Cuando el carbonato de calcio sólido se pone en el agua de mar, que duerma solo se someten a los tipos de dinámicas como los iones de calcio y carbonato discutidos anteriormente. Otros iones pueden entrar en la estructura cristalina en el lugar de cualquiera de estos iones. En el agua de mar, los iones magnesio se meten en cristales de carbonato de calcio en lugar de iones de calcio. iones estroncio también pueden hacerlo, pero sus números son muy inferiores a magnesios (alrededor de 600 veces inferiores) por lo que es menos probable que se incorporan. Las figuras 8 y 9 muestran la forma de magnesio en solución entra en contacto y en realidad en una capa delgada de la superficie de carbonato de calcio poner en agua de mar. Aunque en sí el carbonato de magnesio es lo suficientemente soluble que no precipitará del agua de mar normal, de una estructura de calcio y carbonato de magnesio mezclado, su solubilidad es menor. Así sólido, carbonato de calcio puro (Figura 8) se convierte rápidamente en un material con un revestimiento de calcio y carbonato de magnesio (Figura 9). Figura 8. Un diagrama de carbonato de calcio sólido, puro poner primero en una solución que contiene calcio (blanco), carbonato (rojo) y magnesio (negro). Figura 9. Un diagrama de carbonato de calcio sólido en una solución que contiene calcio (blanco), carbonato (rojo) y magnesio (negro). Los iones de magnesio reemplazan los iones de calcio en la estructura, y cambian químicamente de modo que ya no se ve como el carbonato de calcio en la superficie. El magnesio penetra una corta distancia en la superficie, pero no puede penetrar en toda la estructura. Este recubrimiento tiene algunos efectos muy importantes. El principal efecto es que hace que la superficie ya no se ve como el carbonato de calcio, por lo que los iones de calcio y carbonato que se posan en que ya no encuentre la superficie tan atractivo como antes. Los iones de magnesio han alterado la superficie de una manera que no es titular de calcio y carbonato de tan fuertemente, y así la tasa de cualesquiera iones de calcio y carbonato de nueva aterrizaje es más alta (Figura 10). En consecuencia, incluso si la fuerza motriz para depositar carbonato de calcio es todavía allí, el magnesio ha interpuesto en el camino y tampoco permite que suceda (o impide que esto suceda tan rápido). Figura 10. El calcio y los iones de carbonato de aterrizaje en la superficie de carbonato de calcio con magnesio modificado ya no les resulta tan atractivo como una superficie de carbonato de calcio puro, y no permanecen unidos a él. La medida en que se pone de magnesio sobre las superficies de carbonato de calcio depende fuertemente de la cantidad de magnesio en solución. Cuanto más hay, más se vuelvan a entrar en las superficies. Si magnesio es más bajo de lo normal, entonces puede no llegar adecuadamente a la creciente superficies de carbonato de calcio, lo que permite la deposición de carbonato de calcio para proceder más rápido de lo que debería, que puede conducir a un aumento de la precipitación abiótica de carbonato de calcio del agua de mar sobre objetos tales como calentadores y zapatillas. A menudo, la incapacidad de mantener la cantidad adecuada de calcio y alcalinidad a pesar de la administración de suplementos extensa, y la precipitación de cantidades significativas de carbonato de calcio sobre los calentadores y bombas, son señales de que el agua tenga magnesio insuficiente. Resumen de los Efectos abiótico calcio Carbonato de solubilidad sta sección resume muchas de las ideas cubiertas en los apartados anteriores y las une para formar una comprensión más completa. 1. agua de mar Normal (calcio 420 ppm, pH 8,2, la alcalinidad 2,5 meq / L (7 dKH)) está sobresaturada significativamente con carbonato de calcio. Es decir, más de los iones (varias veces más, en realidad) están ya en solución de lo que sería estable en el largo plazo. La velocidad a la que los iones de calcio y carbonato de tierra en una superficie de carbonato de calcio puro en agua de mar es mayor que la velocidad a la que salen de esa superficie. Esta sobresaturación establece el potencial para la precipitación de carbonato de calcio. 2. La precipitación potencial descrito en (1) anterior es de la superficie disminuye o detiene la precipitación de calcio y carbonato adicional en la misma. Los niveles anormalmente bajos de magnesio serán menos eficaces en la prevención de la precipitación de carbonato de calcio. 3. El más calcio y carbonato no está en exceso de la precipitación más rápido puede tener lugar. Si el potencial para la precipitación rápida existe debido a una condición muy alta sobresaturación, más probable es tal precipitación abrumar magnesios capacidad para evitarlo. 4. Los factores que conducen a una mayor sobresaturación son más altos de calcio, la alcalinidad y el pH. El efecto del pH es especialmente dramática, con un aumento de 0,3 unidades de pH es equivalente a una duplicación de calcio o alcalinidad en términos de la sobresaturación (o en términos de la fuerza motriz para la precipitación). Este efecto pH es la razón por una sobredosis de agua de cal puede causar precipitación de carbonato de calcio, y por qué la dosificación de agua de cal en un skimmer u otro sistema cerrado (tal como una entrada de la bomba) puede aumentar la precipitación de carbonato de calcio en su interior. También es la razón por la reducción del pH aguas en un reactor de dióxido de carbonato de calcio / carbono puede disolver medios de carbonato de calcio. 5. Si el agua está a continuación en un acuario de arrecife, a continuación, impulsar calcio uno (o ambos) y la alcalinidad a los niveles naturales no causará rápida precipitación de carbonato de calcio. En otras palabras, impulsando uno en estas condiciones no causará una rápida disminución en la otra. 6. Cuando el carbonato de calcio precipita, se utiliza una relación fija de calcio y carbonato de (1: 1, o alrededor de 20 ppm de calcio para cada uno de 1 meq / L (2,8 dKH) de alcalinidad). Esta relación es la misma que los corales usan para depositar sus esqueletos de carbonato de calcio. precipitación abiótica de carbonato de calcio, como la formación del esqueleto de coral, puede incorporar otros iones, tales como magnesio y estroncio. Que la incorporación reducirá la relación anterior de 20 ppm de calcio para cada 1 meq / L de alcalinidad a un valor ligeramente inferior. A largo plazo, este proceso puede agotar magnesio y estroncio en un acuario aunque sólo el calcio y la alcalinidad se complementan. Resumen de deposición biológica de Carbonato de Calcio E l efecto de corales, algas coralinas y otros organismos que el carbonato de calcio de depósito, aunque no es exactamente la misma que la precipitación abiótica de carbonato de calcio, tiene algunos atributos similares con respecto a la interrelación entre el calcio, la alcalinidad, el pH y magnesio. Algunos de estos son: 1. Los corales y algas coralinas usar el calcio y la alcalinidad casi exclusivamente para depositar carbonato de calcio. Debido a esto que utilizan una relación fija de calcio a la alcalinidad, que es impulsada por la relación de calcio y carbonato de carbonato de calcio (1: 1). El consumo neto es de aproximadamente 18 a 20 ppm de calcio para cada uno de 1 meq / L (2,8 dKH) de alcalinidad. La razón de la cantidad de calcio que varía es que la incorporación de magnesio en lugar de calcio varía un poco de especie a especie. 2. El hecho de que los corales y algas coralinas utilizan una relación fija de calcio a la alcalinidad permite suplementos para idearse que reflejan esta proporción exacta. El uso de un sistema de este tipo de aditivo permite coincidencia exacta del suplemento a la demanda, y no causa cambios rápidos en calcio o alcalinidad relativa una a otra si las adiciones no son perfectos. Tales aditivos balanceados incluyen reactores de carbonato de calcio / dióxido de carbono. El agua de cal / kalkwasser y suplementos de dos partes. entre otros. 3. En condiciones naturales de agua de mar (calcio de 420 ppm, pH 8,2, la alcalinidad 2,5 mEq / L (7 dKH)), muchos de los corales y algas coralinas se cree que están limitados en su tasa de calcificación por el nivel de las aguas de alcalinidad. Si el agua tiene bicarbonato adicional (alcalinidad) en él, entonces es posible para la deposición de carbonato de calcio que se produzca más rápidamente. En otras palabras, si se incrementa la alcalinidad en un acuario de arrecife, a continuación, la deposición de carbonato de calcio puede reducir tanto el calcio y la alcalinidad. 4. Si el nivel de las aguas de calcio está por debajo de un cierto umbral (alrededor de 360 ​​ppm cuando la alcalinidad es normal), entonces se puede limitar la deposición de carbonato de calcio del esqueleto de los corales. En esta situación, aumentar el calcio a los niveles naturales o superior reducirá la alcalinidad en el tiempo como corales comienzan a utilizar el calcio y la alcalinidad a un ritmo más rápido. 5. Si la concentración de calcio o carbonato es demasiado bajo en un acuario de arrecife, a continuación, los corales tendrá un tiempo más difícil depositar sus esqueletos de carbonato de calcio. Tales condiciones pueden estresar o incluso matarlos. En condiciones extremas, sus esqueletos pueden incluso disolver. Los acuaristas a menudo pasan por alto pH como un gran conductor a reducir la concentración de carbonato. Incluso si los de calcio y fósforo alcalinidad concentraciones normales de agua de mar, los valores de pH por debajo de aproximadamente 7,7 puede permitir que los esqueletos de aragonita para disolver lentamente debido a la cantidad de carbonato en solución es tan baja. F o aquellos que quieren discusiones más rigurosos y científicamente detalladas de los tipos de temas discutidos en este artículo, o que quieren hacer un seguimiento de ciertas ideas, estos artículos relacionados son un buen punto de partida: