Carbonato de calcio 152

+

La relación entre el calcio y la alcalinidad es uno de los fenómenos químicos más discutidos en los acuarios. También es uno que es mal entendido con frecuencia. Tanto el calcio y la alcalinidad (que se define más adelante) son requeridos por una serie de organismos que forman conchas y esqueletos de carbonato de calcio. En un sistema cerrado como un acuario de arrecife, pueden agotarse rápidamente. En consecuencia, es imperativo que los acuaristas asegurar que los niveles adecuados se mantienen. Los acuaristas han desarrollado muchas maneras diferentes de la suplementación de calcio y alcalinidad en tanques de arrecife. Ninguno de estos son perfectos, y todos pueden dar lugar a problemas si no se utiliza correctamente. En este artículo se explicará la relación entre el calcio y la alcalinidad en tanques de arrecife como un telón de fondo de dicha suplementación. Con una mayor apreciación de esta relación, espero que los problemas que se presenten elementos de calcio y alcalinidad se pueden reducir. Para establecer el escenario para las discusiones siguientes, la lista muestra la manera en la que el calcio y la alcalinidad se entrelazan en tanques de arrecife: el agua de mar natural tiene cantidades específicas de calcio y alcalinidad que los organismos han evolucionado para utilizar. Corales y otros organismos calcificante toman una relación específica de calcio y la alcalinidad del agua para formar carbonato de calcio. Algunos suplementos (CaCO 3 / CO 2 reactores de agua de cal equilibradas aditivos de dos piezas) para añadir calcio y la alcalinidad al agua en una proporción especificada. El calcio y el carbonato (un componente de alcalinidad) pueden precipitar de la columna de agua si el producto de la concentración de cada uno de ellos se eleva demasiado. Como consecuencia de estas diversas interacciones, la relación entre el calcio y la alcalinidad en tanques de arrecife es complicado. En este artículo, voy a tratar de desentrañar estas interacciones. Figura 1. El Acropora sp. a la izquierda es un consumidor activo de calcio y la alcalinidad, ya que forma su esqueleto, mientras que los pólipos amarillos (Parazoanthus gracilis) no lo son. Figura 2. Hongos (Actinodiscus y Discosoma sp.) Y pólipos (Palythoa sp.) No consumen la cantidad de calcio o alcalinidad. La alcalinidad en sí es un término complejo que requiere una cierta comprensión antes de proceder a la participación de calcio en nuestra discusión. Para un artículo detallado sobre la alcalinidad, tratar este enlace. En resumen, la alcalinidad total es una medida de la cantidad de ácido que se necesita para bajar el pH de la muestra de agua en el punto final bicarbonato. Es decir, la cantidad de ácido que se necesita para bajar el pH hasta el punto donde se ha añadido suficiente ácido para potencialmente convertir todo el bicarbonato (HCO 3 -) en ácido carbónico (H 2 CO 3). Durante una adición de ácido tal (llamado una titulación), una variedad de cosas están sucediendo, pero los más importantes en este contexto son que el carbonato se convierte en bicarbonato y bicarbonato se convierte en ácido carbónico: En agua de mar, este criterio de valoración se produce a aproximadamente pH 4.2. Así que una valoración de la alcalinidad implica la adición de ácido para el agua del tanque hasta un pH que indica colorante (o una mezcla de colorantes) cambia de color y se indica que se ha alcanzado el punto final (pH 4,2). Otras cosas además de carbonato y bicarbonato contribuyen a la alcalinidad del agua de mar. En agua de mar normal, estas son una pequeña parte del total, con bicarbonato contribuyendo sobre 90 del total, carbonato de 7 (aunque esto depende sustancialmente de la pH), borato de aproximadamente 3 por ciento, y todo lo demás se producen en porcentajes mucho más pequeñas (como se puede ver ya que éstas total de 100). En tanques de arrecife, esta distribución puede llegar a ser sesgada significativamente debido borato puede ser elevado sustancialmente, y el pH puede estar lejos de la de agua de mar normal (tanques 8.2 arrecifes varían típicamente de pH 7,8 a pH 8,6). ¿Por qué nos importa alcalinidad La razón principal por la que nos preocupamos por la alcalinidad es que cuando los organismos construyen esqueletos de carbonato de calcio, que eliminan eficazmente el calcio y carbonato de la columna de agua. Si tuviéramos una manera práctica de medir el carbonato o bicarbonato en especial, que los corales usan como fuente de carbonato, que probablemente tendría poco interés en la alcalinidad. Desafortunadamente, medir directamente el bicarbonato es difícil. La medición de la alcalinidad es muy fácil, y lo usamos como una medida sustituta de carbonato y bicarbonato. Figura 3. Las algas coralinas son, en algunos tanques, los mayores consumidores de calcio y alcalinidad. El calcio es en cierto modo más sencillo de entender que la alcalinidad, pero también tiene sus complicaciones. Este artículo es una parte de una serie que mostrará las múltiples facetas de calcio en el océano y en tanques de arrecife. El calcio es uno de los principales iones en el agua de mar normal y que comprende aproximadamente 1,2 en peso de los sólidos (410 ppm). Las variaciones en la concentración de calcio en los océanos son principalmente causadas por los cambios en la salinidad. La mayor parte de los iones de calcio en el agua de mar están presentes como iones libres, pero algunos de ellos son de iones emparejados a los aniones, especialmente sulfato, formando el par iónico neutro CaSO4. El calcio también forma pares de iones con carbonato y bicarbonato. Estos comprenden una pequeña fracción de la de calcio total, pero comprenden una parte relativamente grande del carbonato total (junto con el magnesio, alrededor de dos tercios de la carbonato total). Estos pares de iones reducen la concentración de carbonatos libres, y por lo tanto ayudan a inhibir la precipitación de carbonato de calcio, pero eso es salir adelante de nosotros mismos en esta explicación. La solubilidad del carbonato de calcio en el agua de mar de la superficie, está sobresaturada de carbonato de calcio (aunque en aguas profundas se infrasaturada por las razones descritas en este enlace). Es decir, hay ya más está en solución que se formaría por tratar de disolver CaCO sólido 3 en el agua. También significa que el calcio y carbonato están preparados para precipitar cualquier momento que se les da la oportunidad de (por ejemplo, cristales de siembra apropiados y una falta de inhibidores de la cristalización tales como magnesio y fosfato). La constante para la disolución y la precipitación de carbonato de calcio de equilibrio se muestra a continuación: Cuando K es superior a un valor particular (KSP), el agua está sobresaturada. Si K es menor que este valor, entonces el agua es undersaturated, y carbonato de calcio sólido en el agua puede disolver. Esta relación se define normalmente mediante el parámetro de sobresaturación, que se simboliza como W: Cuando W 1, la solución es exactamente saturado. Cuando W es superior a uno, es sobresaturada, y cuando W es menor que 1, la solución es undersaturated. En agua de mar normal W 3 de aragonita y calcita W 5 para, aunque estos valores han sido constantemente cayendo como dióxido de carbono ha sido añadido a la atmósfera, lo que reduce el pH del agua de mar. Aragonito y calcita son sólo diferentes formas de cristales de carbonato de calcio. La calcita es ligeramente más estable, y por lo tanto es ligeramente menos soluble que la aragonita (es decir, tiene una K sp inferior). Los organismos pueden precipitar tanto aragonita (pterópodos y los corales) y calcita (foraminíferos y cocoliths), pero la mayor parte de la precipitación en los acuarios es aragonita (aunque ciertos organismos tales como la forma de abulón ambos). tanques de arrecife a menudo tienen una mayor alcalinidad y superior calcio que el agua de mar, y por lo tanto son más sobresaturada de agua de mar. En los tanques con un pH alto (como muchos tanques de agua de cal) utilizando la sobresaturación es también mayor que en el agua de mar. Al mismo alcalinidad, si se eleva el pH, convertir algo del bicarbonato en carbonato: Dentro de la gama de pH de la mayoría de los acuarios (hasta aproximadamente un pH de 8,5 o menos), la cantidad de carbonato presente es aproximadamente lineal con el ion de hidrógeno (H) de concentración debido a la relación se ve en la ecuación (5). Así que si el pH se eleva desde 7,5 hasta 8,5, hay un aumento de aproximadamente diez veces en la concentración de carbonato. De pH 8,0 a 8,5, el aumento de carbonato es de aproximadamente tres veces. La combinación de estos diversos factores, aquí están algunas combinaciones de calcio, la alcalinidad y el pH que tienen igualdad de sobresaturación con respecto al aragonita: W 1 (arriesgada: disolución de aragonita comienza aquí) La alcalinidad 4,2 mEq / L ¿Cómo se debe pensar en la sobresaturación Cuanto más alto es decir, lo más probable es que se produzca la precipitación de carbonato de calcio. La razón de esto es simple: si el para precipitar carbonato de calcio es demasiado alta, se verán abrumados estos procesos de inhibición, y la precipitación se llevará a cabo. Como veremos más adelante, hay cosas que impiden que la precipitación de carbonato de calcio. Si W es razonablemente baja, algo de precipitación se llevará a cabo antes de que los mecanismos que inhiben toman el control de la superficie del cristal y evitar una mayor precipitación. Este proceso es lo que sucede en el agua de mar normal. Si W es demasiado alto, un evento de precipitación más grande puede tener lugar antes de ser detenido. En el peor de los casos, esto puede llevar a una tormenta de nieve de partículas de carbonato de calcio a lo largo del tanque. Tales tormentas de nieve pueden ocurrir, por ejemplo, cuando se añade demasiado agua de cal en el tanque. En ese caso, el pH se eleva y convierte la mayor parte del bicarbonato a carbonato. W es entonces conducido a niveles inestables, y un evento masivo tiene lugar la precipitación. La calcificación de los corales también se ve afectado considerablemente por la sobresaturación de carbonato de calcio. Como W disminuye de los valores normales, la calcificación de los corales se vuelve más lenta. Del mismo modo, en mayor calcificación W. se incrementa. Muchos acuaristas se aprovechan de esta relación al impulsar W encima de los niveles naturales. Ellos son por lo tanto capaces de alcanzar mayores tasas de crecimiento, pero corren un mayor riesgo de precipitación abiótica de carbonato de calcio en el tanque que sus colegas que mantienen más los niveles de calcio y alcalinidad normales. ¿Por qué Calcium Carbonate Doesnt precipitado en el tanque de agua Este es un problema químico inmensamente complicado, y uno que se basa en la cinética de precipitación y disolución mucho más de lo que se basa en el campo mucho más simple de la termodinámica. Sin embargo, podemos hacer algunos progresos en la comprensión de que en un nivel que la mayoría de los acuaristas apreciarán. ¿Por qué doesnt que precipitar En realidad, lo hace en casi cada tanque. Una mejor pregunta es: ¿Por qué doesnt que suceda en mayor medida precipitación puede comenzar cuando una de las dos siguientes acciones: cristales de siembra El carbonato de calcio se añaden al agua. En tanques de arrecife, la adición de arena fresca carbonato de calcio a menudo suficiente. Esta adición iniciar la precipitación de carbonato de calcio (probable que contiene algo de magnesio y estroncio, así). La sobresaturación se empuja a niveles inusualmente altos. Esto puede ser causado por un aumento en el pH, un aumento de la temperatura (como en un calentador de la Figura 1), o más, obviamente, por un aumento de calcio o carbonato. 2.700 (típico de dos partes aditivo) Cualquier aditivo de calcio y alcalinidad que pretende ser equilibrada, deberían proporcionar estas proporciones. En algunos casos la alcalinidad puede no estar completamente presente en un principio, pero sólo se produce a través de procesamiento biológico del componente de alcalinidad (por ejemplo, acetato de calcio en el que el acetato no proporciona toda su alcalinidad hasta que se metaboliza biológicamente a dióxido de carbono y el hidróxido es el hidróxido que proporciona la alcalinidad). Sin embargo, uno debe ser capaz de demostrar que tales aditivos equilibrados tendrán estas propiedades. Espero que este artículo ha proporcionado una base positiva para la compleja relación entre dos de los parámetros químicos más importantes en un acuario de arrecife: el calcio y la alcalinidad. Se relacionan de maneras que son evidentes, incluyendo el hecho de que los corales los usan juntos para formar esqueletos de carbonato de calcio. Esta relación particular impulsa gran parte de la actividad que implica la administración de suplementos de calcio y alcalinidad en tanques de arrecife. También están relacionados de maneras que son mucho más sutiles, incluyendo el hecho de que pueden precipitar abióticamente para formar carbonato de calcio en el tanque. Ordenando a cabo estas relaciones puede ser muy útil para corregir los desequilibrios de calcio y alcalinidad en tanques, y por otra parte, para prevenir que sucedan en el primer lugar. Para aquellos interesados ​​en los tratamientos matemáticos muy detallados, el libro es uno de los mejores. Si usted tiene alguna pregunta sobre este artículo, por favor visite mi foro de autor en Reef Central. Para leer más sobre este tema, tenga en cuenta estas referencias: Millero, Frank J. Editor. Oceanografía Química, segunda edición. (1996), 496 pp. Pankow, Conceptos James F. química acuática (1991), 673 pp. Langdon, Chris Takahashi, Taro Sweeney, Colm Chipman, Dave Goddard, John Marubini, Francesca Aceves, Heather Barnett, Heidi Atkinson, Marlin J . Efecto del estado de saturación de carbonato de calcio en la tasa de calcificación de un arrecife de coral experimental. Biogeochem global. Ciclos (2000), 14 (2), 639-654. Fosfato y saturación de carbonato de calcio en una laguna costera estratificado. López, P. Morgui, J. A. Dep. Ecol. Univ. Barcelona, ​​Barcelona, ​​España. Hydrobiologia (1992), 228 (1), 55-63. Mulero, J. F. El sistema de carbonatos en los ambientes marinos. Chem. Procesos de marzo Environ. Int. Sch. Marzo Chem., 2º (2000), fecha 1998, 9-41 de reuniones. Broecker, Wallace S. Langdon, Chris Takahashi, Taro Peng, Tsung-Hung. Factores que controlan la velocidad de precipitación de CaCO3 en el banco Gran Bahama. Biogeochem global. Ciclos (2001), 15 (3), 589-596. Wanninkhof, Rik Lewis, Ernie Feely, Richard A. Millero, Frank J. Las constantes de disociación de carbonato óptimas para la determinación de la superficie del agua pCO2 de la alcalinidad y el carbono inorgánico total. Marzo Chem. (1999), 65 (-4), 291-301. Millero, Frank J. Yao, Wensheng Lee, Kitack Zhang, Zhong Jia-Campbell, sistema de Carbonato de Douglas M. en las aguas cercanas a las Islas Galápagos. De Altura Res. Parte II (1998), 45 (6), 1115-1134. Steinberg, Paul A. Millero, Frank J. Zhu, Xiaorong. la respuesta del sistema de carbonato con el enriquecimiento de hierro. Marzo Chem. (1998), 62 (1-2), 31-43. Millero, Frank J. Lee, Kitack Roche, María. Distribución de alcalinidad en las aguas superficiales de los océanos importantes. Marzo Chem. (1998), 60 (1-2), 111-130. Lee, Kitack Millero, Frank J. Wanninkhof, Rik. El sistema de dióxido de carbono en el océano Atlántico. J. Geophys. Res. Océanos (1997), 102 (C7), 15693-15707. Lee, Kitack Millero, Frank J. Campbell, Douglas M. La fiabilidad de las constantes termodinámicas para la disociación del ácido carbónico en el agua de mar. Marzo Chem. (1996), 55 (3/4), 233-245. Millero, Frank J. termodinámica del sistema de dióxido de carbono en los océanos. Geochim. Cosmochim. Acta (1995), 59 (4), 661-77. Mucci, Alfonso Millero, Frank J. Morse, John W. La solubilidad en agua de mar de aragonita. Comentarios. Geochim. Cosmochim. Acta (1982), 46 (1), 105-7. Millero, Frank J. Morse, John Chen, Chen-Tung. El sistema de carbonatos en el oeste del Mar Mediterráneo. De Altura Res. Parte A (1979), 26 (12A), 1395-404. Lyakhin, Yu. I. saturación de carbonato de calcio del Océano Pacífico. Okeanologiya (1968), 8 (1), 58-68. Nube, Comportamiento P. E. Jr. de carbonato de calcio en el agua de mar. Geochim. Cosmochim. Acta (1962), 26 867-84. Smith, C. L. La solubilidad del carbonato de calcio en agua de mar tropical. J. Biol marina. Assoc. Reino Unido (1941), 25 235-42.