Водородный показатель (рН)

Водородный показатель отражает активную реакцию среды и определяется содержанием катионов водорода (Н⁺) и анионов гидроксила (ОН^-). Наличие этих ионов связано в первую очередь с диссоциацией молекул воды, протекающей по уравнению

НОН ⇔ Н⁺ + ОН^-

При 25 °С произведение концентраций ионов водорода и гидроксила равно 10^-14 грамм-ионов на 1 л воды. Когда концентрации обоих ионов равны, содержание каждого из них составляет 10-7 грамм-ионов на 1 л, и реакция воды нейтральная. Увеличение концентрации одного из ионов вызывает соответствующее смещение реакции в кислую или щелочную область. Обычно о реакции воды судят по концентрации ионов водорода, используя, однако, не значение этой концентрации, а взятый с обратным знаком ее десятичный логарифм. Эта величина называется водородным показателем и обозначается символом рН. Выражение рН<7 указывает на кислую реакцию, рН>7 - на щелочную; нейтральной среде соответствует рН = 7. Следует учесть, что диссоциация молекул воды, а вместе с ней и рН зависят от температуры. Этот факт часто упускается из виду даже опытными аквариумистами. Между тем, если измеренный при 18°С рН = 7, то такую воду нельзя считать нейтральной, так как нейтральной реакции при этой температуре соответствует другое значение рН.

Водородный показатель имеет важное общебиологическое значение, в связи с чем в процессе эволюции у большинства живых организмов выработался ряд механизмов, обеспечивающих относительное постоянство этого показателя в клетке. Роль этого фактора определяется в первую очередь его влиянием на активность ферментов и состояние других белковых молекул. Кроме того, поскольку большинство реакций в клетках протекает в водной среде, избыток или недостаток ионов Н⁺ может существенно влиять на протекание также различных неферментативных реакций. Сказанное является основной причиной того, что большинство клеток, принадлежащих самым разным организмам, способно жить в узком диапазоне рН - от 6,0 до 8,0. Однако даже начинающие аквариумисты обычно знают, что многие рыбы вполне безболезненно переносят гораздо более значительные отклонения от нейтральной реакции воды. Объясняется это тем, что организм имеет целый ряд буферных систем, сглаживающих резкие колебания рН среды. Важнейшими из них являются связанные взаимными переходами ионы СО₃^2- и НСО₃^-, НРО₄^2- и Н₂РО₄^- а также белки.

Буферными свойствами обладают не только жидкости организма. Значительную роль в обеспечении относительно стабильной кислотности пресных вод играет их карбонатная система. Углекислый газ не только растворяется в воде, но и реагирует с ней, образуя слабую кислоту Н₂СО₃. Реагируя с известью СаСО₃, она дает ионы бикарбонатов (НСО₃^-) и карбонатов (СО₃^2-) - уже известных нам компонентов буферной системы. Присутствие в воде солей усиливает ее буферные свойства, в связи с чем одинаковое подкисление мягкой и жесткой воды вызовет в первом случае значительно более заметный сдвиг рН. Еще более сильными, чем у жесткой воды, буферными свойствами, или, как говорят, еще большей буферной емкостью обладает морская вода.

Активная реакция воды в значительной мере зависит от интенсивности фотосинтеза и заселенности водоема растительными организмами. В процессах фотосинтеза, протекающих на свету, растения потребляют углекислый газ, что вызывает повышение рН. Ночью рН понижается, что связано не только с отсутствием фотосинтеза, но и с выделением СО₂ при дыхании растений. Все это приводит к весьма значительным колебаниям активной реакции среды в водоеме в течение суток. Особенно велики эти колебания в водоеме с большим содержанием растений.

Для измерения рН существуют различные методы. Наиболее доступным и вполне пригодным для аквариумной практики следует считать применение индикаторных бумаг. Определение рН сводится к опусканию полоски индикаторной бумаги в исследуемый раствор и быстрому сравнению приобретенной окраски со стандартной шкалой. Советская промышленность выпускает индикаторную бумагу как для грубых измерений со шкалой целочисленных значений рН от 1 до 10, так и для более точного определения рН в любом из узких диапазонов.