Chémie sa netreba báť, má svoje pevné zákonitosti, ale bez jej aspoň malých vedomostí sa dá len veľmi ťažko zaobísť pri úspešnom chove, alebo pestovaní rastlín. Biologické procesy úzko súvisia aj s fyzikálnymi zákonmi. V prírode sa len veľmi málo látok v kvapalnom alebo plynnom stave nachádza v stálom, neutrálnom stave. Drvivá väčšina látok je disociovaná na ióny. Schopnosť viazať sa na látky, prvky je špecifická, závisí od množstva chemických, ale aj fyzikálnych faktorov. Aj samotná voda sa vyznačuje ionizáciou – veď každý z nás vie, že je vodičom elektrického prúdu. O pH počul asi každý akvarista. Čo popisuje pH? Rozdielnu koncentráciu chemicky čistých zložiek vody – jednotlivých „zložiek“ tvoriacich vodu. Voda poskytuje možnosti pre množstvo chemických reakcií. Pre tieto reakcie je možné opísať rovnovážne konštanty. Nie je to nič nenormálne, nič ťažko pochopiteľné. Keď použijem analógiu, je to presne ako medzi ľuďmi, aj tam existuje medzi nami určitá rovnováha, určité napätie (tlak), ktoré sa raz prikloní na jednu stranu, inokedy na opačnú. A k podmienkam, ktoré určujú tento stav rovnako patrí aj taká maličkosť, ako „odkiaľ fúka vietor„. Spomeňme si na osmózu, ale aj na to, čo sa stane, keď uvoľníme ventil na pneumatike – časom sa vyrovná tlak. Chemická väzba je krehká vec, podobne ako vzťahy medzi ľuďmi. Aj medzi nami existujú katalyzátory, enzýmy podobne ako sa popisujú v chémii a biológii, ktoré dovoľujú uskutočniť nejaký proces, nejakú reakciu. Samozrejme aj spomaľovače – inhibítory.
Príroda má jednotný základ, Aristoteles ju chápe ako vznik, podstatu a vývoj vecí, a ja to vidím rovnako. Ak sa k tomu postavíme spoločne, máme väčšiu šancu porozumieť aj akvaristike. Pochopenie súvislostí rôznych vedných odborov popisuje termín konziliencia. Základným stavebným prvkov živých sústav je uhlík. Uhlík patrí spolu s vodíkom, kyslíkom, dusíkom, fosforom, sírou ku biogénnym prvkom. Chémia uhlíka tvorí samostatne stojacu disciplínu – organickú chémiu (nezaoberá sa len oxidmi uhlíka). Uhlík tvorí najväčšiu časť sušiny rýb, rastlín, aj mikroorganizmov. Asi každý z vás sa v živote stretol s pojmom fotosyntéza. Aj táto reakcia, ktorá aj nám, ľuďom dovoľuje existovať, sa točí okolo uhlíka. V akváriu sa uhlík vyskytuje najmä vo forme oxidu uhličitého, uhličitanov, hydrogenuhličitanov a kyseliny uhličitej. V akom pomere závisí najmä od pH. Uhlík sa nachádza aj vo forme bielkovín v potrave, v dreve kde postupným rozkladom dochádza ku štiepeniu bielkovín na aminokyseliny a následne ku nitrifikácii a denitrifikácii, čo posúva pH smerom dole – prostredie sa okysľuje. V denitrifikácii a nitrifikácii hrá najdôležitejšiu úlohu dusík. V akváriu dochádza najprv ku nitrifikácii. Najprv oxiduje amoniak na dusitany a dusičnany pôsobením nitrifikačných baktérií Nitrosomonas. Ako nám už nahovára predchádzajúca veta, tento proces je aeróbny (za prístupu vzduchu). V anaeróbnych podmienkach dochádza k opačnému procesu (redukčnému) – ku denitrifikácii. Dochádza ku redukcii zlúčenín dusíka na oxidy dusíka – N2O, NO, prípadne na až N2 pri pH vyššom ako 6 pôsobením baktérií Nitrobacter. Keďže ide o plyny, denitrifikácia dokáže odstrániť z vody (akvária) zlúčeniny dusíka. Tieto procesy sú pre akvaristiku veľmi dôležité a v zásade pozitívne naklonené. Toxicita produktov látok cyklu dusíka klesá v tomto rade: NH3 – NO2 – NO3. Vyšší obsah dusičnanov neznášajú niektoré citlivejšie druhy – napr. americké Apistogrammy. Toxicita amoniaku je vyššia pri vyššom pH. Viac amoniaku sa nachádza vo vode s vyšším pH a vyššou teplotou.
Dusík pochádza zo štiepenia bielkovín, ktoré dodávame potravou. Najprv sa tvoria aminokyseliny, neskôr amoniak. Dusičnany je možné účinne eliminovať rastlinami, prípadne reverznou osmózou v zdrojovej vode , alebo selektívnymi iontomeničmi. Fosforečnany ( PO4) a ťažké kovy ako napr. olovo, zinok sú takisto toxické. Niektoré kovy sú v stopovom množstve žiaduce, ale vo vyššej koncentrácií pôsobia ako jedy. V prípade, že pri rozklade hmoty je kyslíkový deficit, produkty hnitia sú metán ( CH4), amoniak, sulfán ( H2S), kyselina mliečna. Druhy neznášajúce príliš mäkkú vodu často trpia na vodnateľnosť. To je spôsobené osmotickým tlakom – z ich tela sa soli vyplavujú a viac čistej vody preniká do ich tela ako je únosné. Oxid uhličitý je nevyhnutná anorganická látka, ktorá však pri vysokej koncentrácii pôsobí ako narkotikum a ryby dusí. Niekedy sa tieto účinky dajú využiť. Ak chceme napr. ryby humánne usmrtiť, stačí na to minerálka – tá by mala obsahovať viac ako 5% rozpusteného CO2. Medzi uhličitanovou tvrdosťou, pH a oxidom uhličitým je závislosť. Obsah CO2 je nepriamo úmerný ku pH a teplote a priamo úmerný ku uhličitanovej tvrdosti.
Chemistry shouldn’t be feared; it has its solid laws, but without at least some knowledge of it, it’s very difficult to succeed in fishkeeping or plant cultivation. Biological processes are closely related to physical laws as well. In nature, very few substances are found in a liquid or gaseous state in a stable, neutral state. The vast majority of substances are dissociated into ions. The ability to bind to substances, elements, is specific and depends on many chemical and physical factors. Water itself is characterized by ionization – as we all know, it conducts electric current. Almost every aquarist has heard of pH. What does pH describe? The differential concentration of chemically pure components in water – the individual „components“ that make up water. Water provides opportunities for many chemical reactions. Equilibrium constants can describe these reactions. It’s nothing abnormal, nothing difficult to understand. Using an analogy, it’s exactly like among people; there’s a certain balance among us, a certain tension (pressure) that sometimes tilts to one side, sometimes to the other. And the conditions that determine this state include even such a triviality as „where the wind blows from“. Let’s remember osmosis, but also what happens when we release air from a tire valve – pressure is equalized over time. Chemical bonding is a fragile thing, just like relationships between people. Among us, there are catalysts, enzymes, as described in chemistry and biology, which allow for some process, some reaction to take place. Of course, there are also retardants – inhibitors.
Nature has a unified foundation; Aristotle understands it as the origin, essence, and development of things, and I see it the same way. If we approach it together, we have a greater chance of understanding aquatics as well. Understanding the connections between different scientific disciplines is described by the term concilience. The basic building block of living systems is carbon. Carbon, along with hydrogen, oxygen, nitrogen, phosphorus, and sulfur, belongs to the biogenic elements. Carbon chemistry forms a separate discipline – organic chemistry (it’s not just about carbon oxides). Carbon constitutes the largest part of the dry matter of fish, plants, and microorganisms. Almost everyone has encountered the concept of photosynthesis in life. Even this reaction, which allows us humans to exist, revolves around carbon. In the aquarium, carbon occurs mainly in the form of carbon dioxide, carbonates, bicarbonates, and carbonic acid. The ratio depends mainly on pH. Carbon is also found in the form of proteins in food, in wood where gradual decomposition leads to the cleavage of proteins into amino acids and subsequently to nitrification and denitrification, which lowers the pH – the environment becomes more acidic. Nitrogen plays the most important role in denitrification and nitrification. Nitrification occurs first in the aquarium. Ammonia is first oxidized to nitrites and nitrates by the action of nitrifying bacteria Nitrosomonas. As the previous sentence suggests, this process is aerobic (with access to air). Under anaerobic conditions, the opposite (reductive) process occurs – denitrification. Compounds of nitrogen are reduced to nitrogen oxides – N2O, NO, or even to N2 at pH higher than 6 by the action of Nitrobacter bacteria. Since these are gases, denitrification can remove nitrogen compounds from the water (aquarium). These processes are very important for aquaristics and are fundamentally positive. The toxicity of nitrogen cycle products decreases in this order: NH3 – NO2 – NO3. Some more sensitive species do not tolerate higher levels of nitrates – for example, American Apistogrammas. The toxicity of ammonia is higher at higher pH. More ammonia is found in water with higher pH and temperature.
Nitrogen comes from the breakdown of proteins provided by food. First, amino acids are formed, later ammonia. Nitrates can be effectively eliminated by plants, reverse osmosis in source water, or selective ion exchangers. Phosphates (PO4) and heavy metals such as lead, zinc are also toxic. Some metals are desirable in trace amounts but act as poisons in higher concentrations. If there is an oxygen deficit during the decomposition of matter, the products of rotting are methane (CH4), ammonia, hydrogen sulfide (H2S), lactic acid. Species not tolerating very soft water often suffer from flabbiness. This is due to osmotic pressure – salts are flushed out of their bodies, and more pure water penetrates their bodies than is tolerable. Carbon dioxide is a necessary inorganic substance, but at high concentrations, it acts as a narcotic and suffocates fish. Sometimes these effects can be utilized. If, for example, we want to humanely euthanize fish, mineral water is sufficient – it should contain more than 5% dissolved CO2. There is a dependence between carbonate hardness, pH, and carbon dioxide. The content of CO2 is inversely proportional to pH and temperature and directly proportional to carbonate hardness.
Chemie sollte nicht gefürchtet werden; sie hat ihre festen Gesetze, aber ohne zumindest etwas Wissen darüber ist es sehr schwer, beim erfolgreichen Fischhalten oder der Pflanzenzucht auszukommen. Biologische Prozesse sind auch eng mit physikalischen Gesetzen verbunden. In der Natur sind nur sehr wenige Substanzen in einem flüssigen oder gasförmigen Zustand in einem stabilen, neutralen Zustand zu finden. Der überwiegende Teil der Substanzen ist in Ionen dissoziiert. Die Fähigkeit, sich an Substanzen und Elemente zu binden, ist spezifisch und hängt von vielen chemischen und physikalischen Faktoren ab. Wasser selbst zeichnet sich durch Ionisierung aus – wie wir alle wissen, leitet es elektrischen Strom. Fast jeder Aquarianer hat von pH gehört. Was beschreibt der pH-Wert? Die differentielle Konzentration chemisch reiner Komponenten im Wasser – die einzelnen „Komponenten“, die das Wasser bilden. Wasser bietet Möglichkeiten für viele chemische Reaktionen. Gleichgewichtskonstanten können diese Reaktionen beschreiben. Es ist nichts Abnormales, nichts Schwieriges zu verstehen. Mit einer Analogie ist es genau wie unter Menschen; es gibt ein bestimmtes Gleichgewicht zwischen uns, eine bestimmte Spannung (Druck), die manchmal auf die eine, manchmal auf die andere Seite kippt. Und die Bedingungen, die diesen Zustand bestimmen, umfassen selbst Kleinigkeiten wie „woher der Wind weht“. Denken wir an die Osmose, aber auch daran, was passiert, wenn wir Luft aus einem Reifenventil ablassen – der Druck wird im Laufe der Zeit ausgeglichen. Die chemische Bindung ist eine fragile Sache, genau wie Beziehungen zwischen Menschen. Unter uns gibt es Katalysatoren, Enzyme, wie sie in der Chemie und Biologie beschrieben werden, die es ermöglichen, einen bestimmten Prozess, eine bestimmte Reaktion durchzuführen. Natürlich gibt es auch Verzögerer – Inhibitoren.
Die Natur hat eine einheitliche Grundlage; Aristoteles versteht sie als den Ursprung, die Essenz und die Entwicklung der Dinge, und ich sehe das genauso. Wenn wir uns gemeinsam damit auseinandersetzen, haben wir eine größere Chance, auch die Aquaristik zu verstehen. Das Verständnis der Zusammenhänge zwischen verschiedenen wissenschaftlichen Disziplinen wird durch den Begriff Konzilienz beschrieben. Der grundlegende Baustein lebender Systeme ist Kohlenstoff. Kohlenstoff gehört zusammen mit Wasserstoff, Sauerstoff, Stickstoff, Phosphor und Schwefel zu den biogenen Elementen. Die Kohlenstoffchemie bildet eine eigenständige Disziplin – die organische Chemie (es geht nicht nur um Kohlenstoffoxide). Kohlenstoff macht den größten Teil der Trockenmasse von Fischen, Pflanzen und Mikroorganismen aus. Fast jeder ist im Leben auf den Begriff Photosynthese gestoßen. Auch diese Reaktion, die es uns Menschen ermöglicht zu existieren, dreht sich um Kohlenstoff. Im Aquarium kommt Kohlenstoff hauptsächlich in Form von Kohlendioxid, Carbonaten, Bicarbonaten und Kohlensäure vor. Das Verhältnis hängt hauptsächlich vom pH-Wert ab. Kohlenstoff kommt auch in Form von Proteinen in der Nahrung, im Holz vor, wo der allmähliche Zerfall zur Spaltung von Proteinen in Aminosäuren und anschließend zur Nitrifikation und Denitrifikation führt, was den pH-Wert senkt – die Umgebung wird saurer. Stickstoff spielt bei der Denitrifikation und Nitrifikation die wichtigste Rolle. Zuerst erfolgt in den Aquarien die Nitrifikation. Ammoniak wird zunächst durch die Wirkung von Nitrifizierungsbakterien Nitrosomonas zu Nitriten und Nitraten oxidiert. Wie der vorherige Satz nahelegt, ist dieser Prozess aerob (mit Zugang zu Luft). Unter anaeroben Bedingungen tritt der umgekehrte (reduktive) Prozess auf – die Denitrifikation. Stickstoffverbindungen werden zu Stickoxiden – N2O, NO oder sogar zu N2 bei einem pH-Wert über 6 durch die Wirkung von Nitrobacter-Bakterien reduziert. Da es sich um Gase handelt, kann die Denitrifikation Stickstoffverbindungen aus dem Wasser (Aquarium) entfernen. Diese Prozesse sind für die Aquaristik sehr wichtig und im Grunde genommen positiv. Die Toxizität der Produkte des Stickstoffkreislaufs nimmt in dieser Reihenfolge ab: NH3 – NO2 – NO3. Einige empfindlichere Arten vertragen keine höheren Nitratwerte – zum Beispiel amerikanische Apistogrammas. Die Toxizität von Ammoniak ist bei höherem pH-Wert höher. Mehr Ammoniak wird in Wasser mit höherem pH-Wert und Temperatur gefunden.
Stickstoff stammt aus dem Abbau von Proteinen, die mit der Nahrung geliefert werden. Zuerst werden Aminosäuren gebildet, später Ammoniak. Nitrate können effektiv von Pflanzen, durch Umkehrosmose im Ausgangswasser oder durch selektive Ionenaustauscher eliminiert werden. Phosphate (PO4) und Schwermetalle wie Blei, Zink sind ebenfalls giftig. Einige Metalle sind in Spurenmenge erwünscht, wirken aber in höheren Konzentrationen als Gifte. Wenn es bei der Zersetzung von Materie an Sauerstoff mangelt, sind die Produkte der Fäulnis Methan (CH4), Ammoniak, Wasserstoffsulfid (H2S), Milchsäure. Arten, die kein sehr weiches Wasser vertragen, leiden oft unter Schlaffheit. Dies ist auf den osmotischen Druck zurückzuführen – Salze werden aus ihren Körpern ausgespült, und mehr reines Wasser dringt in ihre Körper ein, als tolerierbar ist. Kohlendioxid ist eine notwendige anorganische Substanz, wirkt aber in hohen Konzentrationen als Narkotikum und erstickt Fische. Manchmal können diese Effekte genutzt werden. Wenn wir zum Beispiel Fische auf humane Weise töten wollen, reicht Mineralwasser aus – es sollte mehr als 5% gelöstes CO2 enthalten. Es gibt eine Abhängigkeit zwischen Karbonathärte, pH-Wert und Kohlendioxid. Der Gehalt an CO2 ist indirekt proportional zum pH-Wert und zur Temperatur und direkt proportional zur Karbonathärte.