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水の化学【その4】

水の化学第4回目です。
長かった授業も、今回で最後です。
こんなにマジメに化学したもの久しぶり(初めて?)かも。
でわでわ、もうしばらくお付き合いください<(_ _)>

+++

GH/KHをゼロにしようと思って買ってみたゼオライト。
これに関しても色々と調べてみました。

★ここからは、ゼオライトに関して調べたこと。

まず、ゼオライトを買った業者さん(?)に電話して聞いてみました。
が!化学的な詳しい話はよくわからないようで、あまり・・・というか、まったくいい答えが得られませんでした・・・(^^;
その次に、無謀にもゼオライト学会(←そんなのあるんですねー!)に電話してみました(笑)
が!事務局の連絡先しかわからず、ここでも化学的な話は聞けませんでした・・・。
詳しいことが知りたければ、各大学の教授に聞いてくれ的なことを言われて、かなーり萎えました。。。orz
事務員、冷てっ!!(笑)

もうダメかと思っていたが、最後に買ったゼオライトと同じ産地の秋田県にある、「東北ゼオライト工業」さんに電話してみました。
なんと!そこの代表の鈴木さんは親切にも、いろいろと疑問に答えてくれました!!
やった!とうとうやりました!!
ようやくここまで辿り着けた・・・。
長かった・・・。
鈴木さん、超優しい。
では、早速。

- - - - -以下、東北ゼオライト工業の鈴木さんの話- - - - -

■ゼオライトからの溶出物質について

水道水に入れておいても、溶け出す成分はほとんどないので、水質に与える影響は無視しても問題ない。
あるとしても、モンモリロナイトなどのミネラル分なので、有害な物質はなく問題ない。
数日間入れておく程度であれば、まったく溶出物質はないと言ってもいい。
それこそ、膨大な量のゼオライトが入れてあり、酸などの溶かす物質が大量にあれば別だが、アクアの換水に使う水道水の量くらいであれば、まったく影響なしとのこと。

■ゼオライトの再生について

再生はカリウム水溶液でも理論的には可能だが、手軽さからいうと食塩で行うのが扱いやすい。
ゼオライト100gに対して、食塩5gの割合で再生すればよい。
(食塩は多すぎても問題ないので、分量に関してはアバウトでも大丈夫とのこと。)

■吸着する物質について

ゼオライトの吸着効果には様々なものがあり、陽イオンならばなんでも吸着する。
代表的なものだけでも、水素、窒素、ナトリウム、カルシウム、マグネシウム、カリウム、バリウム、アンモニア、アルコール、硫化水素、炭酸ガスなどがある。

■吸着する順位

イオン化傾向の強いものから吸着していく。
カリウム⇒カルシウム⇒ナトリウム⇒マグネシウム⇒...などの順番。
鉄、アンモニアももちろん吸着する。
陽イオンを吸着するのは、骨格であるアルミニウムがマイナスに帯電しているためである。
吐き出すときはその逆で、イオン化傾向の強いものから吐き出していく。
カリウムやナトリウムはアルカリ性だが、水質に影響を与えないのは、単純にイオンの量が少ないからである。
アルミニウムがゼオライトの成分の中に入っているが、これはゼオライトを構成している骨格なので、溶け出すことはない。
安定して結合しているからである。
(⇒イオン結合よりも強い結合なんだと思う。)
もし溶け出すようなことがあれば、それはもはやゼオライトではなくなってしまう。
ただの土ですね。

- - - - -ここまで- - - - -

 

稲妻。

 

ということで、やっぱりカルシウムやマグネシウムを吸着してくれるんだ。
ってことは、硬度がガンガン下げられますね。
カリウムも吸着するので、水草水槽に入れっぱなしにしておいて、液体カリウムなんて添加したら、添加したそばから吸着されちゃいますね(笑)
入れっぱなしは厳禁ですね。

★で、「イオン化傾向ってどんな順番よ?」って思ったので、それもついでに調べてみました。

【イオン化傾向の順序】
リチウム(Li) > ルビジウム(Rb) > カリウム(K) > バリウム(Ba) > ストロンチウム(Sr) > カルシウム(Ca) > ナトリウム(Na) > マグネシウム(Mg) > アルミニウム(Al) > マンガン(Mn) > 亜鉛(Zn) > クロム(Cr) > 鉄(Fe) > カドミウム(Cd) > コバルト(Co) > ニッケル(Ni) > スズ(Sn) > 鉛(Pb) > (水素(H2)) > アンチモン(Sb) > ビスマス(Bi) > 銅(Cu) > 水銀(Hg) > 銀(Ag) > パラジウム(Pd) > 白金(Pt) > 金(Au)

●アクア用
カリウム(K) > カルシウム(Ca) > ナトリウム(Na) > マグネシウム(Mg) > アルミニウム(Al) > マンガン(Mn) > 亜鉛(Zn) > 鉄(Fe) > 鉛(Pb) > (水素(H2)) > 銅(Cu) > 水銀(Hg)

【覚え方】
●陽イオン
貸そうかな、まああてにするな、ひどすぎる借金

貸そう(K)か(Ca)な(Na)、ま(Mg)あ(Al)あ(亜鉛:Zn)て(鉄:Fe)に(Ni)する(Sn)な(鉛:Pb)、ひ(H)ど(銅:Cu)す(水銀:Hg)ぎる(銀:Ag)借(白金:Pt)金(金:Au)

●陰イオン
のっそり王さんくるぶし痛い

のっ(NO3:硝酸イオン)そり(SO4:硫酸イオン)王さん(OH:水酸化物イオン)くる(Cl:塩化物イオン)ぶし(Br:臭化物イオン)痛い(I:ヨウ化物イオン)

 

ラッセル車。

 

こんな感じで、いろいろと調べてみるとわかったことが多々あります。
延べ100時間くらい(?)調べましたが、それなりの収穫はあったんじゃないでしょうか。
KHに関しては、仮定のさらに仮定での測定なので、理論的には有り得ないことも起こり得る・・・と。
ゼオライトに関しては、溜め水で換水用の水を作る分には、GHを下げてくれるので僕にとっては非常にありがたい、と。
そして、溶出する物質もなく、特に弊害となることもなさそうだ、と。
これだけわかれば、御の字ではないかなと思います。

+++

ここまでやたらめったら調べまくってみましたが、正直これを全部理解できたかというと、疑問です(笑)
ホント、備忘録です、今んとこ。
なので、今後はこれを活かして、水作りに勤しもうかと。
じゃないと、100時間を費やしたのが無駄ですから・・・。
近いうちにまとめ的なことを書いてみようと思います。
そうしないと、理解できないですもん。。。
前進あるのみ!・・・です、ハイ。

 

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  1. 2008/04/29(火) 00:00:00|
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水の化学【その3】

水の化学の第3回目です。
いやはや、長編になってきました(^^;
調べてはみたものの、内容が結構難しいです。
もういっぱいいっぱいです(笑)
高校の化学のサイトとかも参照したりしてます。。。
どこへ行くのか?どこへ行きたいのか?
自分でもよくわからなくなりつつあります(笑)
では、今回もいってみましょうか。。。

+++ 

■塩(えん)とは?
アルカリのイオンと酸のイオンが結びついてできたもののこと。
塩(しお)というと、食塩(塩化ナトリウム:NaCl)のことをいいますが、これも、塩化物イオン(酸:Cl-)とナトリウムイオン(アルカリ:Na+)の結びついたもので、塩(えん)の一種です。
炭酸ナトリウム(Na2CO3)も、炭酸イオン(酸:CO3 2-)とナトリウムイオン(アルカリ:Na)の結びついたものなので、塩の一種です。

■炭酸塩とは?
1)アルカリイオンのうちのどれかが、炭酸イオン(CO3 2-)と結びついた塩、という意味。
炭酸ナトリウム(Na2CO3)、炭酸カリウム(K2CO3)、炭酸カルシウム(CaCO3)などがある。
2)炭酸イオン(CO3 2-)または重炭酸イオン(HCO3-)を含む無機塩のこと。
アルカリ金属、アルカリ土類金属、遷移金属などイオン結合を形成するもののみを含む。

■アルカリ度とは?
水中に含まれるアルカリ成分(炭酸:H2CO3、炭酸イオン:CO3 2-、炭酸水素イオン:HCO3-、水酸化物イオン:OH-等々)を炭酸カルシウム(CaCO3)に換算したもので表される。
つまり、いろいろなアルカリ成分があるので、これをみんなCaCO3に換算して、水中にどれだけの炭酸カルシウム(CaCO3)が存在しているかを表している、ということです。

 

バランス・・・。
オトシン萌え~(笑)可愛すぎ。

 

- - - - -以下は、使っている試薬のところに解説されていたもの- - - - -

■KH試薬
アルカリ度(炭酸水素イオン+αイオン)≒炭酸水素イオン(HCO3-)濃度を測定し、炭酸カルシウム(CaCO3)量に換算したものを逆算してドイツ硬度(dH)として表しています。

■KH
カルシウムイオン(Ca2+)とマグネシウムイオン(Mg2+)と対を成して溶けている炭酸水素イオン(HCO3-)の量を指します。
水中でのカルシウムイオンとマグネシウムイオンは炭酸水素イオン以外に、微量存在する硫化物イオン(SO4 2-)などとも結合しています。
したがって、GH(カルシウムイオンとマグネシウムイオンの総量) > KHというように、必ずGHの方がKHよりも理論的には値が大きくなります。
実際の測定においては、カルシウムイオンやマグネシウムイオンと対になっているかどうかに関わらず、炭酸水素イオン(HCO3-)の量を測定しています。
厳密な意味でのKHとは異なるため、場合によってはこの測定値を「アルカリ度」と呼ぶ場合もあります。
炭酸水素イオンはナトリウムイオン(Na+)とも結合している場合もあるため、実際にはGH > KHという構図が崩れ、KHの方が高くなる場合もあります。

■測定の原理
炭酸水素イオンを含む測定対象の水に、酸(H+を含むもの)を加えていき、HCO3-+H+ → H2CO3という反応を起こさせ、炭酸水素イオンがなくなった時に色が変わるようにしておき、どのぐらいの量の炭酸水素イオンがあったかを測定しています。
これは、1滴ずつ試薬を滴下していくと、試験管の上部は色が変化して、下部は変化していない状態(上部が黄色、下部が青とか)になるので確認できると思う。
この状態で試験管を振ると、溶液が混ざる為、色が一定(1色)になるのが見て取れる。
この状態がまさしく化学反応をしている状態だと思う。

上の反応式にあるように、酸(H+を含むもの)を加えても、炭酸水素イオンがそれと結合して中和し、酸性に変化しにくくしています。
これが「緩衝作用」というもので、このおかげで炭酸水素イオンがある場合(つまりKH値が高い場合)はpHの急激な低下が起こりにくくなります。
ちなみに、KHの測定単位であるdHは、1dHが28.9mg/lのCa(HCO3)2の量に相当します。

- - - - -ここまで- - - - -

 

ネグロ。
コケ汚ねぇ・・・。見なかったことに(笑)

 

【これまでの話をまとめると・・・】
●実際の化学におけるKHは、炭酸水素イオン量=カルシウムイオン量+マグネシウムイオン量
●アクアでのKHは、まず、アルカリ性物質は炭酸水素イオンと【仮定】する。
炭酸水素イオンは全てカルシウムイオンと結合していたと【仮定】する。
以上のことから、炭酸水素イオン量=カルシウムイオン量となり、炭酸イオン量を測ればKHが判明するんだ!としている。
【仮定】が多いから、ありえない数値が出てきたりすんだよーー!!コンチクショー!!
でも、信憑性のない数値かといえば、そんなこともないので、余計に混乱する・・・と。
●結論的なことをいうとすれば、GHの数値が低い場合の(アクアでいう)KHの数値は、ちょっと疑ってもいいんじゃないの?ってことですかね。
GH>KHという法則?が逆転する場合もあるからね。

 

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水の化学【その2】

ここのところちょっと忙しく、更新ができませんでしたが、やっと【水の化学】第2回目です。
今回は、KHなどに関して書いてみたいと思います。

+++

★まずは、KHとかイオンとかその辺の話から・・・

■イオンとは?

電荷を帯びた原子や原子団(原子がいくつか集まったもの)のこと。
ヘリウムやネオン、アルゴンなどの希ガスは一番外側の電子殻の電子が2個または8個で、この数は原子の中で一番安定した数である。
そのため、他の原子も希ガスと同じように一番外側の電子を8個にして安定したいんですね。
そこで、一番外側の電子を捨てたり、どこかから電子を拾ってきて8個にしようとするのです。
そうしてできたのがイオンというわけです。
電子を失って正(+)の電荷をもったものを陽イオン、電子を得て負(-)の電荷をもったものを陰イオンといいます。

■酸とは?
水溶液中で電離して水素イオンを生じる物質のこと。
■塩基とは?
水溶液中で電離して水酸化物イオンを生じる物質のこと。
■電離とは?
水溶液中で陽イオンと陰イオンに分かれること。
化学式でいうと酸にはHがあるのでこれが水素イオンになり、残りの部分が陰イオンになる。
塩基にはOHがあるのでこれが水酸化物イオンになり、残りの部分が陽イオンになります。

 

エビだー。

 

■水のKHについて
「KH」(ケイエイチ)は、GHとセットで水質を表わすものとして使われる。
また、漢字で書かれた「炭酸塩硬度」も同じように水質を表わします。
この「KH」が今回の混乱の元凶でした(笑)
学問の化学でいう理論的な「KH」と、アクアの世界でいう「KH」との違いが説明を難しくしているんですよね。。。

■理論上の「KH」について
これは対象となる水中に溶け込んでいる炭酸水素イオン(HCO3-)と結合しているカルシウムイオン(Ca2+)とマグネシウムイオン(Mg2+)だけの合計量を表したものです。
それ以外の陰イオン(硫酸イオン:SO4 2-や塩素イオン:Cl-など)と結合しているカルシウムイオン(Ca2+)とマグネシウムイオン(Mg2+)の合計量は非炭酸塩硬度と呼びます。
考え方として、GHは陽イオン結合分子(Ca+やMg+)で分ける方法で、この炭酸塩硬度と非炭酸塩硬度は陰イオン結合分子で分ける方法なので、GH=KH+非炭酸塩硬度という式が成り立ちます。

■アクアで使われている「KH」について
例えば、アルカリ性の水に塩酸(強酸性の液体)を1滴づつ加えて中和(アルカリ性からちょうど中性になった状態)するまでに消費した塩酸の量を測ります。
中和した状態では、使用した酸の量は水に含まれていたアルカリ性の物質の量と等しいため、アルカリ性物質はその代表である炭酸水素イオン(HCO3-)であったと仮定します。
また、その炭酸水素イオン(HCO3-)は全てカルシウムイオン(Ca2+)と結合していたとして換算し、「KH」(炭酸塩硬度)であるとしています。
これは全てが仮定の条件であり、現実と同じであれば正しいんですが、実際にはアルカリ性の物質は全て炭酸水素イオン(HCO3-)ではないでしょう。
一般的にpH8以下の水では、炭酸イオン(CO3 2-)の多くは炭酸水素イオン(HCO3-)に変化していると考えられるために、仮にアルカリ性物質の全てが炭酸水素イオン(HCO3-)であったとしても、その結合相手が全てカルシウムイオン(Ca2+)であることは
絶対に考えられません。
例えば、測定した水に含まれていたナトリウム(Na)が炭酸水素イオン(HCO3-)と結合して重曹(じゅうそう(炭酸水素ナトリウム):NaHCO3-)となっても、カルシウムイオン(Ca2+)やマグネシウムイオン(Mg2+)は含まれていない無関係の物質が炭酸水素イオン(HCO3-)と反応しています。
このような物質が「KH」として測定されると、実際の「KH」の値よりも測定値は大きくなって誤差がでます。
(厳密にいうとKHじゃないものも測定されて、KHとして表されてしまうからですね。)

 

トリファだー。

 

つまり、上のような測定方法では正確な「KH」は測定できないということになります。
さらに無関係の物質までも反応するために理論上では絶対にありえない「GH」よりも「KH」が大きくなるということも発生する可能性があります。
しかし、その正確に測定できない方法がアクアでいう「KH」なのです。

では、理論上でいう「KH」が本当の「KH」とするならば、アクアにおける「KH」とはなんなんでしょうか?
上の測定の方法をもう一度よく見ると、炭酸水素イオン(HCO3-)やカルシウムイオン(Ca2+)は関係なく、ただ酸を使ってアルカリ性物質を中和するまでの量を測っていますね。(⇒中和滴定)
これを学問の化学では、どのくらいアルカリ性であるのかを表わしているので「アルカリ度」と言います。
上の例で詳しく書けば、アルカリ性の水に強酸性の液体である塩酸を入れてpHが一時的に低下しても、塩酸の酸イオンと水中の炭酸水素イオンが反応して消費されるために、下がったpHはすぐに元に戻ってしまいます。
ですが、中和した状態から後はpHは戻ることなくグングンと低下してきます。
このpHがすぐに戻ってしまう度合いが「アルカリ度」です。
ちなみに、pHがすぐに戻ってしまい変動しない状態のことが、よく出てくる「緩衝作用」ってやつです。
理論的な「KH」と、アクアで使っている「アルカリ度」の違いはこんな感じですね。

アクアの場合、「アルカリ度」の方が役に立つために、「アルカリ度」を測定してるんですが、それを「KH」と呼んでいるので僕みたいに混乱するやつが出てくる、と(笑)


+++


いやはや、KHとかなかなか曲者でしたね。
厳密には違うものを測って、KHと呼んでいたなんて・・・。
まったくもって、紛らわしい。
今後は、「KH」と「アルカリ度」をちゃんと分けて使わないと混乱しますね。
でも、表記が一般的に流通しているから「KH」って書いちゃうんでしょうね。
アクアの場合は、「KH」=「アルカリ度」と読み替えた方が良さそうです。

 

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  1. 2008/04/22(火) 00:00:00|
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水の化学【その1】

ゼオライトと長繊維ピートモスなのです。

 

「ホシクサがなかなかうまく育たないので、水質改善してみよう!」と思い立ち、勢いで天然ゼオライト10kgを購入してみました(笑)
写真を見てもわかる通り、めちゃくちゃ多いです、10kg。
・・・ええ、アホですわ(笑)

ゼオライトや水質などについて調べに調べたので、自分の備忘録も兼ねて、それを載せてみようと思います。
というわけで、今日から何回かに分けて、水について化学してみたいと思います。

注)僕は本職じゃないので、間違ってる可能性もあります。
その辺をご理解の上、万が一、これを見てやってみようと思った方は自己責任でお願いしますね。
比較的正しい情報じゃないかとは思ってますが・・・。

+++

■まずは元となる水道水のデータから。
【水道水】
pH・・・7.0
KH・・・3dh
GH・・・5dh
●結構GHの値が高めでした。

■ゼオライトを約1kgほどをポリタンクに入れて、水を作ってみました。
【ゼオライトに水道水を入れてすぐ】
pH・・・7.0
KH・・・3dh
GH・・・4dh
●水を入れてすぐにGHが1dh下がってました。

■ポリタンクにゼオライトと水を入れて、約9時間ほど水中フィルターで水を回してみました。
【換水用:9時間経過後(水中フィルター)】
pH・・・7.4
KH・・・3dh
GH・・・1dh以下
●GHが1dh以下にまで下がりました。(試薬1滴目で色が変化しました)
●pHは、ポリタンクのフタを開けて水を回していたので、CO2が逃げて若干上がったのではないかと思います。

 

気泡にトニナが写ってる。
閑話休題・・・ということで。気泡きれー。

 

■水質改善をする予定の60cm水槽の水質データです。
【60cm水槽水】
pH・・・7.2
KH・・・2dh
GH・・・4dh
●CO2添加前なので、pHが少し高めです。(CO2添加なし、エアレーションあり)

■この60cm水槽に、先ほど作った水にて換水をしてみました。
【水換え後】
pH・・・7.2
KH・・・2~3dh
GH・・・2~3dh
●2~3としたのは、試薬2滴目で色が変わったように見えたのですが、薄かったため2~3dhとしました。

■前回は水中フィルターで水を回しましたが、2回目はエアレーションをしてみました。
【換水用:9時間経過後(エアレーション)】
pH・・・7.2
KH・・・3dh
GH・・・1dh以下
●GHは試薬1滴目で色が変化しました。
●KHは変化なしでした。

■換水後9時間経過し、CO2が添加されたので、再度計測してみました。
【60cm水槽水(換水後9時間経過)】
pH・・・6.4
KH・・・2dh
GH・・・3dh
●換水前よりGHが下がりました。
●pHが下がっているのはCO2添加しているからです。

+++

今回、ゼオライトを使って初めて換水してみましたが、効果はありそうです。
続けていけばGHの低い水になるような気がします。

とりあえず、今日のところは序章という感じで、ここまでにしときます。
次回から、詳しく水質などについて書いていきたいと思います。

このシリーズ、かなーーり長くなりそうな気がします・・・(^^;

 

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  1. 2008/04/15(火) 00:00:00|
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レイアウトを変えてみたのです。

今日は東京は雨でした。
小学校の時からずっと思っている疑問に誰か答えてください。

「なぜ傘は進化しないのか?」

ずっと昔から形が変わってなくて、これだけ科学が進歩してるのにも関わらず雨を完全に防げない傘はこれ以上進化することはないんでしょうか?
謎です。。。

+++

さてと。
マッキーさんにアドバイスをいただいて、早くも10cmキューブのレイアウト変更をしてみました。
ADA式石組みレイアウトとか偉そうに書いておきながら、実はまったくわかってませんでした(笑)
マッキーさんのアドバイスを要約すると・・・

1)親石の頂点と副石の付け根(左下)、添え石を結ぶ三角を描くとほぼ親石の形と変わらないので、三角構図としてのイメージが浮かびにくい。
2)副石が親石の形に変化を持たせていない。

と、いうことだと思います。
合ってます・・・よね?(笑)

そこで・・・

正面なのだ。

正面から見るとこんな感じにしてみました。
変化・・・出てますか?(^^;
少ないスペースでなんとか表現してみました。

斜めから。

斜めから見るとこんな感じ。
もうちょっと斜めから撮ればよかった・・・。

岩~。

岩のアップ。
・・・変化持たせすぎか!?

 

あ、真上から撮るの忘れた・・・。
添え石は少し前方に配置して、真上から見ても三角構図になるように配置してみました。
こんなレイアウトはどうでしょ。

 

なんかこのレイアウト、正面からより斜め45度の角度からの方が決まって見える気がする・・・と今思った(笑)

 

 

岩が照らされ・・・。

 

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  1. 2008/04/01(火) 00:00:00|
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