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Química Agua Dulce Todo sobre la química del agua en acuarios de agua dulce: pH, dureza, nitritos, amoniaco, nitratos, etc.

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Antiguo 09-05-2005, 05:13 AM   #1 (permalink)
Gran Acuariofilo
 
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Predeterminado El Amoniaco NH3

AMONIACO,NH3


Se genera por las heces y la urea de los animales como desecho principal y mediante la descomposición de la materia orgánica en particular los compuesto nitrogenados como las proteínas.

Este trabajo también lo desempeñan ciertas bacterias.


PROPIEDADES FÍSICAS

A la temperatura ordinaria es un gas incoloro y tiene un olor picante característico.

La naturaleza polar de la molécula NH3 y la posibilidad del N de formar enlaces de hidrogeno les permite atraerse con inusual fuerza en comparación con moléculas de tamaño parecido (O2, N2) lo que determina elevados valores de PF, PE y calor de valoración:

Punto de Fundición (solidó / liquido) a -77,8ºC
Punto de Ebullición (liquido / gas) a -33,4ºC
Calor de Valoración, 23.3KJ/mol

son elevados teniendo en cuenta que el cero absoluto ronda los -273ºC. Otra molécula de tamaño parecido es el agua H2O, que tiene un carácter polar mucho mas marcado y se atraen con mayor fuerza:

Punto de Fundición a 0ºC
Punto de Ebullición a 100ºC
Calor de Valoración, 56,1KJ/mol


Es un gas muy soluble en H2O. Es importante entender que la solubilidad no distingue si hay reacciones posteriores. Por ejemplo el dióxido de carbono disuelto forma anhídrido carbónico, lo que permite disolver mas dióxido de carbono. En el caso del amoniaco, tenemos la formación del ion amonio,

NH3(ac) + H2O <==> NH4+ + OH-

A temperatura de 25ºC, este equilibrio esta muy desplazado hacia la izquierda. No obstante es importante distinguir que existen 2 tipos de moléculas presentes, el NH3(ac) y el NH4+, el primero responde a una molécula hidratada y el segundo es un ion con carga, que le permite hidratarse de manera diferente y que es mucho mas agresivo y toxico para la vida biológica.

Aunque ambos compuestos son tóxicos, el ion amonio NH4+ es mortal en bajas concentraciones y la tolerancia al amoniaco NH3 es mucho mayor.

De hecho el amoniaco tiene algunos usos directos en acuarofilia. Es ideal para activar el filtro y desarrollar rápidamente una activa colonia de bacterias nitrificantes. De esta manera superaremos rápidamente el pico de nitritos y el acuario estará ciclado y listo para la introducción de peces.

Asimismo, el amoniaco transformado en nitritos por las bacterias del filtro servirá como fuente de Nitrógeno, el principal macro nutriente responsable del crecimiento sano de las plantas. No obstante, para abonar con Nitrógeno, se suele comentar el uso de acido nítrico, ya que contiene nitratos listos para ser asimilados por las plantas directamente.



Propiedades Químicas

En las reacciones químicas, el NH3 puede actuar como base.

Comportamiento básico=se debe al par de electrones no enlazantes de su molécula, capaz de unirse a un protón por un enlace covalente coordinado.

NH3 + H2O <==> NH4+ + OH- Kb=1.8x10-5

El valor de Kb indica que es una base débil, por lo que se utiliza en muchas reacciones como fuente moderada de iones OH-.

El problema es que el ion amonio es extremadamente venenoso en el acuario, por lo que debemos asegurarnos de que los cambios de pH y en concreto las caídas no sean rápidas. Se comenta que 0,2pH por hora es un límite general.

Si queréis bajar el pH del acuario, es recomendable usar un equipo de goteo, de los que se venden en farmacias, para que añadan lentamente el acido muy disuelto.



Reacciones en NH3 liquido

En el NH3 liquido al igual que en el H2O liquido, se observan reacciones de tipo Acido / Base.

Inicialmente se pensaba que el comportamiento acido / base estaba limitado a soluciones acuosas, pero la capacidad del N de formar puentes de hidrogeno le permite emular al agua y servir como catalizador de las reacciones ácidos / base.

Tened en cuenta que los ácidos y bases en su estado cristalino (solidó, no disueltas) son sales, blancas y polvorientas, parecidas a la “sal” común o el bicarbonato sódico. Si mezclamos sales de acido clorhídrico HCl y sosa NaOH no reaccionaran ya que están unidas entre si por fuertes enlaces iónicos. Se necesita una molécula polar para hidratar, romper los enlaces, y movilizar los iones.

Como con el H2O la transferencia de H+ puede tener lugar desde una molécula a otra del propio NH3. Así en NH3 líquido existe la auto ionización:

NH3 + NH3 <==> NH4+ + NH2- K=10-30

Análoga a la auto ionización del H2O, pero en mucho menor grado.

H2O + H2O <==> H3O+ + OH- K=10-15,74

Esta constante es la que se conoce como la constante de ionización del agua o producto iónico del agua, que se simplifica y expresa como:

KH2O = pH+ pOH = 14

El H3O+ es el ion hidrónio, el H+ como tal o protón libre existe solo en ridículas cantidades, ya que rápidamente forma un puente de hidrogeno con otra molécula de agua, y este enlace es tan fuerte como uno covalente:

H2O <==> H+ + OH- K= 10-300

Por tanto, entiendan que por simplicidad hablemos de H+ en vez de H3O+, y en general, cuando vean una referencia a H+, entiendan que en la practica el H+ esta asociado a una molécula de agua, formando hidrónio. Por ejemplo el pH mide la concentración de H3O+, no del protón libre H+.


NH4+ y NH2-

En nuestro acuario lo ideal es un pH neutro (pH 7), algo mas para algunas especies generalmente de aguas duras y un poco menos para las de aguas blandas y las plantas.

Esto se debe a que los iones H+ y OH- son altamente perjudiciales. El acido clorhídrico (agua fuerte, salfumant, acido muriático) tiene en solución estándar pH 1 y el hidróxido sódico (sosa cáustica) llega a pH 13. Como imagináis no queremos añadir estos productos al acuario y debemos considerarlos como extremadamente tóxicos.

No es sorprendente que la vida se desarrolle entorno a un pH de 7, es el pH en el que la cantidad de H+ y OH- es mínima. El pH baja por un aumento exponencial de H+, y sube por un aumento exponencial de OH-.

Veamos que pasa a diferentes pH, para entender las implicaciones del la auto ionización del agua:

KH2O = pH + pOH = 14

pH = -log [H+] pOH = –log [OH-]

A pH 7, la concentración de H+ es 0.0000001mol/l y la de OH- también (pOH = 14 – pH = 7):

[H+] + [OH-] = 0.000002mol/l

A pH 1, la concentración de H+ es 1mol/l y la de OH- 0.000000000001 (pOH = 13), es decir, insignificante:

[H+] + [OH-] = 1mol/l

Igualmente a pH 13 (sosa), ya que la concentración de OH- es 1mol/l

Vemos como la cantidad de iones tóxicos es 5 millones de veces mayor en el acido clorhídrico o una solución de sosa cáustica, que en el agua neutra.

En NH3 liquido como disolvente, el ión amonio NH4+, es el ácido análogo al H3O+, en disoluciones acuosas y el ión amiduro, NH2-, es la base, análoga al OH- acuoso. Por tanto, debemos considerar al NH4+ como un compuesto extremadamente toxico.

El ion amiduro solo esta presente a pH elevados, que no se observan en la naturaleza. Igualmente la presencia de NH4+ esta condicionada por el pH del agua.

Recordemos el ciclo del carbón, donde el acido carbónico pasa a ion bicarbonato y finalmente a ion carbonato mientras pasamos de un pH de 1 a 13.

H2CO3 <==> HCO3- + H+ <==> CO3= + 2H+

De manera análoga se nos presenta el ciclo del nitrógeno, el ion amonio pasa a amoniaco y finalmente se convierte en amiduro a pH elevados.

NH4+ <==> NH3 + H+ <==> NH2- + 2H+

Como hemos visto, en condiciones normales el equilibrio favorece el NH3, pero una caída de pH desplaza el equilibrio hacia el NH4+.

Una caída de pH pronunciada puede desencadenar un rápido aumento del amonio, por ejemplo, accidentalmente se vierte el bote de comida para peces en el acuario, se descompone generando NH3, y ácidos (úrico, húmico, nítrico). El amonio aumenta por el aumento de NH3 y la caída de pH que desplaza el equilibrio. Este cambio se precipita una vez que se anula la capacidad tampón de los carbonatos y la caída de pH se acelera.

Esta es la autopsia de muchas catástrofes, evitarla es sencillo:
- Mantener suficiente capacidad tampón, KH > 3.
- No sobre poblar el acuario.
- Evitar excesos de comida y accidentes como el descrito.
- Hacer cambios de agua regulares.
- Etc.


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Predeterminado

Cita:
A temperatura de 25ºC, este equilibrio esta muy desplazado hacia la izquierda. No obstante es importante distinguir que existen 2 tipos de moléculas presentes, el NH3(ac) y el NH4+, el primero responde a una molécula hidratada y el segundo es un ion con carga, que le permite hidratarse de manera diferente y que es mucho mas agresivo y toxico para la vida biológica.

Aunque ambos compuestos son tóxicos, el ion amonio NH4+ es mortal en bajas concentraciones y la tolerancia al amoniaco NH3 es mucho mayor
Esto es exactamente alrevés. La toxicidad de un compuesto depende, aparte de su actividad específica en una ruta metabólica, básicamente de la capacidad de penetración del tóxico por las membranas celulares. Una molecula polar (el NH4+) tiene en la membrana celular una fuerte barrera, mientras que una substancia sin carga (NH3) difunde libremente a través de ella, por tanto entra y su toxicidad es mucho mayor.

Es por esta misma razón que el NO2- es más tóxico que el NO3-. El nitrato es un ión que viene de un ácido fuerte, por tanto siempre presentará carga (la membrana celular lo rechaza) mientras que el nitrito procede de un ácido débil, por tanto tiene fácil la reversión al ácido nitroso (sin carga) que entra en la célula y presenta toxicidad. Esta reversión es mayor cuanto más bajo es el pH o mayor es la concentración del nitrito.

Las substancias polares que le interesa a la célula recoger, deben atravesar la membrana celular mediante unos "transportadores" específicos, con gasto de energía. Las substancias polares que presentan toxicidad, normalmente compiten por el transportador con la substancia que pretende dejar entrar.

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