Химия

Химия


Шаг 1. Основы: pH, соли и ионы (или Хороший, Плохой, Злой) - Папа, а почему морская вода такая невкуууусная? - А, это просто сынок. Потому что в ней содержатся соли! - Ух ты, папа, ты так много знаешь! А что такое соли?Опа! Паника!!! - Э-э-э, сынок, иди погуляй во дворе! Лето, как-никак. Определение соли: электрически нейтральный химический компонент, состоящий из двух или более ионов противоположных зарядов.Давайте глянем на морскую соль, химический компонент которой всем известен – NaCl.В твердой форме она стабильна, но что будет, если мы поместим ее в воду?Правильно, она растворится, но что это значит?А то, что она распадется на ионы: Na+Cl-Если
быть предельно точными, то в растворе больше нет соли, ее
кристаллическая структура растворилась, остались только положительные и
отрицательные ионы. Запомните эту мысль, он скоро нам понадобится. Все пока понятно?Отлично, двигаемся дальше! Вода!У
воды много свойств, почти все уникальны. Но что касается ионов, то два
свойства особенно важны: амфотерность и полярность. Начнем со второго.Хотя
может показаться, что термин «полярный» относиться к неким холодным
местам, на самом деле он означает магнитные и электрический поля. Когда
мы говорим, что вода «полярна» мы имеем в виду, что ее молекулы
электрически ассиметричны. Все знают, что химическая формула воды H2O,
если вы не знаете, возьмите зажигалку и подожгите свои волосы в качестве
наказания. Итак, 2 атома водорода, 1 кислорода, но может не все знают, что структура воды выглядит так:Как
видите, вода имеет, своего рода, треугольную форму в которой кислород
слегка (это зависит от того, как на это смотреть) отрицательно заряжен, а
водород, соответственно, наоборот. Кажется мелочью, но без этого факта
растения не смогли бы расти. Амфотерность – это странное слово.
Оно означает, что вода может быть как кислотой, так и щелочью. Для
ясности определения: кислота – это то, что способно выделять ионы H+, а
щелочь – это то, что их поглощает. Если смешать воду с кислотой, она
будет действовать как щелочь, и наоборот. Чистая вода комнатной
температуры состоит из стабильных молекул H2O, но на самом деле
небольшое их количество «поделено» на H+ и OH-.Учтите, что «поделить» - это не совсем правильное слово, скорее они «слагаются»: 2 H2O <--> H3O+ OH-В
конечном итоге разницы нет, мы всегда имеем на одной стороне H+, а на
другой OH-. С этого момента, мы будем считать H+ и H3O+ одним и тем же. В
описаниях реакций вы увидите H3O+, так как это действительная форма,
но, чтобы было понятнее, мы будем говорить H+. В общем, я
сказал «небольшое их количество». Угадайте сколько? 1 на каждые
10.000.000 или 1 × 10-7. Взгляните на эту «-7». Когда-либо задавались
вопросом, что значит pH7? Ну вот, теперь вы знаете.Как мы видим,
pH7 означает, что H+ и OH- присутствуют в одинаковой концентрации. Если
вы пользуетесь обратным осмосом, то это как раз близко к тому, что
течет у Вас из крана. Но если добавить кислоту, вода будет действовать как щелочь, связывая H+H2O + HCl -> H3O+ Cl-H3O+ будет больше, чем OH-. pH понижается. Десятикратное увеличение H+ снижает pH на 1. И наоборот H2O+NH3-> OH- NH4+ OH- больше чем H+. pH растет.Я только что сказал, что чистая вода имеет pH7 и одинаковое количество H+ и OH-. Ну
есть небольшая проблемка, как та, когда у Вас осталось всего 10 грамм и
все еще вега: чистая вода – отличный растворитель, настолько хороший,
что может растворять CO2 прямо из воздуха, создавая углекислотуH2O+CO2 -> H2CO3Так как H2CO3 – кислота, вода действует как щелочь, присоединяя H, и pH понижается до 5.5.Почему
только до 5.5? Я говорил, что вода действует как щелочь со всем, что
более кислотно. В данном случае 5.5 является точкой равновесия. Вы уже,
наверное, думаете, что простым решением будет добавить pH+, но подумайте
вот о чем: если вы увеличите уровень pH, вода снова будет щелочью по
отношению к H2CO3, и все повторится снова. Безнадежно, не так
ли? Ну, есть одна хорошая новость: вода обладает низкой инертностью к
изменениям pH. Другими словами, она легко подстраивается под pH веществ,
с которыми взаимодействует. Теперь вы должны понимать, почему амфотерность так важна.Но что насчет полярности? Ответ
прост (по крайней мере проще, чем с амфотерностью): полярность
позволяет растворять кристаллическую структуру солей, высвобождая
положительные и отрицательные ионы Взгляните на этот рисунок.Соли в воде – это вы и ваша девушка, танцующие среди тысячи Брэд Питов и Анджелин Джоли в середине их семилетнего кризиса.Через пару минут ситуация будет как на рисунке справа. Теперь
перестанем думать о зеленых глазах Анджелины (да, я романтик) и
сфокусируемся на женских растениях. Удобрения – это соли, но растениям
они нужны в ионной форме, иначе они не могут их поглотить.Теперь вы знаете, что такое соли и ионы, как работает вода, и что случится, если их смешать. «Подожди-ка, в заголовке сказано pH, соли и ионы, не вода, соли и ионы! Нахрена я это все читал?»Ну,
pH – это что-то типа баланса между Брэдами и Анджелинами. Слишком много
Брэдов и мало Анджелин приведет к тому, что они забудут о своём
семилетнем кризисе и будут стараться завоевать оставшихся
немногочисленных леди. В трех словах: вам ловить нечего. Если вы дочитали до этого момента, то я уверен, вы уже видели эту таблицу и раньше:Я
не буду детально все расписывать, просто учтите, что любое значительное
отклонение от pH7 может вызвать серьезные проблемы. Как я говорил
ранее, увеличение pH на 1 значит что в растворе в 10 раз больше OH-, на 2
– в 100 раз больше, чем ионов H+.Корни используют H+ и OH- для
поглощения микро и макроэлементы, так что баланс pH в растворе
необходим, чтобы это было возможно. Кроме того, различный pH вызывает
нарушение равновесия между ионами, происходят реакции, которые не
происходят в нормальных условиях, что может привести, к примеру, к
осадку из нерастворимых солей. Шаг 2. Меняем партнеров: ионный обмен и осмотическое давление.Теперь вы знаете, что происходит, когда вы смешиваете свои высококачественные удобрения с водой. Но каким образом растение их ест (или, может, пьет)?На химическом уровне происходят две вещи: осмотическое давление и ионный обмен. Прежде
чем мы начнем, важно, чтобы вы поняли: все в химии идет по направлению к
точке максимального равновесия или, если вам предпочтительней,
максимальной стабильности.Осмотическое равновесие и ионный обмен не являются исключениями: все дело в стабильности и равновесии. Осмотические
мембраны (например, клеточные мембраны) также называются «частично
проницаемыми мембранами». Обычно это означает, что они позволяют
некоторым молекулам (например, молекулам воды) проходит через них, а
некоторые блокировать (например, ионы).В то же время, осмотическое
давление – естественное химическое свойство раствора. Чем ниже
концентрация ионов, тем выше осмотическое давление. Если
концентрации, и, соответственно, осмотическое давление, на двух сторонах
частично проницаемой мембраны (например, клеточной мембраны корней)
различаются, вода будет перемещаться со стороны более высокого давления
(низкой концентрации) к другой (высокой концентрации). Как только
концентрации на обоих сторонах выровнятся, выровнется и осмотическое
давление: равновесие достигнуто. В нормальных условиях концентрация
ионов внутри корней выше, чем в растворе, поэтому вода проталкивается
через частично проницаемую мембрану посредством осмотического давления.
Так, пока вода проталкивается в растение, ионы буквально
захватываются им. Мы только что сказали, что вода в корнях богата
ионами, и вот, что это значит. Часть ионов являются микро и
макроэлементами, которые были поглощены растением, а другая часть - H+ и
OH-, образовавшиеся в результате диссоциации воды.Так как каждый
ион, ионы микро и макроэлементов в растворе имеют свой собственный заряд
(например K+), растение не может просто их забрать, иначе равновесие
будет нарушено. То что оно на самом деле делает, так это заменяет их
равнозначным количеством H+ и OH-.Например:Калий (K+) заменяется на 1xH+Кальций (Ca++) заменяется на 2xH+Магний (Mg++) заменяется на 2xH+Аммоний (NH4+) заменяется на 1xH+Железо (Fe++) заменяется на 2xH+Марганец (Mn++) заменяется на 2xH+Цинк (Zn++) заменяется на 2xH+Нитраты (NO3-) заменяются на 1xOH-Фосфаты (HPO4--) заменяются на 2xOH-Таким
образом равновесие электрического заряда остается прежним. В то же
время корни выпускают H+ или OH-, что приводит к изменениям pH.Шаг 3. Долбанные коллоиды! Буферизация pH и емкость катионного обмена в кокосовом грунте. Кокосовый грунт характеризуется высоким содержанием коллоидов и, соответсвенно, хорошей ЕКО или емкостью катионного обмена.Имейте
в виду, что «катион» - это еще одно название для положительно
заряженных ионов, так что ЕКО означает способность субстрата
обмениваться положительно заряженными ионами (как с раствором удобрений,
так и с корнями). Теперь представьте коллоиды как большие
сферы с отрицательно заряженной поверхностью. Будучи большими и имеющими
сильный электрический заряд они могут связывать огромное количество
катионов (положительных ионов). Даже если электрический заряд разных
ионов имеет одинаковый «вес» (например, K+ и H+ или Ca++ и Mg++), они
по-разному притягиваются коллоидами. Дело во многих факторах, таких как
размер и стерический эффект. Но важнейшим остается электрический заряд,
поэтому Ca++ и Mg++ извлекаются легче, чем H+ или K+.Это очень
важно, так как объясняют почему многие полагают, что для выращивания в
кокосе необходим дополнительный кальций и магний. Я говорю «полагают», потому что на деле растением нужен то же самое количество, что и в других субстратах. Все дело в ЕКО. Итак, мы знаем, что кокос удерживает кальций и магний, как и другие катионы. Это хорошо или плохо?На
самом деле не хорошо и не плохо. Кокос является буфером для удобрений.
Как только ЕКО заполнен (например, посредством постоянного кормления
или, что лучше, погружением в раствор), коллоиды достигнут равновесия с
раствором удобрений. В этом случае, если мы будем поливать чистой водой,
коллоиды высвободят катионы, если мы будем поливать раствором с высоким
PPM, коллоиды будут вынуждены связывать большее количество катионов.То
же относится и к буферизации pH. Так как H+ - катион, коллоиды
притягивают их в большом количестве. Если мы кормим растением раствором с
высоким pH (большим количеством OH- и малым H+), коллоиды выпустят H+, и
наоборот. Как мы уже поняли, все дело в равновесии.Теперь нам
ясно, что главное правильно заполнять ЕКО. Это легко, если, например, на
некоторое время оставить кокос в балансированном растворе с правильным
pH (например, на ночь).Также очень важно замерять входящий и
выходящий PPM. Если входящий РРМ ниже выходящего, значит коллоиды
выпускают ионы. Эта информация об ЕКО может сильно пригодиться, если вы
собираетесь вносить изменения в раствор.Что касается pH, то
корректировать его в растворе до нужных величин – неплохая идея, но
небольшие отклонения могут быть легко скомпенсированы самим кокогрунтом.
В то же время попытки корректировать pH дренажа могут нанести
больше вреда, чем пользы. Как мы видим, изменения pH – это естественные
последствия ионного обмена корнями растений. Кроме того, наличие
субстрата, который влияет на pH добавит вам дополнительных проблем. В
общем, корректировать pH следует только если в вашей воде изначально
высокий PPM (то есть высокое содержание буферных кальция и магния).
Такая вода затруднит выравнивание pH коллоидами (так воде с буферами
потребуется больше ионов H+, чтобы изменить pH, чем воде с низким РРМ).Долгие
циклы на такой воде с высоким pH приведут к тому, что субстрат потеряет
способность компенсировать pH (но это очень редкая ситуация)Обратный осмос или вода из крана с низким РРМ (скажем, ниже 280) обычно делает коррекцию pH бесполезным занятием. Как мы видим, вода без буферных ионов легко меняет pH, так что неправильные значения будут скомпенсированы самим субстратом.Шаг 4. Думай! Думай! Думай!Если
вы честно прочли всю эту скучную простыню, вы уже сами должны понять,
что следует делать и чего следует избегать, выращивая на кокосе. Но давайте все же повторим главное:-
вода для раствора: лучшим решением будет использовать воду из крана,
если РРМ ниже 280. Если выше, то используйте обратный осмос и разводите
ее водой из крана до 210-280 РРМ- pH: если вы используете воду
наподобе той, что указана выше, корректировать ее pH не нужно. Вы можете
корректировать pH раствора, но пожалуйста, не повышайте или понижайте
pH, чтобы корректировать pH дренажа: в этом нет никакого смысла. pH
дренажа может варьироваться вследствие активности корней, это абсолютно
нормально - РРМ: конечно, вы должны корректировать РРМ до нужных
значений. Также важно проверять РРМ дренажа хотя бы раз в неделю.
Значения дренажа и раствора должны быть одинаковыми, или хотя бы
приближенными к ним. Если они отличаются, просто увеличьте длительность
кормления. Например, если вы кормите дважды в день по десять минут,
переключитесь на дважды в день по 12 минут. - время кормления:
кормить растение нужно столько, сколько нужно, чтобы получить
достаточное количество дренажа. Таким образом вы будете уверены, что ЕКО
заполнена и избежите засаливания. Между кормлениями субстрат должен
слегка просыхать. - размер горшка: наилучшие результаты
получаются, если размер горшка позволяет давать 3-4 кормления в день в
периоды максимального потребления у растений. Обычно это довольно
небольшие горшки. - перлит и керамзит. Промывая кокос перед
высадкой (помните, что нужно заполнить ЕКО) вы смоете всю мелкую пыль,
так что останутся только крупные волокна. Поэтому перлит вам на самом
деле не нужен. Если вам его не хватает, лучше уменьшите размер горшка, а
не добавляйте перлит.Надеюсь, что помог Вам!Буферизация: Регулировка емкости катионного обмена в кокосовом грунтеАвтор: Mark WittmanИсточник: Maximum YieldПеревод: gmarvelШирокое
использование добавок кальция и магния в индоре является показателем
того, что многие гроверы открыли для себя емкость катионного обмена
(ЕКО) в кокосовом субстрате. Гроверы замечают дефициты и стараются
исправить их дополнительным внесением кальция и магния. Эта статья
объясняет почему появляются дефициты и как регулировка емкости
катионного обмена, или буферизация, субстрата решает проблему. Кокосовый
субстрат сильно изменился за последнее десятилетие. Раньше большая
часть продуктов из кокоса вымывалась до 700-1100 PPM, и лишь малая часть
из них буферизировалась. Сегодня качественный кокос многократно
промывается и содержит менее 350 РРМ и затем буферизируется. Емкость катионного обмена кокосаЧастицы
почвы и растительного грунта имеют отрицательно заряженную поверхность,
которая притягивает катионы. Сумму отрицательного заряда называют ЕКО.
ЕКО – важный аспект субстрата, так как определяет количество удобрений,
которое субстрат способен удержать до того, как удобрения начнут
вымываться. Растения имеют доступ к катионам, присоединенным к ЕКО. ЕКО
кокоса находится в диапазоне 90-100 мг-экв/100г субстрата. Изначально
ЕКО кокоса содержит калий (K) и натрий (Na), и практически не содержит
кальций (Ca) или магний (Mg). Эти четыре катиона – важнейшие в
буферизации кокоса. Цель – значительно снизить в ЕКО долю K и Na и
увеличить долю присоединенных Ca и Mg. Доля калия может достигать 40
процентов, доля натрия – около 15 процентов. Это важно, потому что если
40 процентов обмена небуферизированного кокоса содержит калий, то мы
имеем 40 мг-экв/100г субстрата однозарядных молекул калия. Сто
грамм веса в перечисленных выше подсчетах – это сухой вес кокоса, а не
вес кокоса в горшке, содержащего влагу. Впитавший влагу кокос имеет
объём 12-15 литров на килограмм сухого кокоса, а 100 грамм, это
естественно, одна десятая от этого количества. Кажется немного, но это
равняется 1,56 грамма калия на сто грамм субстрата. Это большое
количество калия, большая часть которого будет медленно выпускаться в
водный раствор вокруг корней растений. Сравните 1,56 грамм и 0,22 грамма
калия на литр (количество калия равное 220 PPM, то количество, которое
используется в сбалансированном растворе). В пятнадцатилитровом горшке
внося 3,7 литров раствора в день вы будете давать 0,9 грамм калия, а ЕКО
может удерживать 15,6 грамм калия. С таким количеством раствор будет
несбалансированным, о чем более детально будет рассказано дальше.Буферизация кокосаБуферизация
кокосового субстрата достигается путем воздействия на катионный обмен
раствором, содержащим высокие концентрации катионов, которые мы хотим
присоединить – в нашем случае катионы кальция или кальция и магния. Так
как катионы крепко удерживаются, промывка кокоса слабо влияет на состав
катионов. Промывка изменит PPM, но не ЕКО. ЕКО отдает предпочтением
одним катионам над другими. Если катионы Ca, Mg, Na и К присутствуют в
растворе, они будут адсорбироваться по-разному, кальций и магний будут
адсорбироваться в два раза лучше, так как имеют двойной положительный
заряд, в то время как калий и натрий – одинарный положительный заряд
(Ca++, Mg++, K+, Na+) Например, многие производители кокоса
буферизируют свой кокос 8-ю кг нитрата кальция на кубический метр
кокоса. Нитрат кальция содержит 19 процентов кальция, что равняется
1520г Ca, и отсутствие Mg, K или Na, при условии чистой воды. В начале
данного процесса высокая концентрация молекул кальция присоединяется к
субстрату – так, каждая молекула Ca++ адсорбируется, а две молекулы K+
или Na+ выпускается, так как кальций имеет двойной положительный заряд, в
то время как калий и натрий – одинарный положительный заряд. В самом
начале процесс идет очень быстро, но впоследствии концентрация молекул K
и Na замедляет процесс обмена и в конечном итоге все приходит в
равновесие. Процесс буферизации занимает 10-15 минут – к этому моменту
обмен замедлен настолько, что дополнительные замены не стоят ожидания. Некоторые
кокосовые субстраты буферизируются высокими концентрациями Ca и Mg. Это
приводит к меньшему процентному содержанию K и Na и добавляет в ЕКО Mg.
Такой более продвинутый способ буферизации занимает намного больше
времени, но дает намного меньшее содержание K и Na. Этот способ делает
кокосовый субстрат более качественным, с самого первого дня гарантируя,
что все удобрения поступят напрямую к растению, а не пойдут на изменение
ЕКО. Что все это значит для гроверов?Ваша
цель как гровера – смешивать и использовать сбалансированные растворы
удобрений. Если вы используете несбалансированный кокос, ваше
сбалансированное удобрение поглотиться как субстратом, так и растением,
вместо того чтобы поступить напрямую к растению. Так, ЕКО кокоса будет
заменять K и Na на Ca и Mg. Такие замены разбалансируют ваш раствор
удобрений, увеличивая долю K и Na и уменьшая долю Ca и Mg. Вы спросите,
насколько сильно разбалансируют? Ранее я упоминал, что кокос может
содержать до 1,56г K и 0.35г Na на сто грамм субстрата. Концентрация Ca и
Mg в вашем растворе невелика, но достаточна, чтобы высвободить часть K и
Na из ЕКО.Около 15 лет назад я выращивал розы в кокосе, и мы
делали еженедельный химический анализ раствора и дренажной воды. В
первый раз мы отметили, что содержание кальция в дренаже было меньше 40
ppm (обычно из дренажа мы ожидаем 100-150 ppm Ca), а вносили мы 200 ррм
Са. В течение следующих двух недель мы получали тот же самый результат,
так что мы увеличили долю кальция до 400 ppm. Анализ дренажа показал 50
ррм Са. Мы наблюдали за этим три недели и начали вносить 500 ррм, и все
еще не получили заметного изменения ррм Са дренажа. У нас ушло 4 месяца
чтобы анализ дренажа показал концентрацию Са около 100 ррм. Потеря
кальция и магния это одна часть проблемы, другая – это увеличение доли K
и Mg. Высокий уровень K затруднял поглощение Mg. Натрий негативно
сказывался на здоровье растений, и для некоторых растений является
токсичным начиная с 50 ррм. Широкое использование добавок
кальция и магния в индоре является показателем того, что многие
сталкивались с ЕКО в кокосе в аспектах о которых я рассказывал.
Наблюдаемые дефициты могут быть в какой-то мере скоректированы добавками
кальция и магния, но в то же время на рынке есть кокосовые субстраты,
которые были хорошо буферизированы, и в них не нужно вносить
дополнительные кальций и магний.