Amoniak czy amon? Kiedy NH₄⁺ zamienia się w trujący NH₃
W wodzie amoniak występuje jednocześnie w dwóch formach: jako jon amonowy NH₄⁺ (amon) i jako wolny amoniak NH₃. Obie bez przerwy przechodzą jedna w drugą, a o tym, której jest więcej, decyduje przede wszystkim pH, a w drugiej kolejności temperatura. W kryteriach jakości wody amerykańskiej agencji EPA wolny NH₃ uznano za formę znacznie bardziej toksyczną dla organizmów wodnych: nie ma ładunku, więc łatwiej przenika do organizmu.
Test akwarystyczny mierzy obie formy razem. Przy 25 °C i pH 7,0 wolnego NH₃ jest 0,566% tego, co pokazał test. Przy pH 8,0: już 5,384%. Ten sam wynik testu, 1 mg/l, oznacza więc 0,0057 mg/l NH₃ w pierwszej wodzie i 0,0538 mg/l w drugiej: ponad dziewięć razy więcej. Udział wolnego NH₃ policzysz w kalkulatorze amoniaku NH₃.
Równowaga, która zależy od pH
Amon i amoniak łączy prosta reakcja: NH₄⁺ ⇄ NH₃ + H⁺. Im mniej jonów wodoru w wodzie (czyli im wyższe pH), tym bardziej równowaga przesuwa się w stronę wolnego NH₃. Udział NH₃ opisuje wzór:
udział NH₃ = 1 ÷ (1 + 10^(pKa − pH))
pKa to wartość pH, przy której obu form jest po połowie. W 25 °C wynosi 9,2448. W akwarium słodkowodnym pH prawie zawsze leży poniżej tej wartości, więc przeważa amon, ale każda jednostka pH w górę zwiększa udział NH₃ mniej więcej dziesięciokrotnie. Tak wygląda to dla 1 mg/l amoniaku całkowitego w 25 °C:
| pH | Udział NH₃ | Wolny NH₃ przy 1 mg/l w teście |
|---|---|---|
| 6,0 | 0,057% | 0,0006 mg/l |
| 6,5 | 0,18% | 0,0018 mg/l |
| 7,0 | 0,566% | 0,0057 mg/l |
| 7,5 | 1,768% | 0,0177 mg/l |
| 8,0 | 5,384% | 0,0538 mg/l |
| 8,5 | 15,251% | 0,1525 mg/l |
Dlaczego pH ma tak duży wpływ, wyjaśniamy w tekście o skali pH: jedna jednostka to dziesięciokrotna różnica w stężeniu jonów wodoru.
Temperatura: mniejszy, ale realny wpływ
Temperatura przesuwa samo pKa. Wzór, którego używa kalkulator, pochodzi z pracy Emersona i współautorów (1975), a powtarza go dokument EPA z 2013 r.:
pKa = 0,09018 + 2729,92 ÷ (273,2 + T), gdzie T to temperatura w °C.
Przy pH 7,5 i 1 mg/l amoniaku całkowitego wolnego NH₃ jest:
- w 20 °C: 0,0124 mg/l (pKa 9,401),
- w 24 °C: 0,0165 mg/l,
- w 28 °C: 0,0217 mg/l (pKa 9,1537).
Różnica między 20 a 28 °C jest wyraźna, ale mniejsza niż między pH 7,0 a 8,0. pH wchodzi do wzoru jako wykładnik, temperatura tylko przesuwa pKa. Nie lekceważ jej jednak przy porównaniach: w chłodnym oczku wodnym, w 15 °C i przy tym samym pH 7,5, wolny NH₃ to 0,859% amoniaku całkowitego, a w ciepłym akwarium w 28 °C: 2,172%.
Co z tego wynika w praktyce
- Zapisuj pH i temperaturę razem z wynikiem testu. Sama liczba amoniaku całkowitego nie mówi, ile jest NH₃.
- Twarda woda i wysokie pH zmieniają wagę odczytu. Jeśli Twoja kranówka jest twarda, a pH w akwarium jest wysokie, ten sam wynik testu oznacza więcej wolnego NH₃ niż w miękkiej, kwaśnej wodzie.
- Uważaj na wzrost pH. W akwarium roślinnym pH zwykle rośnie, gdy wyłączasz dozowanie CO₂ na noc. Podmiana wodą o wyższym KH też podnosi pH. Amoniak całkowity się nie zmienia, a udział NH₃: tak.
- Oczko wodne latem: dwa czynniki naraz. W słońcu rośliny i glony zużywają CO₂, więc pH w ciągu dnia rośnie, a woda jest cieplejsza niż wiosną. Ten sam wynik testu po południu może oznaczać wyraźnie więcej wolnego NH₃ niż rano.
- Obniżenie pH nie usuwa amoniaku. Zmniejsza tylko udział formy wolnej. Amoniak z wody usuwa podmiana, a w dojrzałym akwarium przerabiają go bakterie nitryfikacyjne. Jak to wygląda na starcie, opisujemy w tekście o cyklu azotowym z wodą amoniakalną.
Nie podajemy „bezpiecznej” granicy NH₃. Nie ma jednej liczby, popartej źródłem pierwotnym, która pasowałaby do wszystkich gatunków. Kalkulator mówi, ile wolnego amoniaku masz, a ocenę zostawia Tobie i literaturze dla Twojego gatunku. Jeśli ryby wyglądają na chore, skontaktuj się z lekarzem weterynarii.
Gdzie równanie przestaje działać
Procedura Departamentu Ochrony Środowiska Florydy (Florida DEP), z której bierzemy zakres ważności, podaje pH od 6,0 do 10,0 i temperaturę od 0 do 50 °C. Poza tym zakresem kalkulator zamiast liczby pokazuje ostrzeżenie. Równanie pochodzi z dokumentu EPA dotyczącego wód słodkich: do akwarium morskiego nie przenoś go bez zastrzeżeń. Wszystkie współczynniki i dokumenty wymieniamy na stronie Źródła.
Policz swój przypadek w kalkulatorze amoniaku NH₃: wpisz wynik testu oraz pH i temperaturę zmierzone w tej samej próbce wody.