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土壌について考える

土壌(ソイル)はマイナス荷電を有している
(荷電とは、素粒子が持つ性質の一つである)





よくソイルには「吸着系」「栄養系」と言った区別をする事がありますが、
厳密に言うとソイルの吸着能力というものは付加価値ではなく、本来ソイルが必ずもっている能力です。


底床にソイルを使った水槽へ水を張ると、かなり水が濁りますが次の日には
透明なキラキラした水になっていませんか?


実際には粘土と腐食が結合して粘土腐食複合体というコロイドになり、陽イオン
交換が行われています。 (コロイドとは、0.01〜1マイクロくらいの粒子の総称)
そのため、ソイル(コロイド)である限り吸着能力は必ず付随してきます。



アマゾニアに代表される栄養系と呼ばれるソイルにはアンモニウムイオン(NH4+)や
カリウムイオン(K+)などの陽イオンを当初から多量に含んでいる為
水槽内に導入した初期頃は水が濁る(黄ばむ)ことが多いのです。これはコロイドがイオン交換により、陽イオンであるアンモニウムイオンなど手放(放出)しているからで、水中バランスが整うまで時間が必要となります。

吸着系はこれら陽イオンを最初からほとんど保持していない為、過剰なイオン交換が起こらず水質変化が少ないのだと思われます。
その為、水質の安定が早く、生物の早期導入が可能なのでしょう。
これは吸着系と呼ばれているソイルの利点でもあり、欠点でもあると言えます。
個別 図
余談ですが、ひと昔前は立ち上げ当初の黄ばみ方や色味で「今回のは良いロットだよ。前回はダメなロットだった。」など、アマゾニアを使って色々と意見交換したものです。

ソイルの粒(コロイド)は腐食といわれる有機養分と、良質な粘土が適当量含まれており、その粘土と腐食によってイオン交換という作用が起こります。これはソイルだけではなく陸上の土でも同様に起こっている作用です。

このコロイドの表面はマイナスの電気を持っており、プラスの電気を持つ陽イオンと結びつきます。
そのため、イオン交換による反応はカルシウムイオン(Ca+) やマグネシウムイオン(Mg+) をコロイドが吸着するわけで、その作用による結果として硬度が下がり水槽内の水は軟水化になるのです。

この陽イオンに結びつく効果が理論上、吸着と同じ効果 となっていると思います。


イオン交換とは・・・
ある種の物質をイオンを含む電解質の溶液に触れさせておくと,その物質中のイオンが溶液に出て,またそれと当量の同種イオンが溶液中からその物質に取込まれる現象がみられる。
この現象をイオン交換といい、この作用を示す物質をイオン交換体という。


どういう順番で結合するのかは原子価 結合の手数によっても異なりますが、
ソイル(コロイド)への吸着性は、陽イオンの電荷が大きいほど吸着性が高くなります。
電荷の等しいイオンであれば、原子半径が大きいほど水和イオン半径が小さいために、コロイド内での交換が起こりやすいためソイルにより吸着します。
すなわち、ソイルに対して、ナトリウムイオン(Na+)と、カルシウムイオン(Ca2+)を溶液として流せば、コロイドにより吸着するのは、Ca2+イオンです。


手始めに水槽内での代表的な陽イオンを挙げてみましょう。
●水素イオン(H+)
●アンモニウムイオン(NH4+)
●カルシウムイオン(Ca2+)
●マグネシウムイオン(Mg2+)


ソイル 図

H > Ca > Mg > K = NH4 > Na

上記に記載した優先結合順位となります。
(左による程、長期結合する)



陽イオンを持った元素としてはアンモニウムイオン(NH4+)、カリウムイオン(K+)、ナトリウム (Na+)、カルシウムイオン(Ca2+)、マグネシウムイオン(Mg2+)、水素イオン(H+) etc.

逆に硝酸イオン(NO3−)や硫酸イオン(SO4−)などは陰イオンのため吸着はされません。


今現在、俗に栄養系と呼ばれているソイルは、すでにコロイドの陽イオン交換(吸着)出来るほぼ一杯まで吸着されているために吸着出来る能力が少なく、言い換えると栄養系のソイルは 「色々な栄養素でお腹がいっぱいに近いソイル」 とも言えます。

あえて『近い』と言ったのには意味があり、栄養系ソイルの筆頭でもあるアマゾニアでさえも実際には微妙にではありますが、吸着能力があります。

その為、元素や有機物を更に吸着結合するには、既に結合している陽イオンのどれかを手放さなくては為りません。
この様な場合、まず原子価結合の弱いイオンから順番に切り離し、入れ替えを行います。

栄養系と呼ばれるソイルは上記でも記載したとおり最初から多量のイオンが含まれた状態の為、他の陽イオンを取り込むためには原子価結合力の弱い所に位置しているアンモニウムイオン(NH4+)などの陽イオンとの入れ替えをおこなう必要があり、結果、水槽内で多量のアンモニアが検出される事となります。

これらを無害化するためには数種類のバクテリアの存在が不可欠なため、バクテリアを育て、バランスのとれた水槽内を作る作業、すなわち立ち上げが必要になります。
水槽内のイオンバランス及びバクテリアの定着が上手く軌道に乗ったとき、はじめて「水槽が立ち上がった」と言えるのでしょう。







最後にこれだけは覚えておこう!

『土壌(ソイル)はマイナス荷電を有している』
と。




0513 1

0513 2









イオンとは・・・
何らかの原因で原子が電子を放出したり受け取ったりして、原子全体として電気を帯びた状態の粒子をイオンと言う。一般に価電子の数が1,2,3個と少ない原子は、価電子を放出してそれぞれ1,2,3価の陽イオンになりやすい。また価電子数が5,6,7個と多い原子の場合は、電子殻を満たす価電子を受け取って3,2,1価の陰イオンになりやすい。


硬度とは・・・
総硬度(GH) はカルシウムとマグネシウムの濃度。炭酸塩硬度(KH) はカルシウム、マグネシウム炭酸の結合濃度のことです。一般的に硬度が低い水を軟水、高い水のことを硬水と呼びます。


またねー

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omment

No title
お疲れ様です(^ー^)
今回も楽しく
又、興味深い内容でした!
私も自分なりにソイルについて
勉強してきたつもりではありますが
一つ2つ、掘り下げた話しですね
勉強になりました

何度も繰り返し読んで理解を深めていきます!

shrimpjoker URL | 2016/05/14 19:29 [ 編集 ]

shrimpjokerさん
こんばんは(/・ω・)/

気楽にエビを飼育するつもりが、科学が必要とは。
世の中気楽にはいかないものですねぇ

ソイルと意思疎通が出来れば歯がゆくないんですケドねぇ・・・


B-4labo URL | 2016/05/15 01:16 [ 編集 ]


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