Zpracované otázky - CHEMIJE

24. Dusík ve vodách – formy výskytu, význam, koloběh

Anorganické sloučeniny dusíku ve vodách

Z anorganických dusíkatých sloučenin mají největší význam amoniak, resp. amonné ionty, dusičnany a dusitany, tvořící většinou velice dobře rozpustné sloučeniny. Z dusičnanů a dusitanů se ve vodním roztoku disociací uvolňují ionty NO3- a NO2-.

Amoniak se vyskytuje ve dvou ve vodě dobře rozpustných formách, a to v disociované jako amonné ionty NH4+ a nedisociovaný NH3, resp. hydratovaný NH3.H2O. Vzájemný poměr obou těchto forem je určen koncentrací iontů v prostředí (pH), s jejíž změnou dochází i ke změně poměru těchto forem dle vratné rovnice: NH4+ = NH3 + H+

Rovnováha dle GW zákona: $\frac{c\left( \text{NH}_{3} \right)\text{.c}\left( H^{+} \right)}{c\left( \text{NH}_{4}^{+} \right)} = K_{a}$

Logaritmováním dostaneme: $\log\frac{c\left( \text{NH}_{3} \right)}{c\left( \text{NH}_{4}^{+} \right)} = pH + \log K_{a}$

Kde Ka je disociační konstanta amoniaku, je závislá na teplotě. Poměr koncentrace obou forem amoniaku závisí na hodnotě pH. Čím je pH vyšší, tím větší je podíl nedisociované formy a naopak.

Disociace amoniaku je důležitá z hlediska jeho toxického působení. Zatímco disociovaná forma je neškodná do poměrně vysokých koncentrací, nedisociovaná forma působí toxicky, zvláště na vodní organismy (ryby).

Při vyhodnocování přeměn dusíkatých sloučenin je výhodné vyjadřovat jejich koncentraci koncentrací dusíku v nich obsaženého. Přitom symboly: N-NH4 – dusík vázaný v amoniaku (v disociované i nedisociované formě), N-NO3 – v dusičnanech, N-NO2 – dusitanech, N-org – organických látkách, N-celk – celkový, N-kj – dusík Kjeldahlův (N-NH4 + N-org).

Koloběh dusíku v přírodě

Dusík je obsažen v organické hmotě všech živých tvorů. Organická hmota odumřelých jedinců nebo produktů jejich zpracování i produktů metabolizmu živočichů a člověka je rozkládána mikroorganizmy, při čemž dusík je uvolňován ve formě amoniaku, ať probíhá děj v aerobním nebo anaerobním prostředí. V aerobním prostření je amoniak oxidován nitrifikačními bakteriemi na dusitany a dále na dusičnany. Naopak procesy denitrifikačními jsou v anoxických podmínkách redukovány dusičnany na dusitany a tyto na elementární dusík a oxid dusný, malá část může přecházet na amoniak. Elementární dusík jsou schopny syntetizovat do buněčné hmoty a tím fixovat mikroorganizmy, žijící v symbióze na kořenovém systému motýlokvětých rostlin, ale i některé sinice rodu Microcystis. Elektrickými výboji a ve spalovacích motorech je dusík oxidován na oxidy dusíku, které dávají ve vodném prostředí kyselinu dusičnou. Amoniak a dusičnany jsou přijímány rostlinami ke stavbě buněčné hmoty. Tuto schopnost mají i mikroorganizmy, kdežto živočichové přijímají dusík vázaný v organických sloučeninách, obsažených v rostlinné nebo živočišné potravě.