Acquario: la chimica in azione
L’acquario è un ecosistema acquatico in miniatura in cui vivono pesci, spesso di origine tropicale, e alghe la cui sopravvivenza è legata agli aspetti chimici.
La maggior parte dei pesci che vivono in un acquario sono ammoniotelici ovvero hanno la caratteristica di eliminare l’azoto organico sotto forma di ammoniaca. In un acquario vi sono anche residui organici provenienti dal metabolismo dei pesci, avanzi di cibo e piccole quantità di alghe in decomposizione.
Ciclo dell’azoto
Queste sostanze costituiscono la base del ciclo dell’azoto in cui l’azoto organico viene attaccato da batteri Nitrosomans. Essi trasformano in carbonio inorganico secondo un processo detto di mineralizzazione in cui si forma ammoniaca e biossido di carbonio.
L’ammoniaca è uno dei maggiori inquinanti dell’acqua e può determinare la morte dei pesci.
La concentrazione di ammoniaca dipende dal pH l’ammoniaca è in equilibrio con lo ione ammonio e, al diminuire del pH aumenta la concentrazione di ione ammonio.
Reazioni
Le piante e le alghe possono assorbire una piccola quantità di ammoniaca e di ammonio. Tuttavia la gran parte di ammonio è convertito da parte di batteri nitrificanti, in nitriti durante il processo di nitrificazione secondo la reazione:
2 NH4+ + O2 → 2 NO2– + 4 H+ + 2 H2O
I nitriti sono tossici per pesci e molluschi in quanto bloccano il trasporto d’ossigeno nel sangue ostacolando in questo modo la respirazione cellulare analogamente a quanto avviene per l’uomo a seguito di inalazione di monossido di carbonio.
Se la concentrazione dei nitriti supera il valore critico di 0.5 mg/L bisogna prendere dei provvedimenti. Infatti se si raggiunge un valore di 2.0 mg/L la situazione diventa critica per i pesci che muoiono a valori di 5.0 mg/L.
I nitriti sono poi ossidati a nitrati ad opera di batteri Nitrobacter secondo la reazione:
2 NO2– + O2 → 2 NO3–
Da pochi anni, tuttavia, è stato scoperto che i batteri appartenenti alla famiglia Nitrospira dei quali si conosceva la loro capacità di ossidare i nitriti a nitrati, sono in grado di agire già nel primo passaggio del processo di nitrificazione.
L’ultimo passaggio che chiude il ciclo dell’azoto è la denitrificazione in cui i nitrati sono convertiti in azoto molecolare ad opera di alcuni batteri come Bacillus e Pseudomonas che hanno azione denitrificante.
Un acquario è quindi un ecosistema delicato che deve essere sottoposto a una manutenzione continua per evitare che i pesci, sottratti al loro habitat naturale, possano sopravvivere.