Anorga03Neben

Aquaristik: Die Grundlagen verstehen

1. ANORGANISCHE ASPEKTE

c. Neben-Ionen I
Stickstoffe
Phosphor

In diese Gruppe gehören Stoffe, die in natürlichem Wasser in nennenswerten, wechselhaften Mengen vorkommen, ohne zu den das Süßwasser definierenden Haupt-Ionen zu gehören - streng genommen sind es Verunreinigungen des reinen Wassers. Ihre Bedeutung liegt vor allem darin, dass Wasserpflanzen aus ihnen ihre Biomasse bilden, wodurch sie unerlässlich sind in Pflanzengewässern. Es sind dies Verbindungen von

Stickstoff N, Phosphor P und Kohlenstoff C sowie Kalium
(zu Kalium unten)

Stickstoffe

Stickstoff als prägendes Element der Proteine ist von größter Bedeutung für nahezu alle Lebewesen, machen doch Proteine etwa die Hälfte der Zell-Trockenmasse aus. Wegen des Stickstoff-Gehalts können Proteine ("Eiweiß") auch nicht durch Kohlehydrate oder Fette ersetzt werden, die ja kein Stickstoff enthalten. Hier von besonderem Interesse sind Stickstoffverbindungen, die für den Stoffwechsel von Flora und Fauna natürlichen Wassers notwendig sind.
Als Verwesung- und/oder Ausscheidungsprodukte, als Überreste tierischer oder pflanzlicher Proteine ("Eiweiße"), schwirren durch natürliches Wasser die Stickstoff-Verbindungen

Urea ("Harnstoff") Nitrat Ammonium

   H4N2CO       NO3-    NH4+
   [die gelbe Lücke zeigt das hier fehlende Elektron]

weiterhin auch die daraus abgebauten

Nitrit   Ammoniak

NO2- NH3

Modelle https://en.wikipedia.org/wiki/Ammonia ff

So, wie der Kohlenstoff die Kohlehydrate und Fette regiert, bestimmt Stickstoff die Proteine, alle drei Nährstoffbereiche bilden mit Wasser nahezu vollständig die Körpersubstanz der hier interessierenden Flora und Fauna - die Konzentration verwertbarer Stickstoffverbindungen ist also ebenso bedeutungsvoll wie das Vorhandensein von Kohlenstoff. Nitrit NO2- und Ammoniak NH3 sind nicht nur nicht verwertbar, sondern schädigend, also - falls vorhanden - vollständig zu eliminieren.

Als Stickstoff-Lieferanten kommen im wesentlich in Frage - wenn wir von der direkten Einvernahme von Tier-/Pflanzensubstanz absehen - Moleküle/Ionen von

Urea - Nitrat - Ammonium
als N-Lieferanten

N2H4CO NO3- NH4+

deren Stickstoff-Anteil hier im Massen-Vergleich dargestellt ist. Der stärkste N-Lieferant ist Urea, das von Tieren im Urin ausgeschieden wird, das aber auch den komplexesten Umwandlungsprozess durchläuft.
Die kritische Umwandlung von NH4+ in NH3 in alkalischem Wasser wurde schon besprochen wie auch die Bedeutung des pH-Wertes für die Bildung von Salpetriger Säure (Basisionen II)

Die Umwandlung der Stickstoff-Verbindungen ist ein bio-chemischer, um nicht zu sagen "biologischer" Prozess, weshalb er bei den biologischen Aspekten noch zu beleuchten ist. Chemisch geschieht Folgendes:

Bei Vorhandensein jeweils bestimmter Mikro-Organismen und bei jeweils bestimmter Sauerstoff-Konzentration ("Redox-Potential")

wird Urea N2H4CO zersetzt zu Ammonium NH4+ und Ammoniak NH3

N2H4CO + H2O = NH4+ + NH3 + HCO3
N2H4CO + H2O + p+ = 2*NH4+ + HCO3-

werden Ammonium NH4+ und Ammoniak NH3 beim Stoffwechsel oxidiert zu Nitrit NO2-

(NH3 + p+) + 2*O2 + e- = NO2- + 2*H2O

wird vorhandes Nitrit NO2- beim Stoffwechsel oxidiert zu Nitrat NO3-

2*NO2- + O2 = 2*NO3-

Dieses NO3-, aber ersatzweise auch NH4+, wird von Pflanzen schnellstmöglich in neue Bio-Masse eingebaut - das Ganze wird besungen als

"Stickstoff-Kreislauf"

N2H4CO => 2*NO3- + H2CO3 + H2O

(was durch die H2CO3-Dissoziation bekanntlich zur Ansäuerung führt - zudem werden 4,5*O2 verbraucht), wobei zu betonen ist, dass diese Umwandlungen nur möglich sind, soweit die für jede Stufe

notwendigen Mikro-Organismen

hinlänglich zur Verfügung stehen - und zwar im aeroben Umfeld, also

Sauerstoff-Überschuss

In saurem Wasser entsteht praktisch kein Ammoniak und deshalb kein Nitrit, aber
bei Sauerstoff-Mangel, also bei niedriger Redox-Spannung, und
durch Photolyse bei UV-Bestrahlung kann sich dieser hilfreiche Prozess umkehren, und aus Nitrat wird

! gefährliches Nitrit !
2* NO3- = 2* NO2- + O2

Überschüssiges, also nicht von Pflanzen aufgenommenes Nitrat und Nitrit kann von anderen Mikro-Organismen verarbeitet werden zu den Gasen

Stickstoff N2 plus Sauerstoff O2
2*NO3- = N2 + 3*O2
2*NO2- = N2 + 2*O2

Das wird noch zu erwähnen sein beim Sauerstoff und der Wasserbiologie. Hier schon wichtig:

!
Für Fische gelten NO2-Konzentrationen von

NO2 < 0,1 [mg/l] als unbedenklich
NO2 = 0,1 - 0,3 [mg/l] als kritisch
NO2 > 0,3 [mg/l] als giftig

und
Leitungswasser darf enthalten
bis zu 0,5 [mg/l] NO2
und 50 [mg/l] NO3
!

Achtung: Es verarbeiten anaerobe Bakterien in anaerobem Umfeld, also bei Sauerstoff-Mangel,

Nitrat zu Stickstoff und Sauerstoff

2*NO3- + 6*H+ = N2 + 3*O2

Durch den Protonenverbrauch steigt der pH-Wert...

Das Kohlenstoff-System wird regiert von den Protonen (pH-Wert),
das Stickstoff-System von Bakterien!

Phosphor

Beim Aufbau von organischen Zellen, für Pflanzen und Tiere, spielt das Element Phosphor eine wichtige Rolle. Im Wasser steht es besonders den Pflanzen zur Verfügung als

Phosphat-Ion

PO4---
diffundiert beispielsweise aus der Phosphorsäure

H3PO4 = PO4--- + 3*H+

Ein Phosphat-Mangel kann durch Zugabe von Phosphorsalzen, den Phosphaten, schnell behoben werden, am sinnvollsten durch die Kalium-Phosphate

K3 PO4 - K2 HPO4 - K H2PO4

Das wird bei der Planzendüngung erläutert werden.