Турмалін в акваріумі: магія або шарлатанство?
Турмалін в акваріумі
Чи любите ви акваріумні рослини так, як полюбив їх я? Чи хочете ви отримувати максимум від свого травника? Якщо так, то ця стаття для вас!
Розмова про застосування турмаліну потрібно почати з того, що навколо цієї теми паморочиться ціла інфраструктура шарлатанів. Напевно, багато хто з вас бачили в продажу: турмаліновим мило, турмалінові гребінця, пояси, устілки і прости господи - турмалінові труси! На додаток до всього, окультні особистості наділяють цей кристал магічними властивості, та такими, що часом дух захоплює від езотерично-турмалінового ефекту =)
Весь цей флуд служить ширмою, якоїсь завісою над істиною таємницею турмаліну. При підготовці даного матеріалу довелося здорово посидіти пару діб і переробити тонни дурниць, які видавав Яндекс.Пошук за запитами про властивості турмаліну. Проте, вивчаючи наукову літературу з фізики і хімії: книги, доповіді, дисертації ... мені вдалося докопатися до істини. На основі вивчених матеріалів, мені б хотілося поділитися з акваріумних спільнотою інформацією. В акваріумістики, природа турмаліну також не розкрита, як і в інших сферах, в акваріумістики розвинений лише суб`єктивний скептицизм. Що ж, далі представлена суто наукова інформація.
Турмалін - мінерал з групи алюмосилікатів змінного складу. Існує безліч різновидів турмаліну. Нас цікавить Шерл. Шерл (від нім. Schörl) - чорний, також Шерлі - мінерал підкласу кільцевих боросилікат, різновид турмаліну, що відрізняється наявністю в кристалічній решітці натрію і двовалентного заліза. Непрозорий (на відміну від інших різновидів турмаліну). Володіє насиченим чорним кольором, що обумовлено присутністю атомів заліза. Використовується в промисловості (в основному, як піроелектрик і п`єзоелектрик) і, обмежено, в ювелірній справі і для виготовлення поляризаційних фільтрів в оптиці.
Хімічна формула мінералу Шерлі - NaFe2+3Al6Si6O18 (BO3) 3 (OH) 4. В якості домішок замість двовалентного заліза можуть виступати магній, марганець і тривалентне залізо.
На перший погляд, здається що - ага, двовалентне залізо! Ось навіщо в акваріумі потрібен Шерл. Але немає. Це не зовсім так, бо є інші більш легкі і дешеві способи внесення Fe2 + в акваріум. В даному випадку, це властивість Шерлі - додаткова приємна опція.
ADA Tourmaline BC
Вперше, «акваріумну лихоманку» навколо турмаліну Шерл посіяв багатьом відомий маестро Такаші Амано, випустивши продукт - ADA Tourmaline BC, що складається з порошку турмаліну Шерл і пудри активованого бамбукового вугілля. За статистичними даними компанії, цей продукт популярний і отримав своє визнання в Світі. Однак, вітчизняного аквариумиста відлякує ціна, ну і на тлі цього скептицизм. На момент написання статті вартість ADA Tourmaline BC - 1750 рублів (АКВАЛЬОН) за 100 грам. В "Китаї" можна пошукати порошок турмаліну в надцять разів дешевше. На Аліекспресс, наприклад, однозначно продають шерл в каменях, але їх треба молоти в млині до стану пудри.
Далі прошу вас подивитися ролик ADA, в якому розповідається і показується застосування турмаліну. Таймер відео 5:21 (перемотайте).
З ролика, ми можемо зрозуміти, що Шерл - це не тільки концентрат мікро-елементів для рослини, але і стимулятор - створює слабкі електричні імпульси, які, в свою чергу володіють біогенними властивостями по відношенню до рослин, коріння і акваріуму в цілому. Але чи так це насправді ?! А головне, за рахунок чого це можливо, якщо можливо?!
Заглибимося в природу турмаліну. Нижче, я постараюся донести матеріал в максимально спрощеною формою, щоб уникнути нерозуміння і зайвої розмитості. Тим читачам, які хочуть досконально вивчити суть і природу турмаліну, в кінці статті, я залишу посилання на літературу.
введемо поняття.
Піроелектріки (Від др.греч. - вогонь) - кристалічні діелектрики, що володіють спонтанною (мимовільної) поляризацією, тобто поляризацією під час відсутності зовнішніх впливів.
Піроелектрика - це властивість деяких діелектричних кристалів змінювати величину електричної поляризації при зміні температури. В результаті нагрівання або охолодження піроелектричного кристала на його гранях з`являються електричні заряди.
Кристали піроелектричних речовин - діелектрики, що володіють мимовільної (спонтанної) електричної поляризацією. Так як піроелектричні явища відносяться до векторних, то піроелектричними властивостями повинні володіти кристали діелектриків десяти полярних класів: 1, 2, 3, 4, 6, m, mm2, 3m, 4mm, 6mm.
Піроелектричний ефект був вперше виявлений на кристалах турмаліну (клас 3m). Було відмічено, що на білому папері, на якій довго лежали кристали, пил збиралася особливо інтенсивно близько решт кристала. Цей ефект пояснюється тим, що при коливаннях кімнатної температури на кінцях кристала з`являються заряди, до яких і притягувалися порошинки.
Це ж явище було дуже помітно і ефективно підтверджено досвідом Кундта в 1883 році, який полягає в запиленні кристалів турмаліну сумішшю порошку сірки і сурику (Pb3O4), попущенія через шовкове сито. Так як частки цих мінералів при терті про шовк наелектризовувати по-різному, то червоний сурик і жовта сірка притягуються до різних кінцях кристала турмаліну (що відповідає кінців осі 3-го порядку), підтверджуючи цим поява протилежних зарядів на кінцях нагрітого кристала. Знання знаків заряду порошків (у сірки «-», у сурику «+») дозволило встановити характер електризації турмаліну. При охолодженні такого ж кристала знаки поляризації міняються на протилежні.
Такі властивості піроелектриків використовуються, наприклад, в приладах точного обліку коливань температури. А також в інших сферах.
Деякі цифри. Пластина турмаліну, товщиною 1 мм, має & gamma- = 1,3 * 10-5 Кл / м2 * К. Реєструє зміну температури 10-5 C. При нагріванні на 10C на ній утворюється заряд з поверхнево щільністю 5 * 10-5 Кл * м2, що відповідає різниці потенціалу між гранями ~ 1,2кВ. У сегнетоелектриків піроелектричний коефіцієнт на 1-2 порядки більше, ніж у турмаліну.
Деякі значення & gamma- при 20 C.
Турмалін 1,3 * 10-5
Сульфат літію 3 * 10-4
Ніобат літію 2 * 10-3
Танталат літію 1 * 10-4
Титанат барію (0,5-1) * 10-3
Сегнетокераміки 5 * 10-5
Крім того, кожен піроелектричний кристал є п`єзоелектриком. Зміна температури кристала викликає деформацію, а слідом йде п`єзоелектричний поляризація, накладають на поляризацію, викликану піроефект. Тобто має місце «первинний» ( «істинний») піроефект і «вторинний» або «помилковий» піроефект.
п`єзоелектрики - діелектрики, в яких спостерігається п`єзоефект, тобто ті, які можуть або під дією деформації (здавлювання / розтягування) індукувати електричний заряд на своїй поверхні (прямий п`єзоефект), або під впливом зовнішнього електричного поля, температури деформуватися (зворотний п`єзоефект). Обидва ефекти відкриті братами Жаком і П`єром Кюрі в 1880-1881 рр.
П`єзоелектрики широко використовуються в сучасній техніці в якості елемента датчика тиску. Існують п`єзоелектричні детонатори, джерела звуку величезної потужності, мініатюрні трансформатори, кварцові резонатори для високостабільних генераторів частоти, п`єзокерамічні фільтри, ультразвукові лінії затримки та ін. У побуті можна спостерігати п`єзоефект, наприклад, в запальничці, де іскра утворюється від натиску на пьезопластінкі, а також при медичній діагностиці за допомогою УЗД, в якій використовуються п`єзоелектричні джерело і датчик ультразвуку.
Зі сказаного ми отримуємо, що є кристали піроелектрики - «виробляють струм» при нагріванні і п`єзоелектрики - «виробляють струм» при стисненні / розтягуванні. При цьому піроелектрики завжди є і п`єзоелектрик, але п`єзоелектрики не завжди піроелектрики.
Таких піро-пьезоелектріков досить багато: деякі лінійні мінерали (турмалін), сегентоелектрікі, цукор, амінокислоти, кварц і т.д.
Цікава інфографіка пояснює на пальцях
суть пьезоелектріков
Розбираючись в чаклунстві Такаші Амано зрозуміло, чому він вибрав саме Шерл - природний лінійний діелектрик, що володіє необхідним для рослин електричним імпульсом з пляшками іонів Fe2 +. Однак, в процесі написання матеріали мені довелося неабияк попрацювати, щоб розвінчати свій власний скепсис щодо турмаліну. Справа в тому, що турмалін - напівдорогоцінне каміння, вартість якого, досить велика. Зрозуміло, що ми не зможемо використовувати цукор, інші речовини в силу їх властивостей, які не прийнятні в акваріумі. Але кварц! Чому скажімо Такаші Амано не використав кварц !? Адже той же кварцовий пісок - дешевий будівельний матеріал, що містить 95% кварцу!
Те, що кварц є стовідсотковим п`єзоелектриком - безперечно. Але, в рідкісних джерелах також звучало, що кварц є і піролектріком !!! ??? Тобто, тим матеріалом, який нам потрібен в акваріумі - дає струм, не тільки при деформації, але при нагріванні ... Як так-то !? Виходить, що Такаші Амано - шарлатан!?
Чесно кажучи, на якомусь етапі вивчення питання, було повне розчарування, я понуро гортав інфу, розуміючи, що Амановскій турмалін - це черговий фейк.
Через деякий час, все ж допитливість розуму змусила задуматися - ну, невже Амано буде через щосекундної вигоди, так ганьбитися і продавати баланду ?! Другий момент, який мене підбадьорив, стало умовивід: якщо кварц - це піроелектрик, то влітку на пляжі все б наші милі дівчини і брутальні чоловіки з начосом були б, як вовняні кульбаби! Адже на пляжі пісок (95% кварц) з невеликими домішками, який сонцем нагрівається і до 40, і до 50 градусів!
Турмалін в акваріумі
Значить кварц - все-таки не піроелектрик! Але чому ж тоді, прослизає інформація про це. Добравшись до глибин природи кварцу, були зроблені висновки, що все ж не кожен кварц володіє хорошим навіть п`єзоефектом: домішки, структурні дефекти кристалів кварцу, нівелюють ці властивості. Проте, цією відповіддю, я не задовольнився, кварцовий пісок дешевий і нехай він «слабкий», але нам же не шкода його насипати в акваріум ... хоч десять кілограм, хоч двадцять ... аби він «працював» на благо рослин.
Довелося гризти граніт науки далі! І ось, десь в найпотаємніших закутках інтернет-всесвіту була здобута наступна інформація:
Як електричне явище піроефект був кваліфікований близько 200 років тому Епінус. Однак основні аспекти симетрії і фізичний механізм піроефект були описані тільки на початку двадцятого століття Фогтом. Крім кристалів групи турмаліну, поява «електричного відгуку» при зміні температури спостерігалося і в кварці, в якому немає векторного полярного електричного моменту (кварц - непіроелектрік, але п`єзоелектрик). Пояснення «піроефект в кварці» було дано тільки близько 15 років тому, коли було встановлено, що «штучне піроелектрика» може проявитися при певних граничних умовах у всіх п`єзоелектричних класах кристалів, як наслідок штучно створеної диссимметрии.
Ще можна сказати, що кристалічний кварц не є піроелектриком, але індіцірованіе електричного поля при вільної деформації кристала за рахунок термічного розширення реалізується через п`єзоелектричний ефект.
Що це означає, якщо спростити сказане. А значить - це те, що турмалін - це справжній піроелектрик. Тобто, виробляє електричні імпульси від впливу температури, навіть без деформації (доведено науковими дослідами), механічна деформація або деформація кристалічної решітки турмаліну внаслідок нагрівання дає лише вторинний пьезо-піроефект (а в сукупності сумарне електрику). Кварц - тільки п`єзоелектрик, «працює» тільки від деформації, яку можна викликати, в тому числі термічним впливом на структуру кристала кварцу. Таким чином, «помилковий піроефект» в кварці, по суті, є п`єзоефектом.
Щоб отримати з кварцу маломальской «хибне піроелектрічесвто» його потрібно гарненько нагріти. Тобто, мова про отримання піроефект від невеликих температурних коливань з кварцу не йде. Власне тому ми нічого не отримаємо від додавання кварцового піску або навіть чистих кристалів кварцу в акваріум. Загалом, саме тому дівчата на пляжі не виглядають, як вовняні їжачки, навіть при відносно сильному нагріванні кварцового піску.
Дані піроефект при температурі 20 ° С, за різними мінералів:
мінерал | Діелектрична проникність, & epsilon- | Пірокоеффіціент р, Кл / см2К | Електрична напруга, кВ |
Кварц, SiO2 * | 4,0 | * 0,69 * 10-9 | 0,19 |
Турмалін, (BO3) 3 (Si6O18) * (OH) 4 | 8,2 | 1,3 * 10-9 | 1,7 |
(NH2CH2COOH) * H2SO4 | 30,0 | 45 * 10-9 | 17 |
Ніобат літію, LiNbO3 | 30,0 | (4-9) * 10-9 | 1,5-3,0 |
Танталат літію, LiTaO3 | 45,0 | 17 * 10-9 | 6,4 |
п`єзокераміка ЦТС | 300-3000 | (6-50) * 10-9 | 0,2-0,1 |
Як видно з таблиці, навіть якщо зуміти і гріти кварц до стану деформації структури, його псевдопіроеффект мінімальний - в 9 разів менше, ніж у турмаліну. Щоб він досяг показників турмаліну, його температура повинна складати ~ +200 градусів.
Виходить, що дідок Амано прав, турмалін - це те, що можна і потрібно використовувати в акваріумі, як електробіостімулятор рослин. Виходить що так! Маестро Шаман - намасте!
Переконавшись в тому, що турмалін - це те, що нам потрібно, ще раз проговоримо, чому використовується саме Шерл.
У науковій літературі прийнято класифікація турмаліну за хімічним складом. Виділяються наступні групи, що мають власну назву: Бюргер - залозистий (Fe3 +) турмалін, дравіт - натрієво-магнезійний, ельбаіт - літієвий, шерл - також залозистий, але багатий Fe2 +, тсіліазміт - марганцевий, повитий - кальцієво-магнезійний.
З класифікації турмалінів, нам - аквариумистам найбільше підходити саме Шерл, оскільки він крім електрики дає катіони двовалентного заліза - форму, яка найкраще адсорбується рослинами, і яку досить важко тримати в хелатованих стані.
З урахуванням сказаного, відповісти на питання статті: «Турмалін в акваріумі: магія або шарлатанство?» Можна так - ніякої магії, турмалін - чиста фізика і хімія!
Даний матеріал був би неповним, якби ми не торкнулися питання: а наскільки потрібні взагалі електричні імпульси для рослин? Взагалі, яке відношення має електрику до рослин. Давайте подивимося хайповий відео-ролик на цю тему.
Так виходить, що все в нашому світі пронизане «електрикою», самі ми - ходячі батарейки. Що ж стосується рослин, виявляється, що в сільському господарстві вже давно застосовуються електричні імпульси для вирощування врожаю! Навіть на Ютюбі наші мужики вже давно хваляться своєю електро-морквиною =)
Підписуйтесь на наш YouTube-канал, щоб нічого не пропустити
Інформації на цю тему дуже багато в мережі, наберіть запит «Електрика і рослини». Наприклад, ось посилання. Тому в рамках даної статті, не думаю, що інформацію варто копіпаст.
Завершити статтю хочеться простими висновками. Все ж не варто купувати турмалінові труси. Натріться цукром (медом), полуницею, огірками, кремом і, по суті, отримаєте той же піро-п`єзоефект + вітаміни. А турмалін прибережіть для улюбленого травника! Справедливості заради варто сказати, що, звичайно, отримати хороший травник можна і без турмаліну, але якщо ви любите своє хобі, захоплені їм, чому б не використати турмалін, як природні інструмент і біостимулятор росту рослин?!
Дякуємо за інтерес до статті, запрошую вас на форум, де ми обговорюємо практику застосування турмаліну в акваріумі і збираємо громадську думку.
Список літератури:
- В. Шурман «Світ каменю. Дорогоцінні й напівкоштовні камені », в 2х томах, 1986 р. изд. Москва «Світ».
- Ю.М. Поплавко «Фізика активних діелектриків: навчальний посібник», изд. ПФУ, 2009р.
- С.Г. Васильєв «П`єзоелектричні, піроелектричні і пружні властивості мікротрубок фенілаланіну», дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук, 2016 р.
- А.А. БУШ, піроелектричного ЕФЕКТ І ЙОГО ЗАСТОСУВАННЯ, НАВЧАЛЬНИЙ ПОСІБНИК, МОСКВА 2005 р.
- Московський Державний Університет ім. М.В. Ломоносова Геологічний факультет [2008]. Курсова робота «Електричні властивості кристалів». Кафедра кристалографії і кристалохімії виконала: студент Горяєва Олександра.
