Gelöster anorganischer Kohlenstoff (DIC)

Der gesamte im Wasser gelöste anorganische Kohlenstoff wird als DIC bezeichnet (Dissolved Inorganic Carbon). Er ist definiert als Summe aller Carbonat-Spezies:

(1) DIC  =  [CO2] + [HCO3-] + [CO3-2]

Die rechteckigen Klammern [..] stehen hier für die molaren Konzentration der gelösten Konstituenten (in mol/L oder mmol/L), wobei CO2 die zusammengesetzte Kohlensäure H2CO3* symbolisiert.

In der Hydrochemie verwendet man oftmals anstelle des DIC die präzisere Bezeichnung C(4) – das ist Kohlenstoff in der Oxidationsstufe IV.12

Gleichung (1) gilt für ein reines Kohlensäure-System. In realen Wässern, wenn Kationen wie Ca+2, Mg+2, Na+ vorhanden sind, bilden sich Carbonat-Komplexe, die alle zum DIC beitragen:

(2) DIC  =  [CO2] + [HCO3-] + [CO3-2] + Carbonat-Komplexe

Zu den Carbonat-Komplexen gehören CaCO3(aq), CaHCO3+, MgCO3(aq), MgHCO3+, NaHCO3(aq), NaCO3-, FeCO3, FeHCO3+ und andere Spezies.3

aqion - DIC und Carbonat-Speziierung

Carbonat-Speziierung

Jede Gleichgewichtsrechnung liefert die vollständige Carbonat-Speziierung. Ein Beispiel dazu ist im unteren Teil des rechten Screenshots zu sehen. Die dort angegebenen vier Anteile ergeben als Summe den DIC.

Mehr Angaben zu den einzelnen Carbonat-Komplexen findet man in den Ergebnistabellen (insbesondere Tabelle Ions).

Beispiel: Geschlossenes Carbonatsystem

In einem geschlossenen Carbonatsystem bleibt der DIC bei pH-Änderungen konstant.4 In dem Titrations-Beispiel hier ist der DIC als Summe folgender Carbonat-Spezies gegeben:

(3)   DIC   =   CO2 + HCO3- + CO3-2 + NaHCO3(aq) + NaCO3-   =   1 mM

Während die einzelnen Spezies stark mit dem pH variieren, bleibt deren Summe mit exakt 1 mM unverändert. Diese DIC-Bilanzierung wird im unteren Diagramm zum Ausdruck gebracht (in Form “gestapelter Flächen”).

aqion - Carbonat-Speziierung als Funktion des pH

Anmerkungen

  1. Das Gegenstück zu C(4) ist C(-4) als Kohlenstoff in der Oxidationsstufe -IV. Dazu gehören solche Verbindungen wie Methan CH4, die sich unter stark reduzierenden Bedingungen bilden. Zwischen den beiden Extrema C(4) und C(-4) liegen 8 Oxidationsstufen.

  2. C(4) gehört zu den sogenannten “master species” – siehe hier.

  3. Die (ungeladenen) gelösten Spezies wie z.B. CaCO3(aq) sind hier durch das Anhängsel “(aq)” gekennzeichnet, um sie von den mineralischen Festphasen wie z.B. CaCO3(s) – bekannt als Calcit – zu unterscheiden. Obwohl stöchiometrisch gleich, sind es grundlegend verschiedene Dinge.

  4. Zum Unterschied zwischen geschlossenem und offenem CO2-System sei auf diese PowerPoint-Präsentation verwiesen.

[last modified: 2016-10-15]