Auflösung von Calcit (CaCO3)

Was ist die Zusammensetzung des Wassers nach Auflösung von Calcit im geschlossenen und im offenen CO2-System bei 25°C? Hierbei gilt:

• geschlossenes System: H2O + Calcit
• offenes System: H2O + CO2(g) + Calcit

Calcitauflösung im geschlossenen System

Man starte mit reinem Wasser (Taste New), danach aktiviere man die obere Checkbox Minerale, und trage bei Calcit die Menge 5 mmol/L ein. [Dies ist der Mineralvorrat, von dem sich nur ein Teil auflösen wird. Das Ergebnis bleibt gleich, egal ob man mit 5, 11.57 oder 100 mmol/L Calcit startet.1]

Die Berechnung beginnt mit Start; es erscheint eine erstes Übersichtsschema, danach Taste weiter. Die Ergebnisse werden in der Tabelle (letzte Spalte) angezeigt:

pH = 9.91     und     Ca = DIC = 0.123 mM

Es haben sich also 0.123 mM Calcit aufgelöst. Alle anderen Angaben zur Speziierung findet man in der Tabelle Ionen. [Man stelle die Maßeinheit im Tabellenkopf auf Mol-Angaben, falls noch nicht erfolgt.]

Calcitauflösung im offenen CO2-System

aqion Calcit-Auflösung

Man gehe wie bei der ersten Berechnung vor, mit dem einzigen Unterschied, dass man im DIC-Panel auf “Offenes CO2-System” umschaltet – siehe Abbildung rechts. Der angezeigte Wert (pCO2 3.408) entspricht dem CO2-Partialdruck der Atmosphäre.2

Danach Start-Taste. Die Ergebnisse lauten:

pH = 8.22
DIC = 1.06 mM
Ca = 0.53 mM

Es haben sich demnach 0.53 mmol/L Calcit aufgelöst. Das ist fast die 5-fache Calcitmenge im Vergleich zum geschlossenen System. Der Grund: Durch den CO2-Eintrag ist das mit Calcit in Kontakt kommende Wasser leicht sauer (pH = 5.61), und das löst deutlich mehr Calcit auf.

Wie kommt die größere DIC-Menge von 1.06 mM zustande? Zunächst lösen sich 0.0157 mM im Wasser ohne Calcit (siehe mittlere Spalte in Tabelle), dann kommen 0.53 mM durch die Calcitauflösung hinzu. Mit der Calcitauflösung steigt der pH-Wert, womit noch weitere 0.514 mM CO2 aus der Atmosphäre in die Lösung “gesaugt” werden. Das ergibt:

DIC = 0.0157 mM + 0.53 mM + 0.514 mM = 1.06 mM

Zusammenstellung der Ergebnisse (Speziesverteilung im Gleichgewicht)

    Geschlossenes System Offenes CO2 System
pH   9.91 8.22
Ca gesamt mM 0.123 0.53
DIC mM 0.123 1.06
CO2 3 mM 2.2×10-5 0.0133
HCO3- mM 0.0831 1.02
CO3-2 mM 0.0338 0.009
Ca+2 mM 0.117 0.518
CaCO3(aq) 4 mM 0.0055 0.0055
CaHCO3+ mM 0.00011 0.0057
CaOH+ mM 0.00015 1.2×10-5

Der Wert von Ca gesamt entspricht gleichzeitig der Stoffmenge an gelöstem CaCO3 (Calcit).

Anmerkungen

  1. Der Mineralvorrat muss lediglich groß genug sein, um Sättigung zu erreichen (SI = 0). Wenn man auf der sicheren Seite sein will, gebe man z.B. 100 mmol/L ein.

  2. In Lehrbüchern gibt man dafür gern gerundete Werte an, wie z.B. pCO2 = 3.5 oder ein Partialdruck von 0.00035 atm.

  3. Die gelöste Spezies “CO2” symbolisiert hier die zusammengesetzte Kohlensäure

  4. Mit CaCO3(aq) ist hier der “ungeladene” aquatische Komplex gemeint. Diese gelöste Spezies ist nicht zu verwechseln mit der Mineralphase Calcit, die man in der Chemie mit CaCO3(s) bezeichnet.

[last modified: 2015-01-25]