Parameter zur Calcitsättigung

aqion Ausgabefenster zur Calcitsättigung

Die wichtigsten Kenngrößen zum Kalk-Kohlensäure-Gleichgewicht werden in einem separaten Fenster ausgegeben – siehe Beispiel rechts.1

Sättigungs-pH

Die berechneten Parameter beziehen sich auf die Bewertungstemperatur Tb, welche von der Temperatur T der Wasserprobe (Inputwasser) abweichen kann.2 Im rechten Beispiel sind T und Tb gleich.

Insgesamt werden fünf verschiedene pH-Werte angezeigt (welche auf unterschiedlichen Annahmen bzw. Berechnungsmethoden basieren):

pH_0 pH der Wasserprobe (Inputwasser)
pH pH der Wasserprobe bei Bewertungstemperatur Tb
pH_C Sättigungs-pH (bei Tb)

Aus dem Vergleich von pH mit pH_C erfolgt die Fallunterscheidung (laut DIN 38404-C10-R3 1995):

pH < pH_C – 0.03 Das Wasser ist calcit-lösend.
pH > pH_C + 0.03 Das Wasser ist calcit-abscheidend.
pH = pH_C ± 0.03 Das Wasser ist calcit-gesättigt.

Die Differenz beider pH-Werte wird im englischen Sprachraum als “Langelier Saturation Index” bezeichnet:

  LSI = pH – pH_C

Alternative Sättigungs-pH’s sind:

pH_A Sättigungs-pH nach CO2-Ausgleich
pH_L Sättigungs-pH nach Strohecker/Langelier (bei diesem pH bleiben die Ca- und DIC-Konzentrationen unverändert)

SI und Calcitmenge

SI_Calcit Sättigungsindex von Calcit
Calcitabscheidekapazität Menge an ausgefallenem CaCO3 in mmol/L (nur wenn SI > 0)
Calcitlösekapazität Menge an gelöstem CaCO3 in mmol/L (nur wenn SI < 0)
Calcitmenge ausgefallene bzw. gelöste CaCO3-Menge in mg/L

Mengenanteile CO2: Freie und gebundene Kohlensäure

Die Abweichung vom Calcit-Gleichgewicht wird in der älteren Literatur durch Angaben zur

  • überschüssige Kohlensäure (aggressive Kohlensäure) bzw.
  • Kohlensäure im Defizit

quantifiziert.3 Heutzutage lassen sich diese Größen direkt aus der Carbonat-Speziierung ableiten.

Freie und Gebundene Kohlensäure.  Die im Wasser gelöste Menge an anorganischem Kohlenstoff (DIC) umfasst folgende Spezies:

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

mit allen Carbonat-Komplexen = [CaCO3(aq)] + [CaHCO3+] + [MgCO3(aq)] + … 

Bezeichnet man nun den DIC als “totales CO2”  =  [DIC] × 44.01 g/mol, dann erhält man durch Umsortierung von Gl.(1)

(2) totales CO2  =  freies CO2 + halb-geb. CO2 + ganz-geb. CO2

mit den folgenden Kohlensäure-Anteilen4:

(2a) freies CO2 = [CO2]
(2b) halb-geb. CO2 = [HCO3-] + [CaHCO3+] + [MgHCO3+] + …
(2c) ganz-geb. CO2 = [CO3-2] + [CaCO3(aq)] + [MgCO3(aq)] + …

Die halb-gebundene Kohlensäure enthält Hydrogencarbonat und alle Hydrogencarbonat-Komplexe; die ganz-gebundene Kohlensäure enthält das Carbonat-Ion und alle Carbonat-Komplexe.

Zugehörige Kohlensäure.  Die “zugehörige Kohlensäure” ist die Menge an CO2, bei dem das Wasser exakt im Calcit-Gleichgewicht wäre. Diese Größe wird in einer separaten Gleichgewichtsrechnung ermittelt und heißt im Programm deshalb “Kohlensäure im Calcit-Gleichgewicht”.

Aggressive Kohlensäure.  Übersteigt die Menge an freiem CO2 die Menge an zugehörigem CO2, dann bezeichnet man die überschüssige Kohlensäure als

(3) aggressives CO2  =  freies CO2 - zugehöriges CO2

Andernfalls spricht man vom

(4) CO2 im Defizit  =  zugehöriges CO2 - freies CO2

Anmerkungen

  1. Dieser Screenshot ist der rechte Teil eines größeren Anzeigefensters.

  2. Ein Beispiel: Die Temperatur der Wasseranalyse ist 20°C, wir interessieren uns aber für die Calcitsättigung bei einer Bewertungstemperatur von 60°C.

  3. Der Begriff der (kalk-)aggressive Kohlensäure wurde 1912 von Tillmans und Heublein in die Wasseranalytik eingeführt.

  4. Die Begriffe Kohlensäure und CO2 gelten hier als Synonyme. Im Programm werden diese Größen in der Maßeinheit “mg/L CO2” ausgegeben.

[last modified: 2015-12-18]