Natronlauge im CO2-Gas-Gleichgewicht

Gegeben ist eine 20 mM NaOH-Lösung. Wie ändert sich deren pH-Wert bei langem Stehen an Luft? Wieviel CO2 wird dabei absorbiert?

pH Berechnung

Bei einem ausreichend langen Kontakt mit der Atmosphäre kommt es zur Gleichgewichtseinstellung mit dem CO2 der Luft. Wir lösen die Aufgabe in zwei Schritten:

• Berechnung des pH von 20 mM NaOH ohne Luftkontakt (geschlossenes CO2-System)
• Berechnung des pH von 20 mM NaOH mit Luftkontakt (offenes CO2-System)

1. Geschlossenes System. Man beginnt mit reinem Wasser (Taste New), danach Taste Reac. Bei “NaOH” wird der Wert 20 mmol/L eingetragen. Mit Start beginnt die Rechnung. Das Ergebnis wird sofort angezeigt:

pH = 12.24       (ohne CO2-Austausch)

2. Offenes System. Man wiederholt die Rechnung, wobei man im Inputfenster – vor dem Klick auf Reac – die Auswahlbox Offenes CO2 System aktiviert. Der voreingestellte Wert von pCO2 = 3.41 entspricht dem CO2-Partialdruck unter Normalbedingungen.

Das Ergebnis wird wie im rechten Screenshot angezeigt:

pH = 9.33       (mit CO2-Austausch)

Durch den langen Kontakt mit der Luft sinkt also der pH-Wert der Natronlauge von 12.24 auf 9.33.

Menge an absorbiertem CO2

Die letzte Berechnung liefert die Zusammensetzung der NaOH-Lösung mit pH 9.33:

Na = 20.00 mM
DIC = 17.33 mM

Damit werden 17.33 mM CO2 aus der Atmosphäre in die NaOH-Lösung absorbiert. Die zugehörige Speziierung findet man in der Tabelle Ions (bei 25°C):

CO2(aq) 0.01 mM
HCO3- 14.53 mM
CO3-2 2.20 mM
Na+ 19.42 mM
NaHCO3 0.12 mM
NaCO3- 0.46 mM

Man kann leicht nachprüfen, dass die Mol-Bilanz stimmt:

Na+ + NaHCO3 + NaCO3-  =  20.00 mM
CO2(aq) + HCO3- + CO3-2 + NaHCO3 + NaCO3-  =  17.33 mM

[last modified: 2013-08-06]
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