KOH-Zugabe mit und ohne Calcit-Fällung

Wie ändert sich der pH-Wert vom Beispielwasser BspC3 (mit pH 7.9), wenn man 0.3 mmol/L Kalilauge zugibt? Welchen Einfluss hat dabei die Calcit-Fällung?

Vorgehensweise und Ergebnis

aqion_KOH-zugabe

Man öffnet das Beispielwassers BspC3 (Taste Open), danach Taste Reac. In das Listenfeld “KOH” trage man den Wert 0.3 mmol/L ein. Mit Start beginnt die Rechnung.

Das Ergebnis ist im rechten Screenshot zu sehen. Ausgehend vom pH 7.90 werden zwei pH-Werte angezeigt:

pH = 9.03 (ohne Calcit-Fällung)
pH = 7.83 (mit Calcit-Fällung)

Das Programm führt dazu immer zwei Rechnungen aus. Während “Input” das Ausgangswasser bezeichnet, zeigt “Output 1” das Ergebnis ohne Berücksichtigung von Mineralphasen und “Output 2” das Ergebnis einer zweiten Rechnung mit Mineralphasen.

Sobald die Lösung hinsichtlich einer oder mehrerer Mineralphasen übersättigt ist, wird dies in der zweiten Rechnung angezeigt (und die Menge an ausgefallenem Stoff angezeigt). In diesem Beispiel ist die Lösung mit Calcit (CaCO3) übersättigt, welches dann auch ausfällt.

[Man beachte: Ausfallen können nur die Mineralphasen, die man als “Gleichgewichtsphase” aktiviert. Eine Auswahl der hydrochemisch wichtigsten Minerale sind im Programm per Voreinstellung aktiviert.]

Ausgefallene Calcit-Menge

Der oben gezeigte Screenshot ist nur eine sehr kompakte Darstellung der Ergebnisse. Mit der Taste weiter öffnet sich die Tabelle, welche die komplette Wasserzusammensetzung zeigt. Dort wird ersichtlich, dass sich die Wässer hauptsächlich in vier Parametern unterscheiden (Konzentrationen in mM):

Parameter Input Output 1 Output 2
    (ohne Fällung) (mit CaCO3 Fällung)
pH 7.90 9.03 7.83
Ca 1.22 1.22 0.91
DIC 2.46 2.46 2.15
K 0.05 0.35 0.35

Die Differenz der Ca-Werte in den letzten beiden Spalten gibt uns die ausgefallene Menge an Calcit:

(1) CaCO3  =  1.22 mM – 0.91 mM  =  0.31 mM

Zum gleichen Ergebnis gelangt man, wenn anstelle von Ca der DIC genommen wird:

(2) CaCO3  =  2.46 mM – 2.15 mM  =  0.31 mM

Mit anderen Worten, auch wenn das Ergebnis nicht im oberen Screenshot angezeigt worden wäre, man kann die ausgefallene Stoffmenge direkt aus der Lösungszusammensetzung berechnen.

Parameter zur Calcitsättigung

Die Taste weiter bringt eine Zusammenfassung der wichtigsten Kenngrößen zum Carbonatsystem und zur Calcitsättigung (ähnlich wie hier). In unserem Fall findet man dort folgende Angaben:

SI_Calcit  =  1.29  
Calcitabscheidekapazität:   0.30 mmol/L
29.8 mg/L Calcit fällt aus.

Die Calcitabscheidekapazität entspricht der ausgefallenen Calcit-Menge. Doch warum ist der hier angegebene Wert (0.30 mM) nicht exakt derselbe wie in Gl.(1) oben?

Die Antwort ist einfach (und hat nur mit diesem Beispielwasser zu tun): Die Parameter der Calcitsättigung werden für die Bewertungstemperatur Tb = 5.5°C berechnet (die im Inputwasser so vorgegeben ist). Das Inputwasser selbst hat aber 20°C. Der Unterschied ist also ein Temperatureffekt:

(3a) ausgefallene Calcit-Menge bei T = 20 °C: 0.31 mM
(3b) ausgefallene Calcit-Menge bei T = 5.5 °C: 0.30 mM

Das lässt sich leicht nachprüfen, indem man die Berechnung wiederholt, und zwar mit einer Bewertungstemperatur von 20°C. Das liefert dann eine Calcitabscheidekapazität von 0.31 mM.

[last modified: 2014-03-27]