Saures Regenwasser

Die Zusammensetzung eines sauren Regenwassers sei durch folgende Komponenten gegeben:

0.02 mM HNO3 (Salpetersäure)
0.03 mM H2SO4 (Schwefelsäure)
0.01 mM HCl (Salzsäure)
0.02 mM NH3 (Ammoniak)

Gesucht wird der pH-Wert für drei unterschiedliche Szenarien:

  1. bei Vernachlässigung der Carbonatspezies (ohne CO2-Austausch)
  2. mit Berücksichtigung des CO2-Austauschs (“offenes System”)
  3. mit CO2-Austausch und im Kontakt mit Calcit

Vorgehensweise – Teilaufgabe 1

Man beginnt mit reinem Wasser (Taste New) und nutzt das Reaktionsmodul (Taste Reac). Dort trägt man die vier Komponenten ein – siehe Bild rechts. Die Reihenfolge der Reaktanten ist beliebig.

Danach Start-Taste. Das Ergebnis

pH = 4.11

sowie die komplette Zusammensetzung des Wassers werden in den nachfolgenden Fenstern angezeigt – siehe Tabelle unten. Der Einfluss der drei Säuren wird hierbei durch das Ammoniak ein wenig kompensiert.

Vorgehensweise – Teilaufgabe 2

Zur Berechnung des offenen CO2-Systems gehe man wie in der Teilaufgabe 1 vor. Bevor man aber auf die Reac-Taste klickt, stelle man im Hauptfenster die Option “Offenes CO2 System” ein, und zwar gleich mit dem dort voreingestellten Wert für den CO2-Partialdruck der Atmosphäre – siehe hier.

Wie die Berechnung zeigt, bleibt der pH-Wert unverändert bei 4.11. Dem System sind jetzt allerdings Carbonatspezies zugeführt worden (bei pH 4.11 hauptsächlich in Form von CO2(aq)).

Vorgehensweise – Teilaufgabe 3

Es bleibt alles wie in Teilaufgabe 2. Vor dem Klick auf die Reac-Taste muss man jedoch das Wasser mit mindestens 1 mmol/L Calcit in “Kontakt bringen”. Dazu aktiviere man das Kontrollkästchen Minerale und gebe eine Startmenge an Calcit vor (z.B. 1, 10 oder 300 mmol/L) – siehe hier.

Durch das Auflösen von 0.56 mmol/L Calcit steigt der pH-Wert deutlich an und neutralisiert das saure Regenwasser:

pH:     4.11   =>   8.21

[Hinweis: Die eingetragene Calcitmenge bleibt in der Mineralliste solange bestehen, bis man ein neues Inputwasser einliest bzw. bis man auf die Tasten Neu oder Open klickt.]


Ergebnisse

Parameter OZ 1 Einheit Aufgabe 1 Aufgabe 2 Aufgabe 3
(mit CO2) (mit Calcit)
pH - 4.11 4.11 8.21
Elemente:
Sulfat S(6) mM 0.03 0.03 0.03
Chlorid mM 0.01 0.01 0.01
Ammonium N(-3) mM 0.0139 0.0139 0.0133
Nitrit N(3) mM 0.0243 0.0243 0.0267
Nitrat N(5) mM 0.0018 0.0018 <0.0001
DIC C(4) mM - 0.0134 1.03
Calcium mM - - 0.56
ausgewählte Spezies (Ionen):
NH4+ N(-3) mM 0.0139 0.0139 0.0123
NH3 N(-3) mM <0.0001 <0.0001 0.0011
HNO2 N(3) mM 0.0028 0.0028 <0.0001
NO2- N(3) mM 0.0214 0.0214 0.0267
NO3- N(5) mM 0.0018 0.0018 <0.0001
CO2(aq) C(4) mM - 0.0133 0.0133
HCO3- C(4) mM - <0.0001 1.00
CO3-2 C(4) mM - <0.0001 0.0087

1 Oxidationszustand bzw. Oxidationszahl

Stickstoff-Spezies und Redoxreaktionen

Die berechnete Gleichgewichtsverteilung der Stickstoff-Spezies (insgesamt 0.04 mM) wird durch Redoxrektionen bestimmt, wobei Übergänge zwischen den folgenden Oxidationszuständen auftreten:

N(5)   <=>   N(3)
N(5)   <=>   N(-3)

Diese Redoxübergänge lassen sich in den Rechnungen auch unterdrücken. Dazu benutze man die Einstellungen unter Settings in der oberen Menüleiste des Hauptfensters.

[last modified: 2013-08-05]