Ansäuerung auf pH 3 durch Zugabe von HNO3 und H2SO4

Gegeben sei ein Grundwasser mit pH 6.9. Wieviel mM Salpetersäure (HNO3) und wieviel mM Schwefelsäure (H2SO4) werden jeweils benötigt, um das Wasser auf pH 3.0 anzusäuern?

Zusatzfrage. H2SO4 besitzt zwei H+-Ionen. Man würde also erwarten, dass bei H2SO4 nur die Hälfte der HNO3-Zugabemenge erforderlich ist. Stimmt das so?

Ansäuern mit HNO3 (einprotonige Säure)

Mit der Taste Open (links unten) öffnen wir das Beispielwasser gw.sol. Das Einzige, was wir nun tun müssen, ist, im oberen Editierfeld pH den Wert von 6.9 auf 3.0 zu ändern. Danach Start-Taste.

Daraufhin meldet das Programm einen Ionenbilanzfehler von 81.9%. Zum Ladungsausgleich wählen wir aus der Parameterliste den Parameter N(5)1 und klicken auf weiter. Das Ergebnis wird sofort angezeigt:

ΔN(5) = 6.93 mM

In Worten: Es werden exakt 6.93 mM der starken Säure HNO3 benötigt, um das Grundwasser von pH 6.9 auf 3.0 anzusäuern. Im gleichen Ergebnisfenster lesen wir ab, dass dabei die Nitrat-Konzentration von 2.6 auf 426 mg/L ansteigt.

Ansäuern mit H2SO4 (zweiprotonige Säure)

Wiederholt man die Ansäuerung mit H2SO4 (man wähle dabei den Parameter S(6)2 zum Ladungsausgleich), dann ergibt sich eine Zugabemenge von

ΔS(6) = 3.55 mM

Das ist etwas mehr als die Hälfte der HNO3-Zugabemenge, aber nicht exakt die Hälfte. Warum? H2SO4 besitzt zwar zwei H+-Ionen, aber von den beiden Dissoziationsstufen entspricht nur die erste der einer starken Säure.

Aus den Ergebnistabellen (einschl. Tabelle Ions) lassen sich folgende Daten zur Wasserbeschaffenheit vor und nach der Ansäuerung ablesen (Konzentrationen in mM):

pH SO4-2 HSO4- Sulfate-Komplexe 3 Gesamt S(6)
6.9 0.175 0.010 0.046 0.185
3.0 3.045 0.164 0.575 3.209

Die letzte Spalte ist die Summe der zweiten, dritten und vierten Spalte.

1 Das Symbol N(5) bezeichnet Stickstoff in der Oxidationsstufe +5 und umfasst als “Summenparameter” alle Nitrat-Spezies, insbesondere NO3-.

2 Das Symbol S(6) bezeichnet Schwefel in der Oxidationsstufe +6 und umfasst als “Summenparameter” alle Sulfat- und Hydrogensulfat-Spezies, insbesondere SO4-2 und HSO4-.

3 Die Tabelle Ions enthält mehr als 10 Sulfat- und Hydrogensulfat-Komplexe, deren Summe hier angegeben ist. Von diesen Sulfat-Komplexen spielen im vorliegenden Beispiel allerdings nur die ungeladenen Komplexe CaSO4 and MgSO4 eine Rolle.

[last modified: 2013-08-05]