Mineralauflösung und Fällung
Mit der Checkbox Minerale im Hauptfenster von aqion öffnet man die Mineral-Tabelle (im unteren Fensterteil). In diese Tabelle lassen sich für jedes Mineral zwei Parameter vorgeben:
- die Menge des Minerals in mmol/L (als Startmenge für die Mineralauflösung)
- der Sättigungsindex SI
Die Werte-Eingabe erfolgt mit einem Doppelklick auf die Zeile des jeweiligen Minerals.
Der Screenshot zeigt ein Beispiel, bei dem 20 mmol/L Gips als Startmenge für eine Gleichgewichtsrechnung vorgegeben ist.
Zwei typische Anwendungsfälle sind:
Sortierung. Klickt man im Tabellenkopf auf Mineral oder auf Formel, so werden die Mineralphasen alphabetisch geordnet:
- Mineral — nach dem Namen des Minerals
- Formel — nach der chemischen Formel des Minerals
Minerale im chemischen Gleichgewicht
Die thermodynamische Datenbank von aqion enthält mehr als 250 Minerale; in die Gleichgewichtsrechnung geht aber nur eine kleine Auswahl davon ein. Es sind bevorzugt Minerale mit einer relativ schnellen Auflösungs- bzw. Fällungskinetik (z.B. Calcit, Gips, Hydroxide und andere amorphe Festphasen) — und nur diese Auswahl ist in der Tabelle (oben im Screenshot) enthalten.
Eine Liste aller Mineralphasen ist hier, wobei die voreingestellten “aktiven Mineralphasen” mit einem (•) markiert sind. Der Nutzer kann dies im Konfigurationsfenster (unter Einstellungen in der oberen Menüleiste) jederzeit ändern, indem er die Häkchen entsprechend setzt.
Mineralfällung
Damit ein Mineral ausfällt, müssen zwei Bedingungen erfüllt sein:
- Das Mineral muss als “aktive Mineralphase” gelistet sein (um in die Gleichgewichtsrechnung einzugehen).
- Sättigungsindex: SI > 0
Erst wenn der Sättigungsindex größer Null wird (Zustand der Übersättigung), erlaubt die Thermodynamik, dass das Mineral ausfällt. Es fällt dann genau soviel an Feststoff aus, bis der Sättigungszustand den Wert SI = 0 erreicht.
Mineralauflösung
Damit ein Mineral sich auflöst, müssen drei Bedingungen erfüllt sein:
- Das Mineral muss als “aktive Mineralphase” gelistet sein (um in die Gleichgewichtsrechnung einzugehen).
- Vorgabe einer Startmenge in mmol/L (siehe Gips im Bild oben)
- Die Lösung muss bzgl. dieses Minerals untersättigt sein (SI < 0).
Von der vorgegebenen Startmenge wird nur soviel aufgelöst, bis der Sättigungszustand erreicht ist (SI = 0). Ist die Startmenge zu klein, dann wird alles aufgelöst, ohne den Sättigungszustand selbst zu erreichen.
In manchen Fällen würde man gern wissen, was mit der Lösung und dem pH-Wert passiert, wenn eine exakt definierte Menge eines bestimmten Minerals gelöst wird. Zu diesem Zweck nutze man die erzwungene Mineralauflösung.
Venn-Diagramm
In Gleichgewichtsberechnungen können wir zwischen drei Teilmengen von Mineralphasen unterscheiden (von der größten bis zur kleinsten):
- alle Minerale, die in der thdyn. Datenbank enthalten sind
- Minerale, die in die Gleichgewichtsrechnung eingehen (vom User vorgegeben bzw. aktiviert)
- Minerale, die ausfallen (wegen SI>0)
Die logische Beziehung zwischen diesen Mengen und Untermengen ist im Venn-Diagramm dargestellt:
In natürlichen Wässern fallen in der Regel nur wenige Minerale aus (wenn überhaupt), da für die weitaus größte Zahl der Mineralphasen eine Untersättigung vorliegt. Zudem wird die Gibbs’sche Phasenregel strikt berücksichtigt.