Mineralauflösung und Fällung
Die Mineral-Tabelle im rechten Bild öffnet man mit der Checkbox Minerale im Hauptfenster von aqion. In diese Tabelle lassen sich 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.
Das Bild rechts 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 chem. Formel des Minerals
Minerale im chemischen Gleichgewicht
Die thermodynamische Datenbank von aqion verfügt über 250 Minerale. Die Tabelle im oberen Bild listet aber nur die Minerale, die in die Gleichgewichtsrechnungen auch tatsächlich einbezogen werden.
Per Voreinstellung ist dies nur eine “kleine” Untermenge aller vorhandenen Minerale (diese Auswahl ist mit einem ‘x’ in den Tabellen hier markiert). Es handelt sich dabei meist um Festphasen mit einer relativ schnellen Auflösungs- bzw. Fällungskinetik. Darunter sind z.B. Calcit, Gips, Hydroxide und andere amorphe Festphasen.
Die Auswahl der “aktiven Mineralphasen” kann der Nutzer ändern. Dazu benutze man das Konfigurationsfenster unter Einstellungen in der oberen Menüleiste.
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 (nur) soviel an Feststoff aus, bis der Sättigungszustand (SI = 0) erreicht ist.
Das alles geschieht automatisch (sofern man Standardaufgaben löst); der Nutzer braucht sich um nichts zu kümmern.
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 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 je 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):
- Minerale, die in der thdyn. Datenbank enthalten sind
- Minerale, die in die Gleichgewichtsberechnung 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.