Reaktionen (pH-Calculator)
Zu jeder wässrigen Lösung (Inputwasser) lassen sich mit Hilfe des Reaktions-Moduls “Reac” Chemikalien zudosieren. Im einfachsten Fall ist das Inputwasser “reines Wasser” (also H2O). Auf diese Weise berechnet man den pH-Wert einer bestimmten Säure, Base oder eines Salzes.
Die hier gezeigten Screenshots gehören zu diesem Beispiel. Durch KOH-Zugabe wird der pH-Wert des Inputwassers von 7.90 auf 9.03 erhöht, wodurch Calcit ausfällt. Das Schema zeigt neben dem pH der Ausgangslösung die pH-Werte vor und nach der Calcit-Fällung. Alle Details zur wässrigen Lösung findet man in den nachfolgenden Tabellen (Programm-Output).
Mehrfach-Reaktionen. Das Programm ist in der Lage, bis zu 4 Reaktanten gleichzeitig zuzugeben, wenn man das Kontrollkästchen “mehr Reaktionen” aktiviert. Ein Beispiel dazu ist hier.
Die Chemikalien-Liste
Insgesamt stehen bis zu 500 Chemikalien zur Verfügung. Das Listenfeld selbst ist in drei Blöcke unterteilt:
- anorganische Säuren, Basen und Salze – siehe hier
- organische Säuren und Salze1
- Minerale (für die “erzwungene Mineralauflösung”)
In jedem Block sind die Chemikalien (Reaktanten) alphabetisch nach ihrer chemischen Formel geordnet:
| … |
| H2SO4 |
| H3AsO3 |
| H3AsO4 |
| H3BO3 |
| H3PO4 |
| H4SiO4 |
| Br |
| HCl |
| HF |
| HNO3 |
| K2CO3 |
| K2SO4 |
| KAl(SO4)2 |
| KCl |
| … |
Die Zugabe kann in mmol/L oder mg/L erfolgen. Berechnete pH-Werte für gebräuchliche Säuren und Basen sind zur Veranschaulichung in der pH-Tabelle zusammengefasst.
“Erzwungene Mineralauflösung”
Das Reaktionsmodul Reac enthält in seiner Chemikalien-Liste auch Mineralphasen. Man erkennt diese am Präfix “Mineral_”. Zum Beispiel:
| Mineral_Al(OH)3 | Al(OH)3 |
| Mineral_Brucite | (OH)2 |
| Mineral_Calcite | CaCO3 |
| Mineral_Fe(OH)3 | Fe(OH)3 |
| Mineral_Gypsum | CaSO4 |
| Mineral_Hydroxyapatite | Ca5(PO4)3OH |
| Mineral_Pyrochroite | Mn(OH)2 |
| Mineral_Rhodochrosite | MnCO3 |
| Mineral_Siderite | FeCO3 |
Wählt man als Zugabe beispielsweise 0.5mmol/L “Mineral_Gypsum”, dann werden 0.5 mmol/L CaSO4 als Reaktant dem Inputwasser zugegeben. Dieser (kinetische) Ansatz unterscheidet sich grundlegend von der Thermodynamik der Mineralauflösung.
Beim thermodynamischen Ansatz (den man hier verwendet) kommt es nur dann zur Mineralauflösung, wenn das Inputwasser bzgl. der Mineralphase untersättigt ist (SI < 0). Die aufgelöste Menge ist dabei eindeutig durch die Gleichgewichts-Thermodynamik festgelegt und lässt sich nicht frei vorgeben.
Bei der “erzwungenen Mineralauflösung” wird die Thermodynamik der Phasengleichgewichte außer Kraft gesetzt (durch ignorieren der entsprechenden Gleichungen). Die Menge, die man hier beliebig vorgibt, löst sich komplett auf, egal ob der SI > 0 ist oder nicht. Auf diese Weise ist es z.B. möglich, stark übersättigte Lösungen zu simulieren.
Anmerkungen