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 H2O) 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 wird sofort (wie im rechten Screenshot) angezeigt:
| pH = 4.16 |
Die komplette Zusammensetzung des Wassers wird in den nachfolgenden Tabellen/Fenstern angezeigt. 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 Teilaufgabe 1 vor. Bevor man aber auf Start klickt, öffne man mit Setup die Optionseinstellungen und aktiviere “Offenes CO2 System”. Der schon voreingestellte Wert für den CO2-Partialdruck entspricht der Zusammensetzung von Luft unter Normalbedingungen.
Wie die Berechnung (im rechten Bild) zeigt, bleibt der pH-Wert unverändert bei
| pH = 4.16 |
Dem System sind jetzt allerdings Carbonatspezies zugeführt worden. Der DIC beträgt nun 0.013 mM. Im sauren Bereich von pH 4.16 liegt der DIC hauptsächlich in Form von CO2(aq) vor.
Vorgehensweise – Teilaufgabe 3
Es bleibt alles wie in Teilaufgabe 2, nur gleich zu Beginn (im Hauptfenster) aktiviere man das Kontrollkästchen Minerale und gebe eine Startmenge an Calcit vor (z.B. 1, 10 oder 300 mmol/L) – siehe hier.
Es werden 0.56 mM Calcit aufgelöst (= 1 mM Ausgangsmenge – 0.44 mM ausgefallene Menge). Damit steigt der pH-Wert deutlich an und neutralisiert das saure Regenwasser:
| pH: 4.16 ⇒ 8.21 |
Die Ergebnisse im rechten Bild beziehen sich auf die Eingabe von 1 mM Calcit. An der Zusammensetzung und am pH des Wassers ändert sich aber nichts, wenn man andere Eingaben für Calcit macht (sofern sie größer als 0.56 mM Calcit sind). Mit anderen Worten, die aufgelöste Calcit-Menge ist vom Startwert unabhängig.
[Hinweis: Die eingetragene Calcitmenge bleibt in der Mineralliste solange bestehen, bis man ein neues Inputwasser einliest, d.h. bis man entweder auf die Tasten H2O oder Open klickt.]
Stickstoff-Spezies und Redoxreaktionen
In diesen Berechnungen wurde davon ausgegangen, dass die Redoxübergänge zwischen den Stickstoff-Spezies kinetisch stark gehemmt sind. Im Programm werden diese deshalb ausgeschaltet:
| kein Redoxübergang: | N(5) | ⇔ | N(3) | ||
| kein Redoxübergang: | N(5) | ⇔ | N(0) | ||
| kein Redoxübergang: | N(5) | ⇔ | N(-3) |
Diese Voreinstellung lässt sich aber auch ändern – siehe hier.