Salzmischungen
Armin Glaser
kann mir jemand erklären, wie ich die Löslichkeit von Salzmischungen
berechnen kann, wie sich z.B. CaCO3 in Anwesenheit von NaCl anders in
H2O löst ? Über Tips und auch Literaturhinweise (Autor und Titel wenn
möglich) würde ich mich freuen.
Armin
Markus Ebert
Armin Glaser wrote:
>
> Hallo,
> kann mir jemand erklären, wie ich die Löslichkeit von Salzmischungen
> berechnen kann, wie sich z.B. CaCO3 in Anwesenheit von NaCl anders in
> H2O löst ?
Generell gilt: Gleichionische Zusätze veringern die Löslichkeit und
andersionische Zusätze erhöhen diese. Woran liegt's?
Durch die Zugabe von z.B. NaCl zur Lösung wird die Ionenstärke (I)
erhöht. I beschreibt die Anzahl der elektrischen Ladung in der Lösung:
I = 1/2 * summe(m_i * z_i^2)
z:=Ladung des Ions i, m:= Konz. des Ions i [mol/l]; ^2:= zum Quadrat
Nun lassen sich z.B. nach DAVIS (gültig bis I~0.5) die
Aktivitätskoeffizienten (gamma) berechnen:
log(gamma_i) = -A * z_i^2*(wurzel(I)/(1+wurzel(I))-0.3*I)
A:= temperaturabhängiger Koeffizient (tabelliert)
Es ist vieleicht nicht deutlich zu erkennen, aber mit steigendem I
wird gamma kleiner, so daß nach:
Aktivität = gamma * Konzentration
auch die Aktivität des Ions i kleiner wird. Nehme ich nun das
Löslichkeitprodukt von CaCO3, muß ich eigentlich schreiben:
gamma(Ca) * Konz(Ca) * gamma(CO3-2) * Konz(CO3-2) = 10^-8.48 (25°C)
Lassen wir mal den nicht ganz unwichtigen Einfluss des pCO2 aussen
vor, muß also die Konzentration von NaCl bekannt sein, um die
Löslichkeit zu berechenen. Leider wird die Ionenstärke und damit die
Aktivitätskoeffizienten und damit die Aktivität der Ionen nicht nur
durch das NaCl bestimmt, sondern auch durch den gelösten Calcit. Es
gibt jetzt also entweder die Möglichkeit ein Gleichungssystem
aufzustellen, das das Löslichkeitsprodukt, die Ionenstärkeberechnung
und die NaCl-Konzentration beinhaltet oder interativ vorzugehen. D.h.
ausgehen von der Ionenstärke der NaCl-Lösung, die Ca+2 und CO3-2
Konzentration berechnen, die Ionenstärke neu berechnen, die Ca+2 und
CO3-2 Konzentratione neu berechnen, die Ionenstärke neu berechnen,
usw..
Diesen Vorgang solange wiederhohlen, bis die Verbesserung der
Berechnung akzeptabel klein wird. Wenn der Salzhintergrund (NaCl) viel
größer ist, als die Konzentration der gelösten betrachteten Festphase
(CaCO3) kann man sich das Iterieren schenken.
Im Beispiel der Calcit-Lösung muß darüber hinaus aber der
CO2-Partialdruck, die Dissoziation der Kohlensäure und die Frage ob
ein nach CO2 offenes oder geschlossenen System vorliegt ebenfalls
berücksichtigt werden (von daher ein schlechtes Beispiel) . Es wird
bei solchen Berechnungen also schnell recht umfangreich, zumal ja
durchaus noch andere Salze gelöst sein können. Wenn es also nicht um
die prinzipielle Darstellung der Berechnungsmethode geht, sondern um
die Berechnung selber, würde ich immer auf entsprechende Tools
(Modellprogramme) zurückgreifen.
Schau mal auf http://www.gpi.uni-kiel.de/~me/aquat_I.html, da kannst
du ein Programm Namens PHREEQC herunterladen, mit dem eine ganze Reihe
solcher Probleme berechnet werden können. Ist vieleicht nicht das
beste aller Modelprogramme, es reicht halt meist für meine
Fragestellungen. Dokumentation im .pdf-Format ist dabei (engl.) und
wenn ich mich recht erinnere gibt es auch eine Bedinungsobefläche für
windoof irgendwo im deutschen Netz (Notfalls beim USGS vorbeisurfen,
http://water.usgs.gov/software/geochemical.html).
HTH und schoene gruesse
markus