Auflösung von Calcit (CaCO3)

Was ist die Zusammensetzung des Wassers nach Auflösung von Calcit im geschlossenen und im offenen CO2-System bei 25? Hierbei gilt:

• geschlossenes System: H2O + Calcit
• offenes System: H2O + CO2(g) + Calcit

Calcitauflösung im geschlossenen System

Eingabefenster für die Calcitmenge

Man starte mit reinem Wasser (Taste H2O), danach aktiviere man die obere Checkbox Minerale. In der sich öffnenden Mineraltabelle kann man mit einem Doppelklick auf die Calcit-Zeile die Menge 5 mmol/L eintragen — siehe Bild rechts. (Dies ist der Mineralvorrat, von dem sich nur ein Teil auflösen wird. Das Ergebnis bleibt gleich, egal ob man mit 5, 11.7 oder 100 mmol/L Calcit startet.12)

Calcit-Auflösung im geschlossenen CO2-System

Die Berechnung beginnt mit der Start-Taste; es erscheint ein Übersichtsschema mit folgenden Ergebnissen3 (siehe Bild rechts):

pH = 9.91
Ca = 0.123 mM
DIC = 0.123 mM

Es haben sich also 0.123 mM Calcit aufgelöst und den pH auf 9.91 erhöht. Alle anderen Angaben zur Speziierung findet man in den Ergebnistabellen (Taste weiter ≫, Taste Ionen).

Calcitauflösung im offenen CO2-System

Inputpanel: Calcit-Auflösung im offenem System

Man gehe wie bei der ersten Berechnung vor, mit dem einzigen Unterschied, dass man im DIC-Panel auf “Offenes CO2-System” schaltet — siehe Bild rechts. Der angezeigte Wert (pCO2 3.408) entspricht dem CO2-Partialdruck der Atmosphäre.4

Calcit-Auflösung im offenem CO2-System

Danach Start-Taste. Die Ergebnisse lauten (siehe Schema unten):

pH = 8.22
DIC = 1.06 mM
Ca = 0.53 mM

Es haben sich demnach 0.53 mM Calcit aufgelöst. Das ist fast die 5-fache Calcitmenge im Vergleich zum geschlossenen System. Der Grund: Durch den CO2-Eintrag ist das mit Calcit in Kontakt kommende Wasser leicht sauer (pH = 5.61), wodurch deutlich mehr Calcit aufgelöst wird.

Wie kommt die größere DIC-Menge von 1.06 mM zustande? Zunächst lösen sich 0.0157 mM im Wasser ohne Calcit (siehe mittlere Spalte in Tabelle), dann kommen 0.53 mM durch die Calcitauflösung hinzu. Mit der Calcitauflösung steigt der pH-Wert, womit noch weitere 0.514 mM CO2 aus der Atmosphäre in die Lösung “gesaugt” werden. Das ergibt:

DIC  =  0.0157 mM + 0.53 mM + 0.514 mM  =  1.06 mM

Zusammenstellung der Ergebnisse (Speziierung)

    Geschlossenes System Offenes CO2 System
pH   9.91 8.22
Ca total mM 0.123 0.530
DIC mM 0.123 1.057
CO2 5 mM 2.2×10-5 0.0133
HCO3- mM 0.0831 1.023
CO3-2 mM 0.0338 0.009
Ca+2 mM 0.117 0.519
CaCO3(aq) 6 mM 0.0055 0.005
CaHCO3+ mM 0.00011 0.006
CaOH+ mM 0.00015 1.2×10-5

Der Wert von Ca gesamt entspricht gleichzeitig der Stoffmenge an gelöstem CaCO3 (Calcit).

Anmerkungen

  1. Der Mineralvorrat muss lediglich groß genug sein, um Sättigung zu erreichen (SI = 0). Wenn man auf der sicheren Seite sein will, gebe man z.B. 100 mM ein. ↩

  2. Das untere Kontrollkästchen “nur Auflösung (keine Fällung)” ist für den Spezialfall gedacht, dass bei einer schon übersättigten Ausgangslösung das Mineral nicht ausfallen soll. Startet man mit reinem Wasser (H2O), dann wird dieser Fall nie eintreten; man ignoriere also diese Option. ↩

  3. Der untere Teil des Schemas wird mit Klick auf die Details-Taste angezeigt. ↩

  4. In Lehrbüchern gibt man dafür gern gerundete Werte an, wie z.B. pCO2 = 3.5 oder ein Partialdruck von 0.00035 atm. ↩

  5. Die gelöste Spezies “CO2” symbolisiert hier die zusammengesetzte Kohlensäure ↩

  6. Mit CaCO3(aq) ist hier der “ungeladene” aquatische Komplex gemeint. Diese gelöste Spezies ist nicht zu verwechseln mit der Mineralphase Calcit, die man mit CaCO3(s) abkürzt. ↩

[last modified: 2024-10-27]