Kalk-Kohlensäure-Gleichgewicht

Wenn in einem Wasser das Kalk-Kohlensäure-Gleichgewicht herrscht, dann sind alle beteiligten Reaktionen im Reaktionsgleichgewicht. Ausführliche Schemata hierzu im Fachbuch Kohlendioxid. Es wird weder Kalk gelöst noch fällt Kalk aus.

Lösung und Fällung von Kalk

Calcit löst sich physikalisch im Wasser bis zur Löslichkeitsgrenze, die durch das Löslichkeitsprodukt L charakterisiert wird. Das Löslichkeitsprodukt wird über die Akivitäten der Stoffe a() definiert.

Die rein physikalische Lösung von Calcit im Wasser führt immer nur zur Calcit- Sättigung. Das Löslichkeitsprodukt kann so nicht überschritten werden. Es kommt immer dann zu einer Calcitfällung, wenn das Löslichkeitsprodukt von Calcit überschritten wird, zum Beispiel: > Ein mit Calcit gesättigtes Wasser wird erwärmt. Die Löslichkeit (L) von Calcit nimmt mit steigender Temperatur ab, so dass dann die Löslichkeit überschritten wird. (z.B. Kesselstein-Bildung) > Aus einem Calcit gesättigten Wasser entweicht CO 2 an die Luft. Dadurch steigt der pH-Wert des Wassers, so dass sich der Anteil des Carbonats im Wasser erhöht. Das Löslichkeitsprodukt wird dadurch überschritten und Kalk kann ausfallen. (z.B. Bildung von Quellkalken) > In einem Calcit gesättigten Wasser steigt der pH-Wert des Wassers durch andere Prozesse, z.B. Photosynthese, so dass sich der Anteil des Carbonats im Wasser erhöht. Das Löslichkeitsprodukt wird dadurch überschritten und Kalk kann ausfallen. (z.B. Bildung von Seekreide) Alle drei Prozesse können sich gegenseitig verstärken.

Charakterisierungsgrößen für das Verhalten der Kohlensäure gegenüber Kalk

sind:

- Delta-pH-Wert ΔpH Der Delta-pH-Wert ist die Differenz zwischen dem aktuellen pH-Wert des Wassers und dem pH-Wert der Calcitsättigung, eingestellt mit Calcit. Der Delta-pH-Wert kann gemessen werden. ΔpH < 0 (-) das Wasser ist kalklösend ΔpH > 0 (+) das Wasser ist kalkabscheidend ΔpH = 0 das Wasserst ist im Gleichgewicht (Calcitsättigung) - pH-Wert der Calcitsättigung pH C Der pH-Wert der Calcitsättigung ist der pH-Wert des Wassers bei Calcitsättigung (Kalk-Kohlensäure-Gleichgewicht), eingestellt mit Calcit. - Sättigungsindex SI Der Sätigungsindex ist eine reine Rechengröße (kann nicht durch eine Messung ermittelt werden). Er gibt wie der Delta-pH-Wert die Abweichung von der Calcitsättigung an. Die Vorzeichen sind analog zum Delta-pH-Wert, die Zahlenwerte weichen ab. - Kalklösevermögen D(+) Das Kalklösevermögen gibt bei einem kalklösenden Wasser an, wieviel Kalk gelöst werden kann. Das Vorzeichen bei kalklösendem Wasser ist (+), im Gegensatz zum Delta-pH-Wert und Sättigungsindex. - Kalkabscheidekapazität D(-) Die Kalkabscheidekapazität gibt bei einem kalkabscheidenden Wasser an, wieviel Kalk abgeschieden werden kann. Das Vorzeichen bei kalkabscheidendem Wasser ist (-), im Gegensatz zum Delta-pH-Wert und Sättigungsindex.

Ursachen für Kalkfällung im Wasserkreislauf

Wenn im Wasser das Löslichkeitsprodukt von Kalk (Calcit) überschritten wird, kommt

es zur Calcitfällung (Kalkfällung).

Dies kann in der Natur hervorgerufen werden durch - Entweichen von CO 2 an die Luft - Photosynthese (CO 2 -Entzug) - Temperaturanstieg: Die Löslichkeit von Kalk nimmt mit steigender Temperatur ab! - Anstieg des pH-Wertes