Wie berechne ich die CO2 Konzentration, welche im Equilibrium mit dem Wasser steht?
Hallo!
Ich möchte die Ausgasung von CO2 aus dem Wasser berechnen, brauche dazu die Konzentration an CO2 im Oberflächenwasser, welche vorhanden ist und die Konzentration an CO2, die im Equilibrium zwischen Wasser und Atmosphäre steht. Wie kann ich diese berechnen? Oder gibt's dazu bereits Wertetabellen?
Vielen Dank im Vorraus!
Hier das Bild mit der Formel
1 Antwort
In Wikipedia ist die Löslichkeit angegeben, 3,3 g/l bei 0 °C und 1,7 g/l bei 20 °C.
Aus den Gramm kannst du leicht die Molanzahl berechen.
Die Angaben gelten für den Normaldruck 1013 hPa. Bei diesem nimmt 1 Mol eines Gases Molvolumen so 22 - 25 Liter, unter "gebräuchlichen" Bedingungen. Details zu Norm- und Standardbedingungen findest du bei Wikipedia.
In jedem Fall stellt sich ein (natürlich temperaturabhängiges) Verhältnis der Konzentrationen in Wasser und Luft ein. Wobei sich für CO₂ evtll. auch der Partialdruck anbietet, aber dann musst du wieder umrechnen.
Ca. 99 % des CO₂ ist rein physikalisch gelöst, nur ca. 1 % reagiert zu Kohlensäure. Die Kohlensäure reagiert im neutralen und basischen zu Hydrogencarbonat. Das ist dann aber ein ganz eigenes Kapitel, das in Gewäsern eine große Rolle spielt.
Da Kohlensäure so schlecht fassbar ist, gibt man den pKs-Wert auch für Kohlendioxid, also die Reaktion CO₂ + 2 H₂O -> HCO₃⁻ + H₃O⁺ an. Dieser liegt bei 6,35, also deutlich schwächer als z.B. Essigsäure mit 4,75.
Vielleicht führt das zu weit, aber Regenwasser hat einen pH von ca. 5,6, sodass nur ein kleiner Teil des CO₂ reagiert. Bei Anwesenheit basischer Substanzen, also höheren pH-Werten, muss du dich mit der Hydrogencarbonat-Konzentration und der Henderson-Hasselbalch-Gleichung herumschlagen.
Ok vielen Dank! :) Aber brauch ich die Löslichkeit um den CO2 Flux zu berechnen?
Die Konzentration im Wasser hab ich gemessen, k schätze ich von bisher bekannten Werten für stehende Gewässer. Habe ich die Konzentration für das Equilibrium richtig berechnet, bzw. für die Formel das richtige berechnet mit:
1 Mol Luft braucht 22,4l. Ich will einen Liter und rechne zuerst 1/22,4. Daraufhin rechne ich diesen Wert * 0,0004, da CO2 nur diesen Anteil in der Luft einnimmt und komme schlussendlich auf einen Wert von 1,78571*10^-5 mol/l.
Im Anhang der Frage füge ich das Bild zu meiner Formel noch ein.
Die CO₂-Konzentration entspricht (nach Gleichgewichtseinstellung) immer der Löslichkeit bei gegebener Temperatur und gegebenem Partialdruck. Das Hydrogencarbonat ist (nur) insofern von Bedeutung, dass daraus CO₂ nachgebildet wird, wenn es entweicht, bzw. sich lösendes CO₂ zu einem Teil als Hydrogencarboat "verschwindet". Letzteres passiert mit dem CO₂, das wir freisetzen und das sich im leicht alkalischen Meer löst, bis die Erwärmung der Meere den Trend umkehrt.
Zuerst einmal vielen Dank für die Hilfe!
Ich verstehe nicht ganz, wie ich mit der Löslichkeit auf die Konzentration an CO2 im Gleichgewicht komme. Ich habe eine Tabelle gefunden mit der Löslichkeit des CO2 im Wasser bei 0,10,20,30,40,50 °C. Partialdruck kenne ich nicht über der Wasseroberfläche.
Aber das bedeutet, dass meine Berechnung zur CO2 Konzentration in der Luft falsch ist? Mir ist klar, dass das bei 25°C und Standardbedingungen wäre, aber ich kenne keinen anderen Weg, die Konzentration zu berechnen.
Vielen Dank, die Konzentration in der Luft und im Wasser hab ich nun beide berechnet. Wie bringe ich da nun die Löslichkeit mit in die Berechnung rein, da im Wasser ja CO2 in gebundener Form auch vorhanden ist?
Es wird ja nicht die Differenz aus den beiden Konzentrationen abgegeben, das wäre ja viel zu viel..