Anorga05Gase

Aquaristik: Die Grundlagen verstehen

1. ANORGANISCHE ASPEKTE

e. Gase I
Stickstoff
Kohlendioxid

Gelöste Gase

Nicht alle Stoffe, die sich im Wasser in ihre Bausteine auflösen, dissoziieren in elektrisch geladene Ionen, sondern sie schwirren als elektrisch neutrale, also ungeladene Moleküle durchs Wasser. Im Wesentlichen sind dies Gase, wie sie auch in der atmosphärischen Luft vorkommen, nämlich

Stickstoff N2	Kohlendioxyd CO2	Sauerstoff O2

An der Grenzschicht zur Luft, also der Wasseroberfläche, „diffundieren“ die Gase, die Konzentrationen ausgleichend, wechselnd aus dem Wasser in die Luft oder aus der Luft ins Wasser - je mehr Bewegung und je höher die Temperatur, desto schneller. Ins Wasser diffundieren sie so lange, bis ein Gleichgewichtszustand erreicht ist. Ist die Gaskonzentration im Wasser aufgrund anderer chemischer oder biochemischer Vorgänge höher, diffundieren die Moleküle aus dem Wasser in die Luft.

Diese Gleichgewichts-Grenzen sind
für
N2: 14,2 [mg/l], CO2: 0,51 [mg/l], O2: 9,1 [mg/l]

Das Wasser kann temporär mehr oder auch weniger dieser Mengen enthalten, ein Gas-Überschuss entweicht nach und nach in die Atmosphäre - langfristig stellt sich ein Gleichgewicht ein.

Stickstoff N2

N2-Molekül

Stickstoff N2, der mit knapp 80% den größten Teil unserer Atemluft bildet, ist als doppelatomiges Molekül N2 recht stabil und reaktionsträge, er spielt als molekulares Gas keine erwähnenswerte Rolle - anders, wenn er sich mit anderen Stoffen (wie Sauerstoff) verbunden hat, wie schon gezeigt wurde.
Deshalb wird er hier nur der Vollständigkeit halber erwähnt, obwohl er in nenneswerter Konzentration auch im Wasser vorhanden ist.

Kohlendioxid CO2

Es wurde schon dargelegt, dass gelöstes CO2 teilweise Hydoxid-Ionen HO- an sich bindet und somit durch Hydroxid-Abbau den Säuregrad erhöht:

CO2 + (HO- + p+) = HCO3- + p+

pH > KH <

Durch den Entzug des Hydoxid-Ions verschiebt sich die Protonen-Hydoxid-Relation zu den positiven Protonen: Das Wasser säuert an, der pH-Wert sinkt. Gleichzeitig steigt die Karbonat-Härte durch das vermehrte Hydrogenkarbonat HCO3-.

Zur Erinnerung:
1*KH [°dH] = 21,7827*HCO3 [mg/l]

Der Zusammenhang von pH, KH und CO2 wird beschrieben durch

pH = 7,91 - lg(2,8*CO2/KH)	CO2 = (KH/2,8) * 10^(7,91-pH)	KH = (2,8*CO2) / [10^(7,91-pH)]

Direkt ablesen kann man den CO2-Gehalt auch hier:

pH-CO2-Graph

Bei gegebener Mineralstruktur wird

- der Säuregrad gesteuert vom CO2-Gehalt: CO2 < 80 [mg/l]
- ein saures Milieu erreicht bei weichem Wasser: KH < 8 [ºdH]

Es wird der pH-Wert

gesenkt durch Zugabe von CO2
erhöht durch Zugabe von HCO3-

Die Balance zwischen CO2 und HCO3 wird vom pH-Wert gehalten. Das sich einstellende Verhältnis des gelösten CO2 zu KH (= HCO3 !) ist darstellbar mit pH in einem decadischen Exponenten:

CO2 : KH = 1/2,8 * 10^(7,91-pH)

Während in saurem Wasser sich der größte Teil des CO2 löst, neigt sich in alkalischem Wasser (=HO-Überschuss) die Balance zur Bildung von HCO3, bei pH=7,5 bildet sich gleichviel HCO3, wie CO2 erhalten bleibt. Ein Ansäuern mittels CO2-Zufuhr ist ab pH=8 nur schwer möglich, KH steigt dann überproportinal.

Für die Pflanzenzucht (Düngung!) ist bedeutend, dass sich aus den leicht messbaren Variablen pH und KH die CO2-Konzentration schnell (s.o.) errechnen lässt:

CO2 = (KH/2,8) * 10^(7,91-pH)
CO2 = KH * 10^(7,463-pH)

Unter "CO2" in der Konzentration [mg/l] ist das molekulare CO2 (i.F. "CO2(m)" genannt) zu verstehen, das frei im Wasser herumschwirrt, ohne sich mit dem Hydroxid-Ion "HO-" zum Hydrogencarbonat-Ion "HCO3-" verbunden zu haben. Diese Ionen verbergen sich als "KH" in [°dH], wobei ein [°dH] beschreibt 14,52 [mg/l] im Karbonat eingebundenes "CO2(b)".

CO2(b) [mg/l) = 14,52*KH[°dH]
CO2(m) = 1/14,52*CO2(b)*10^(7,463 - pH)

CO2(m) : CO2(b) = 10^(6,274 - pH)

Wird nun CO2 zugeführt, so teilt sich das dabei gelöste (!) "CO2(zu)" auf in

CO2(zu) = CO2(m) + CO2(b)
= CO2(b)*{1 + 10^(6,274-pH)}

CO2(b) = CO2(zu) / {1 + 10^(6,274-pH)}

So bewirkt das zugeführte CO2(zu), welches sich mit HO- zum HCO3- (=KH) verbindet, in Abhängigkeit von der Protonenkonzentration pH eine Aufhärtung

KH(plus) = 1/14,52*CO2(b)

KH(plus) : CO2(zu) = 0,0689 / {1+10^(6,274-pH)}

Gezeigt wird der etwa zu erwartende KH-Anstieg (bei geringer Änderung). Dabei ändert sich die Härte-Relation; sie steigt an, da die Erdalkalis unverändert bleiben.