Geoscience Reference
In-Depth Information
3
gen Neueinstellungen der Kalk-Kohlensäure-
Gleichgewichte in einem Stofftransport-Modell
schrittweise in Zellen ermitteln, in die der
Grundwasserleiter aufgeteilt wird (S
CHULZ
, 1981;
DVWK, 1992b).
Wässern werden häufig durch unterschiedliche
Kohlensäuregehalte bewirkt. Nur wenige Ionen
wie Na
+
, K
+
, NO
3
-
und Cl
-
bleiben über fast alle
pH-Stufen gleich löslich. Die Löslichkeiten der
meisten Metall-Ionen hängen dagegen vom pH-
Wert ab. Dazu gehören vor allem Elemente (man-
che Halbmetalle und Metalle, insbesondere
Schwermetalle) mit amphoteren Eigenschaften.
Sie reagieren je nach dem Reaktionspartner ent-
weder als Base oder als Säure. Diese (Metall-) Ver-
bindungen sind in saurem Milieu leicht löslich,
fallen bei steigendem pH-Wert (Alkalisierung) als
Hydroxid oder Salz aus, gehen aber bei weiterer
Alkalisierung (pH etwa >9) unter Bildung von
basischen Komplex-Verbindungen wieder in Lö-
sung. Dazu gehören u.a. Zink (Komplex Zinkat
[Zn(OH)
4
]
2-
), Zinn (Komplex Stannat), Chrom
(Komplex Chromit [Cr(OH)
6
]
3-
), Molybdän
(Molybdat), Wolfram (Wolframat), Aluminium
(Aluminat [Al(OH)]
3-
), ferner Arsen (Arsenat)
und Antimon (Antimonat), Summenformel:
[Me(OH)
n
]
-
. Praktisch nicht amphoter sind
Kupfer, Cadmium und Quecksilber. Von man-
chen Metallen, deren Ionen mehrere Wertigkei-
ten haben können, reagieren die Ionen mittlerer
Wertigkeiten amphoter (z.B. Mn-IV). Das schwer
wasserlösliche Magnesiumhydroxid geht erst bei
pH > 10,5 wieder in Lösung. Dagegen ist Kiesel-
säure (Si-Verbindungen) im sauren Bereich
kaum löslich, sondern erst im basischen (pH > 9).
Die Kenntnis solcher chemischen Zusammen-
hänge ist für manche hydrogeologische Untersu-
chung wichtig, z.B. fallen schwermetallhaltige In-
dustrieabfälle als schwer oder kaum lösliche In-
dustrieabfälle in den Klärwerken von Industrie-
anlagen an. Dieser Schlamm wurde in der
Vergangenheit auf Deponien abgelagert. Sofern
solche Deponien den Niederschlägen ausgesetzt
waren, konnten die Schwermetalle wieder in Lö-
sung gehen, da die Niederschlagswässer in der
Regel pH < 7 haben. Wenn die Deponien keine
Basisabdichtung besaßen, konnten die Lösungen
in das Grundwasser gelangen.
Neuere Vorschriften (Technische Anleitung
Abfall) sehen zunächst eine Verwendungsprü-
fung der Hydroxidschlämme vor. Sind sie nicht
anderweitig verwendbar, werden sie Elutionsver-
suchen mit unterschiedlichen pH-Werten unter-
zogen, die den Zutritt von Niederschlagswasser
simulieren sollen. Die Versuchsergebnisse erlau-
ben eine Entscheidung darüber, ob die Stoffe
3.9.3.6 Einfluss des pH-Wertes
auf die Löslichkeit
Die genaue Messung des pH-Wertes (Abschn.
3.9.2.3.3) erfolgt elektrometrisch mit einer Nor-
mal-Wasserstoffelektrode (DVWK, 1994b). Nach
dem F
ARADAY
-Gesetz ist die
elektromotorische
Kraft
EMK
(mV) bei
18 °C zwischen zwei
Lösungen mit den Wasserstoffaktivitäten
a
1
und
a
2
(mol/l) durch folgende Zahlenwertgleichung
zu berechnen:
ϑ=
EMK
0 0577
,
(lg
a
lg
a
)
Gl. 110
2
1
EMK
= elektromotorische Kraft (mV),
a
= Aktivität des Wasserstoffkations (mol/l).
Wird die Aktivität der einen Lösung
a
1
= 1 mol/l
gesetzt, nämlich die einer Platin-Elektrode, die
von Wasserstoff unter einem Druck von 1 bar =
10
5
Pa umspült wird, und in eine Lösung der
H
+
-Ionenaktivität 1 taucht, so ergibt sich mit
lg {
a
1
} = lg 1 = 0:
EMK
0,0577 lg
a
.
2
Ist die Aktivität der freien H
+
-Ionen = {
a
2
}, so ist
EMK
a
0 0577
,
lg
H
und mit pH = -lg{
a
H
} ergibt sich
EMK
0,0577 pH
oder
pH
(Gl. 110)
EMK
.
0,0577
Der pH-Wert wird damit über die elektromotori-
sche Potenzialdifferenz (mV) zwischen der Nor-
mal-Wasserstoffelektrode und der Lösung be-
stimmt.
Der pH-Wert beeinflusst die Löslichkeit vieler
Stoffe und deren Ionen-Konzentration im Was-
ser. Änderungen der pH-Werte in natürlichen
