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Verfasst am 15.03.2008 00:39:22 Uhr
Temporär abgelegt
Fortsetzung meines Beitrages vom 24.1.2008

Diese ausgelagerte Ansammlung von Fakten und Nachträgen werde ich nach Abschluss meiner Recherchen völlig neu konzipieren und evtl. thematisch weiter zerlegen. Es können Webadressen fehlerhaft verlinkt sein , z.B.: erst bei Archivierungsarbeiten am 17.6.2009 wurde entdeckt, dass sich der Ankerverweis auf Beitrag2N12 auf den inzwischen "neuadressierten" Beitrag1 v.14.3.2008 bezieht. Wunder brauchen oftmals lange ...

Folgende Beiträge müssen nochmals kritisch überprüft werden:

Gesamthärte-Umrechnung:
http://tb-archiv.drpagel.de/TB_2008-01-28.html (neuer Link!)
http://drpagel.log.ag/2008_1_2008_1_28_weblog.html (veralteter Link!)

über die verwirrende Vielfalt von Härten:
http://tb-archiv.drpagel.de/TB_2008-01-29Beitrag2.html (neuer Link!)
http://drpagel.log.ag/2008_01_2008_01_29_weblog.html#Beitrag2 (veralteter Link!)

Trinkwasser-Umrechnung, Vergleich: Tönissteiner, Rosbacher:
http://tb-archiv.drpagel.de/TB_2007-11-11.html (neuer Link!)
http://drpagel.log.ag/2007_11_2007_11_11_weblog.html (veralteter Link!)

Meine Mineralwasser-Datenbank:
http://tb-archiv.drpagel.de/TB_2008-01-22Beitrag3.html (neuer Link!)
http://drpagel.log.ag/2008_1_2008_1_22_weblog.html#Beitrag3 (veralteter Link!)
http://www.drpagel.de/Weblog/HTML/MiWa1__Haerte_Uebersicht.html

Doch jetzt ist erst einmal Nachtruhe!

Später mehr!

Nach der Einführung des SI-Systems in der Wissenschaft sollte jedoch theoretisch international die Meßgröße "Gesamthärte (GH)" bzw. "Karbonathärte (KH)" in einer von [Mol / Liter] abgeleiteten Einheit angegeben werden, weil es sich hier um Konzentrationsmaße handelt, wobei als Dimension kleinbuchstaben [mol/l] benutzt werden sollen. In der Praxis jedoch "feiern die diversen Härtegrade weiter fröhliche Urständ".

Für den Laien verwirrend wird oft nur von Härte, manchmal von "Grad Härte" gesprochen und ist "Härtegrad" gemeint. Nochmal für Spätzünder (wie mich):

Es meint ...
  • Gesamthärte oder Karbonathärte: eine Größe der Substanz wie Masse, Geschwindigkeit, Zeit, Ladung, Konzentration, Volumen usw...
  • °d (=(deutscher) Grad), °dH (Grad deutsche Härte; besser: deutscher Härtegrad); °dKH (Grad deutsche Carbonathärte; besser: deutscher Carbonathärtegrad), °dGH (Grad deutsche Gesamthärte; besser: deutscher Gesamthärtegrad), dagegen die Einheit (bzw. Dimension) dieser Größe wie z.B. "kg, m/s, s, As, M, l, usw..."
Die gleichen didaktischen Schwierigkeiten hätten wir, wenn unsere Temperatur nicht in der Einheit "°C" =^= "Grad Celsius", sondern "Grad Temperatur" gemessen würde. Da wäre es schon besser, man würde davon sprechen, "eine" soundso-"Härte betrage" soundsoviel "(deutsche) Grad".

Hier einige Übersetzungen:
Nur einige Ionen wie Na+, K+, NO3- und Cl- bleiben über den gesamten pH - Bereich in natürlichen Wässern in Lösung (Lit.») und, so meine Vermutung, liefern keinen Beitrag zu einer irgendwie benannten Härte.

Die KH definiert sich über die Konzentration an Hydrogencarbonat (HCO3-) welches als Merkmal für die Qualität einer möglichen pH-Pufferkapazität dient. Ist
°dKH (zu) niedrig, kann der pH-Wert
  • (falls gewünscht) leicht variert werden oder
  • (falls unerwünscht) instabil sein
In einem Forumbeitrag "chemieonline.de" erfährt man, dass die Gesamthärte des Wassers sich aus der Carbonat- und der Nichtcarbonathärte zusammmensetzt.
  • Die Carbonathärte (KH) ist eine vorübergehende Härte (Ca- / Mg-Hydrogencarbonat), die sich durch Erhitzen besetigen lässt.
  • Die Nicht-Carbonathärte ist die "bleibende Härte", die z.B. durch Mg- und Ca- Sulfate verursacht wird und mit Soda (Natriumhydrogencarbonat) beseitigt werden kann.
Dort fand ich auch den
Spruch des Tages:
  • "Man(n) ist nur dann ein Superheld, wenn man(n) sich selbst für super hält."


(dp) (6h)


Linksammler:

(dp) (+1,75h)
--- UMBAU des chaotischen Textes in Bearbeitung ---

die Nummerierung der Nachträge ist vorübergehend, kann sich also später ändern. Damit können Anker-Links zu toten Links werden

Nachtrag_3.a am 26.1.2008 um 00.45Uhr:
Will hier gar nicht die laborchemische Anleitung zur Bestimmung des KH-Wertes geben. Diese fand ich in einem Forum-Beitrag hinreichend beschrieben. Aber wenn schon die SI-Einheiten heutzutage der offizielle Standard ist, dann sollte man wenigstens mal eine Verknüpfung von den veralteten, aber immer noch benutzten Härtegraden und den modernen Werten herstellen können (siehe Lit.» (Linksammler): Wikipedia, Kurzweil-Praktikumsanleitung)

"Bis pH 4,3 ..." ? Normal aus der Mathematik kommend, denkt Herr Kalk-Ulator natürlich, ist ein pH-Wertebereich von 0 herauf bis zu 4,3 gemeint. Da hier in dem Laborexperiment aber Trinkwasser mit Salzsäure bis zum pH 4,3 acidimetrisch titriert wird, handelt es sich hier um ein pH-Intervall von ca. 7 herab bis zu 4,3. Daher dient dem Leserverständnis ungemein nicht nur das Ziel, sondern auch den Ursprung oder zumindest die Richtung anzugeben.

Die bei der Titration verbrauchte Salzsäure-Konzentration soll, mit dem (von mir zur Zeit noch unverstandenen mysteriösen) Faktor 2,8 multipliziert, der Karbonathärte entsprechen. In der Suchmaschine Google muss man evtl. nach "2,8" oder 2.8 recherchieren. Die Zahl 61 hat mit der Molzahl zu tun:
1mol H = 1g

1mol C =12g

3mol O =3·15,999g = 47,997g

also zusammen: 1mol HCO3 = 61g

oder: 1mmol HCO3 = 61 mg


6 °dKH = 6*(61 (mg/l HCO3-) /2,8) = 6*21,79 mg/l HCO3- = 131 mg/l HCO3-

Nachtruhe! (dp) (0,4h)

Nachtrag_3.b am 28.1.2008 um 00.10Uhr:
In einer Praktikumsanleitung zum Analytischen Praktikum der TU Chemnitz findet man zwei für die Carbonathärtebestimmung wichtige Reaktionsgleichungen
1.: HCO3- + H3O+ ⇌ CO2 + 2 H2O
2.: CO32- + 2 H3O+ ⇌ CO2 + 2 H2O
Interessant ist, dass von jeder Wasseruntersuchungsprobe drei 100 ml-Meßproben (sogenannte A-Probe, B-Probe, C-Probe) gezogen und separat analysiert werden sollen. Hieraus ist der Mittelwert und die Standardabweichung zu bestimmen. Vereinfacht gesagt wird eine 0,1N Salzsäure-Menge (=^= 0,1 M HCl) bis zum Farbumschlag des Indikators Methylorangelösung (mögliche Konzentrationen: siehe mein Beitrag v.9.3.2008), der insgesamt mit zwei bis drei Tropfen (= ca. 0,1 bis 0,15 ml, da zwei Tropfen ca. 0,1 ml entsprechen sollen (Lit.»)) der Lösung beigegeben worden ist, hinzugefügt (=Acidimetrie; die Titration mit Lauge nennt man Alkalimetrie). Die insgesamt verbrauchte HCl-Menge in ml entspräche 2,8 °dH Carbonathärte. Auch hier muss Praktikant/in diese mysteriöse Zahl 2,8 schlucken. Ich erinnere daran, dass jahrelang der hohe Eisengehalt von Spinat den Babys um die Ohren gewedelt wurde, obwohl sie den Spinat schon immer gerne ausgespuckt haben, weil sie es besser zu wissen glaubten und dann doch recht behielten. Daher frage ich immer noch: woher kommt dieser mysteriöse Umrechnungsfaktor 2.8? (siehe Nachtrag12). Gute Nacht zusammen! (dp) (0,5h)

Nachtrag_3.c am 28.1.2008 um 06.40Uhr:
In einer Webseite zur Karbonathärte-Absenkung und dort im Absatz "3.) Das Ansäuern von Wasser mit Salzsäure" findet man eine interessante Grafik "http:// www.deters-ing.de/ Gastbeitraege /pH(hcl).gif" (Leerstellen dienen hier dem Zeilenumbruch im Weblog!). Allerdings läßt sich hieraus auch kein Faktor 2,8 begründen. Zur Zeit vermute ich, könnte 2,8 evtl. von 5,6/2 [l/mmol] bzw. 1/(2·0,1783 mmol/l) herrühren, indem ein bereits aus der Gesamthärte bekannter Konzentrationswert (siehe oben) in diesen Faktor eingeht. Doch dies ist trotz der zufälligen Stimmigkeit zur Zeit nur Spekulation. Darüber muss ich noch eine Runde schlafen. (siehe Nachtrag12) (dp) (0,25h)

Nachtrag_4 am 28.1.2008 um 00.50Uhr:
In einer Praktikumsanleitung zum Analytischen Praktikum der TU Chemnitz findet man den Zusammenhang von Carbonathärte und Gesamthärte erklärt:
  • °dH Nichtcarbonathärte = °dH Gesamthärte - °dH Carbonathärte
Es kann also nicht sein, dass die Karbonathärte höhere Werte als die Gesamthärte annimmt?

Anders argumentiert ein Forum-Beitrag, nachdem es durchaus sein kann, dass die Gesamthärte gleich Null ist, da keine Ca-Ionen vorhanden sind, jedoch die Karbonathärte ungleich von Null:
  • In einem Bicarbonat-Säuerling (z.B.: reine Bikarbonatlösung aus NaHCO3) kann die Carbonathärte höhere Werte als die Gesamthärte haben
Das Leben ist hart! (dp) (0,5h)

Nachtrag_5 am 28.1.2008 um 12.50Uhr:
Auf einer Calculator-Webseite für Aquaristik-Größen findet man den Zusammenhang von Carbonathärte, pH und CO2-Konzentration in mg/liter dokumentiert:
2.8 · [CO2]/(mg/l) · 10^(7.90-pH) = °dKH
Auch hier steht wieder der mysteriöse Faktor 2,8. (dp) (0,5h)

Nachtrag_6.a am 28.1.2008 um 13.50Uhr:
Da haben wir den Salat als Vorspeise zum Mittag. In einer ausführlichen Recherche und Formelsammlung hat Andreas Sander einen Vorzeichenfehler in einer Norm nach DIN-Vorschrift korrigiert. Also ich Naivling hätte erwartet, dass DIN-Normen fehlerfrei seien? Dies erklärt immer noch 2,8 nicht, aber wir kommen dem Mysterium schon näher (siehe siehe Nachtrag12)

Ausserdem wird kH dort auch als Säurebindungsvermögen bezeichnet. Jetzt grübele ich darüber nach, ob Karbonathärte KH bzw. °dKH dasselbe meint? (dp) (0,25h)

Nachtrag_7 am 28.1.2008 um 14.50Uhr:
Und schon wieder eine Zahl 2.8 in einem Forum-Beitrag. Diesmal ein pKs-Wert für:
CO2 + H2O -> H2CO3
Ich werde noch zum Zahlenmystiker. Ausserdem grübele ich darüber nach, ob "PH" auch "Phosphathärte" heissen kann, denn normalerweise schreibt man "pH" so, falls damit der negative dekadische Logarithmus der (H3O+ -) Hydronium-Ionenkonzentration gemeint ist? (dp) (0,2h)

Nachtrag_8 am 28.1.2008 um 16.50Uhr:
Folgende Lit.»: "Effect of organic acids on the determination of carbonate species in solutions, Analytica Chimica Acta, Volume 318, Issue 2, 10 January 1996, Pages 239-249, Yuping Zhang and Richard Dawe" soll interessantes Wissen zu diesem Thema haben, z.B.: wie bei Titrationen, falls organische Säuren zugegen sind, der fehlerhaften Messung von Carbonat-Konzentration begegnet werden kann. Ausführliches Studium erfordert dort ein Benutzerkonto und Kennwort, welches man für 30 US-$ kaufen kann. (dp) (0,25h)

Nachtrag_9 am 28.1.2008 um 18.20Uhr:
In einer sehr guten online-Lit.» erfährt man etwas über
  • die prinzipiellen Unterschiede zu CO2, Kohlensäure und Gleichgewichte in geschlossenen, als auch offenen Systemen, auch
  • dass Regen schon immer leicht sauer war, nur noch nicht so extrem wie durch die heutigen Umwelt-Abgase verursacht (Nebel-pH kann ca.2 sein!) und
  • man den pH-Wert bei reinem Wasser durch Erhitzen auf pH=6,14 (Siedepunkt) absenken kann.
  • im Wasser ein Teil (ca. 0,3% bei 25°C) des gelösten Kohlendioxids zur Kohlensäure reagiert:
    CO2(aq) + H2O ↔ H2CO3
  • es sehr schwierig ist, die beiden Spezies CO2(aq) und H2CO3 analytisch zu unterscheiden, wird:
    [H2CO3* ] = [CO2(aq)] + [H2CO3]
    definiert.
  • dass "Kohlensäure" im gängigen Sprachgebrauch H2CO3* ist. Für die Konzentrationen gilt innerhalb einer Genauigeit von 1% [H2CO3* ] ≈ [CO2(aq)]

Weiter findet man dort, dass
  • Oberflächengewässer meistend durch die Kalkauflösung
    CaCO3 (s) + H2CO3 = Ca2+ + 2HCO3-
    gepuffert sind, weswegen
  • das Puffervermögen von Trink- und Brauchwasser durch eine Säuretitration, bei der das gesamte HCO3- zu Kohlensäure titriert wird, bestimmt wird
  • als Endpunkt einer solchen Säuretitration werde pH=4.3 gewählt, weil bei diesem pH gemäss
    pH = pK1 + log ( [HCO3-] / [H2CO3*] )
    nur noch 1% als HCO3- vorliege (pK1=6.3). Man nennt diese Pufferkapazität „Alkalinität“ (engl. "alcalinity") und definiert
    [Alk] = [HCO3-] + 2 [CO32-] + [OH-] - [H+]
    d.h. die Alkalinität entspricht dem Protonenbindungsvermögen (i.e. "Säurebindungsvermögen") einer Wasserprobe mit H2CO3* als Referenzpunkt.
  • Die Carbonatkonzentration werde doppelt gezählt, weil diese Base zwei Protonen aufnehmen könne.
(dp) (0,75h)

Nachtrag_10 am 31.1.2008 um 15.10Uhr:
Wieder ein linker Link:
http://www.geocities.com/flusch/grf_frm.htm
,da Site nur noch im Cache existiert oder einem sugeriert wird, man habe die Transferrate überschritten und deswegen sei einem der Seitenzugriff temporär gesperrt worden "If you exceed your data transfer limit, we'll temporarily turn off your web site."

Dort kann man lesen:
The last example is of a dibasic acid, carbonic acid, H2CO3. This is the acid which forms when carbon dioxide gas, CO2, dissolves in and reacts with water, H2O. As strong base is added, it reacts with the H2CO3 to form water and HCO3-, which is called bicarbonate ion. The pK of carbonic acid is 6.3 (making it a weaker acid than acetic acid). So a pH of 6.3 represents the middle of the first "buffer range" of this acid.
If we continue to add strong base after all of the carbonic acid has been converted to bicarbonate ion, (at f = 1), the HCO3- reacts with the hydroxide to form water and carbonate ion, CO3=. So bicarbonate ion is both a weak base and a weak acid. As an acid, it has a pK of 10.3, so this is the middle of the second buffer range. The pH of a pure carbonate solution, such as could be made by dissolving powdered sodium carbonate in water, would depend on the concentration: the higher the concentration, the higher the pH (just as a higher concentration of pure carbonic acid would result in a lower pH.) A pure bicarbonate solution has a pH of about 8.3, and is less affected by the concentration.
  • Dort benutzte Lit.»: "Aquatic Chemistry" by Werner Stumm and James J. Morgan, Wiley-Interscience, 1970.
  • Auch eine Idee:
    CO3= anstatt CO32-
Mich interessiert aber die HCl-Titration von neutralem oder pH6.3 in Richtung pH4.3.

Ob ich es heute noch schaffe? Vielleicht schafft das heute auch mich? (dp)(1h)

Nachtrag_11 am 11.3.2008 um 00.20Uhr:
Immer noch nicht fertig bin ich mit diesem Bericht! Aber immerhin habe ich endlich mal Untersuchungsvorschriften zur Wasseranalytik gefunden (siehe Linksammler). Wie das Leben so spielt: rein zufällig legte mir google diese Literatur nach den Suchbegriffen "fertige Indikatorlösung Merck methylorange" auf's Tablett. (dp) (2h)
archiviert (tbid2005.383): (dp) 17.06.2009 (+2,75h (+flagcounter +home.icon +w3c_LiCh +Link-Recherche +Link-korr. +html-korr. +Anker-korr.)), 08.7.2009 (+0,05h (+Link-korr.))
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