Verständisfrage CO2 Wert

[Frank2]

Spannend finde ich. Ich habe mir genau darüber schon oft den Kopf zerbrochen gehabt warum ich in ein und demselben Becken bei derselben Blasenzahl bei Verschnitt des Wassers n dunkelgrünes Ei hatte, bei Nutzung des reinen Leitungswassers das Ei hingegen blau blieb.

Das SBV liefert m. E. hierfür die Antwort.

Im link unter Einfluss der Härte auf den co2 Gehalt zb ..gibt noch genug andere hierzu.

Kohlendioxid Teil-1

Oder bin ich vlt. auf dem falschen Dampfer unterwegs?

Gruß Frank

 

[Kejoro]

Hi Erwin,

das ist das fiese bei der Kohlensäure. Die selbst ist relativ instabil und zerfällt recht zügig wieder in CO₂ oder Hydrogencarbonat. Gleichzeitig liegt aber nie mehr als 0,1% vom CO₂ als Kohlensäure vor.
Das ist mir damals auch sauer aufgestoßen und ich hatte auch meine Probleme damit, diese Widersprüchlichkeiten aufzulösen, weil man eben denkt, dass nur 0,1% des CO₂ reagieren, aber tatsächlich kann die Kohlensäure reagieren und wird dann wieder aus dem CO₂ nachgebildet.
In den pK_s Werten zu dem Puffersystem ist das vernünftig hinterlegt. Wenn der pH gleich dem pK_s ist, dann herrschen die Pufferbildner zu jeweils gleichen Teilen vor. Heißt bei pH 6,35 liegen CO₂ und HCO₃ in gleicher Menge (in mol) vor, egal welche KH vorhanden ist! Das kann man mal weiterspinnen und nehmen an, dass die KH so hoch ist, dass 20mg/l CO₂ (entspricht 450µmol/l) den pH nur unwesentlich ändern, er also bei 6,35 bleibt. Dann reagiert die Hälfte von dem zugeführten CO₂ über die Kohlensäure zum Hydrogencarbonat.
Real sinkt der pH natürlich etwas, und nicht ganz 50% sondern weniger würden reagieren.

Bei den pK_s Werten des Kalk-Kohlensäure Gleichgewichts ignoriert man einfach die Kohlensäure als Zwischenprodukt und zeigt das Gleichgewicht zwischen CO₂ - HCO₃ - CO₃. Das Hägg Diagramm (rechte Seite) zeigt das Gleichgewicht nochmal über den pH. Sobald die schwarze Kurve sinkt, reagiert die Kohlensäure weg und wird zum Hydrogencarbonat. Dabei bildet sich neue Kohlensäure aus dem CO₂ im Wasser. Im Übrigen gibt es andere Hägg-Diagramme zu diesem System und dort wird anstatt Kohlensäure tatsächlich CO₂ angegeben.

Ich messe doch gerade den Ph um Rückschlüsse auf den CO2-Gehalt zu erhalten.
Und wo ist da der Zusammenhang mit der vorhandenen KH?

Wie nimmt denn das CO₂ Einfluss auf den pH, sodass man darüber einen Zusammenhang aufstellen kann?
Schau dir mal die KH-pH-CO₂-Tabellen an und versuche das mal mit dem Hägg-Diagramm unter einen Hut zu bekommen. Das ist gar nicht so einfach in Textform zu beschreiben...
Hat man eine hohe KH, müssen viele Puffer vorliegen. Bei pH 8 liegt bspw. fast ausschließlich das Hydrogencarbonat vor (s. Hägg). CO₂ ist bei dem pH nur zu etwa 1% vorhanden. Um damit auf die 20mg/l, also 450µmol/l zu kommen, braucht es 45mmol/l an Hydrogencarbonat. Dafür braucht man 45mmol/l an Säure, um den pH auf 4,3 zu bringen, weil dann kein Hydrogencarbonat mehr da ist und der Puffer weg ist. Das entspricht aber einer KH von SBV*2,8 = 126°dH... ^^

Praxisnäher wäre folgende Betrachtung: KH 8 bei pH 8 ergibt 2,86mmol/l Hydrogencarbonat, entspricht 28,6µmol/l an CO₂ (1,26mg/l). In der verlinkten Tabelle kommt etwa das doppelte raus. Nimmt man ein anderes Hägg-Diagramm sieht man, dass 2% CO2 bei pH 8 vorliegen. Passt also recht gut zusammen.
Leitet man jetzt CO₂ ein, macht eine Berechnung keinen Spaß mehr. Das schaff ich nur noch qualitativ. Der pH sinkt, das geht nur dadurch, dass Kohlensäure ein Proton abgibt. Dadurch steigt aber die Konzentration des Puffers in Form von Hydrogencarbonat. Aber die KH bleibt gleich, weil der pH im gleichen Maße gesunken ist, wie der Puffer gestiegen ist.

Allgemein fügt man hier einem Puffersystem seine eigene korrespondierende Säure zu. Dazu findet man im Netz aber recht wenig...

Ich hoffe, das ist irgendwie verständlich und gibt die Möglichkeit, ein Gefühl für dieses System zu entwickeln. Aktuell ist die Sache für mich ziemlich rund und ich bin mir recht sicher, dass das so passt, wie ich das aktuell verstehe.

Schöne Grüße
Kevin

 

[Erwin]

Hallo Kevin,

Wie nimmt denn das CO2 Einfluss auf den pH, sodass man darüber einen Zusammenhang aufstellen kann?
Schau dir mal die KH-pH-CO2-Tabellen an und versuche das mal mit dem Hägg-Diagramm unter einen Hut zu bekommen. Das ist gar nicht so einfach in Textform zu beschreiben...

Es mag sein, dass es schwer ist das zu beschreiben.
Ich gehe übrigens von neutralem Ph aus. Also ph7 +- 0,6
Hatte ich mal ph Werte um 6, dann waren das Zuchtbecken ohne CO2 Düngung.
Aber egal welchen Abschnitt du in den Tabellen vergleichst, es ist immer das selbe.
In den KH-ph-CO2 Tabellen sieht man doch den Zusammenhang.
Bei jeder Verdoppelung vom CO2 Gehalt sinkt der ph um 0,3
Bei jeder Halbierung steigt er um 0,3
Bei 0,6 also Faktor 4 bzw. Divisor 4

Gleiches bei der kh
Doppelte KH gleich ph steigt um 0,3
Halbierung der kh gleich ph sinkt um 0,3

Ich kann da keine Abhängigkeit der CO2 Menge bei verschiedener KH erkennen.

Beim Hägg-Diagramm fange ich schon an auszusteigen.
Ich habe es bisher aber auch nur einmal auf Wiki durchgelesen.
Vielleicht tue ich mich schwer damit, weil ich den Zusammenhang aus den Tabellen seit 45 Jahren kenne.

MfG
Erwin

 

[Kejoro]

Hey Erwin,

ich hoffe, wir reden nicht aneinander vorbei. Es geht schon noch darum, dass das zugeführte CO₂ wegreagieren kann und nicht mehr als freies CO₂ vorliegt?

In den KH-ph-CO2 Tabellen sieht man doch den Zusammenhang.
Bei jeder Verdoppelung vom CO2 Gehalt sinkt der ph um 0,3
Bei jeder Halbierung steigt er um 0,3

Genau, aber es steht nicht drin, wie viel CO₂ man zugeben muss, dass sich der Gehalt verdoppelt.
Im Übrigen kann man freies CO₂ im Wasser durch zugeben einer Base in Hydrogencarbonat überführen. Das ist der gegenteilige Prozess zum Knacken der KH. Das habe ich im Aquarium mal gemacht, die Dauertests reagieren da recht flott. Also wurde zuvor zugeführtes und gemessenes CO₂ (der Test war gelb) dem Wasser entzogen, der Test war im Anschluss tiefblau. Die Gaszufuhr wurde hierbei nicht mal unterbrochen.

Das Hägg-Diagramm ist recht einfach, da finde ich die Tabelle schwerer im Anwenden. Es gibt pro pH-Wert an, wie das aktuelle Gleichgewicht aussieht. Bei Phosphat ist das greifbarer. Das nimmt bei sinkendem pH nach und nach ein Proton auf. Die Summe entlang eines pH-Werts ist dabei immer 1, wenn man die Menge normiert.
Überträgt man den Fall des Phosphatpuffers auf das Kalk-Kohlensäuregleichgewicht müsste man sich fragen, wie viel Phosphorsäure ich zugeben muss, um auf eine bestimmte Konzentration von Phosphorsäure zu erreichen.
Da wird je nach pH nämlich einiges zu H₂PO₄ und HPO₄ wegreagieren. Passiert mit dem CO₂ genauso.

Schöne Grüße
Kevin

 

[omega]

Hallo Erwin,

ich blicke die Hintergründe ebenso wenig. Hatte auch schon versucht, mich aufschlauen zu lassen, hat aber nicht gewirkt, was wohl nicht ausschließlich an mir lag, sondern auch daran, wie Kevin anmerkt, die Zusammenhänge nur schwer wirklich anschaulich zu erklären sind.

Ich kann da keine Abhängigkeit der CO2 Menge bei verschiedener KH erkennen.

Die CO2-Mengen, die diese Tabellen ausweisen, geben offenbar nicht die Mengen an, die per CO2 zugeführt werden müssen, um den pH entsprechend zu senken, sondern die Mengen, die dabei als freie Kohlensäure übrig bleibt. Der andere Teil des zugeführten CO2 wird nach meinem Verständnis vom Puffer "aufgefangen".
Bei höherer KH muß mehr Puffer "überwunden" werden als bei niedrigerer. Man korrigiere mich gerne.

Grüße, Markus

 

[Thumper]

Moin,

dieser Punkt hier sollte echt beachtet werden, das macht's einfacher.

Praxisnäher wäre folgende Betrachtung: KH 8 bei pH 8 ergibt 2,86mmol/l Hydrogencarbonat, entspricht 28,6µmol/l an CO2 (1,26mg/l). In der verlinkten Tabelle kommt etwa das doppelte raus. Nimmt man ein anderes Hägg-Diagramm sieht man, dass 2% CO2 bei pH 8 vorliegen. Passt also recht gut zusammen.

Zur Erklärung: Wir starten beispielsweise bei pH 7 mit 3mg/L CO2 (Ausgegast) und speisen CO2 ein, bis unser Dauertest mit 20mg/L auf grün umschlägt. Gleichzeitig senkt es den pH auf 6,2 ab und damit folgt, dass wir mehr CO2 als HCO3 im Wasser gelöst haben.
Nochmal zum Verständnis: Das Diagramm zeigt nicht die CO2 Menge (Zugeführt oder im Wasser gelöst), sondern lediglich das Verhältnis CO2 zu HCO3 (zu CO3).

Die zugeführte CO2 Menge ist natürlich schwieriger zu ermitteln, da diverse Faktoren zum CO2 Verlust beitragen, wie z.B. Oberflächengröße, Skimmer, Wasserbewegung, Temperatur, ...

 

[Erwin]

Hallo zusammen,

Über die chemischen Zusammenhänge werde ich wohl nicht weiterkommen.

Angenommen ich mache folgenden Testaufbau:
2 Testgläser, eines gefüllt mit hartem Leitungswasser, das andere mit 50% Osmosewasser verschnitten - also Härtegrad halbiert.
Ich messe bei beiden den ph-wert mittels ph-Elektrode und notiere beide.

Dann gebe ich nacheinander für jeweils eine Minute die gleiche Menge CO2-Gas zu.
Messe wieder den Ph.

Im weicheren Wasser müsste dann der Ph stärker gesunken sein als im härteren?

Wenn das so ist, habe ich eine Chance es verstanden zu haben.

MfG
Erwin

 

[Erwin]

Hallo Bene,

Zur Erklärung: Wir starten beispielsweise bei pH 7 mit 3mg/L CO2 (Ausgegast) und speisen CO2 ein, bis unser Dauertest mit 20mg/L auf grün umschlägt. Gleichzeitig senkt es den pH auf 6,2 ab und damit folgt, dass wir mehr CO2 als HCO3 im Wasser gelöst haben.
Nochmal zum Verständnis: Das Diagramm zeigt nicht die CO2 Menge (Zugeführt oder im Wasser gelöst), sondern lediglich das Verhältnis CO2 zu HCO3 (zu CO3

Deine Erklärung dazu ist für mich hilfreich.

MfG
Erwin

 

[omega]

Hi,

Bei höherer KH muß mehr Puffer "überwunden" werden als bei niedrigerer.

ich denke, verständlicher wird es so:
Bei höherer KH liegt ein höherer pH vor. Dieser höhere pH zwingt das zugeführte CO2 dazu, in einem größeren Anteil als Hydrogencarbonat und Carbonat (gebundenes CO2) vorzuliegen als bei niedrigerer KH. Vom zugeführten CO2 bleibt ein geringerer Anteil als freies CO2 übrig als bei niedrigerer KH.
Die pH-KH-CO2-Tabellen zeigen nur das freie CO2, nicht aber das gebundene CO2.

Grüße, Markus

 

[omega]

Hallo,

noch was eingefallen:

Dieser höhere pH zwingt das zugeführte CO2 dazu, in einem größeren Anteil als Hydrogencarbonat und Carbonat (gebundenes CO2) vorzuliegen

Das erhöht die KH. Diese Erhöhung läßt sich per KH-Test aber nicht im selben Maß^*) ertröpfeln, da das zugeführte CO2 wiederum den pH gesenkt hat und es dadurch entsprechend weniger Salzsäure braucht, um den Farbumschlag bei pH 4,3 zu erreichen. Richtig?

*) Robert Miehle hatte mal in einem anderen Thread erwähnt, daß bei der Bestimmung der Säurekapazität nach DIN das CO2 auszutreiben sei, da es dabei störe.

Treibt man es aus, sinkt dadurch aber auch der Anteil an Hydrogencarbonat und Carbonat wieder um den Betrag, um den er vorher durch die Zuführung von CO2 erhöht wurde. Dennoch macht es wohl einen Unterschied (austreiben oder nicht), sonst würde es die DIN nicht vorschreiben.

Grüße, Markus

 

[Frank2]

Danke an Kevin, Markus und Bene für die tiefer gehende Begründung für das Phänomen. Und Erwin, dass Du kritisch nachgefragt hast.

Ich muss sagen, dass ich seinerzeit an jeglichen Erklärungsansätzen gescheitert bin. Ich erinnere mich übrigens noch JBL in diesem Zusammenhang , die haben eine größere Paffrathschale empfohlen bei höherer KH aus ebendiesem Grund.. . Finde das aber nicht mehr... . Die altbekannte 0,3-Regel aus der Tabelle ist dadurch aber ja nicht verkehrt.


Gruß
Frank

 

[Frank2]

Hallo zusammen,

Über die chemischen Zusammenhänge werde ich wohl nicht weiterkommen.

Angenommen ich mache folgenden Testaufbau:
2 Testgläser, eines gefüllt mit hartem Leitungswasser, das andere mit 50% Osmosewasser verschnitten - also Härtegrad halbiert.
Ich messe bei beiden den ph-wert mittels ph-Elektrode und notiere beide.

Dann gebe ich nacheinander für jeweils eine Minute die gleiche Menge CO2-Gas zu.
Messe wieder den Ph.

Im weicheren Wasser müsste dann der Ph stärker gesunken sein als im härteren?

Wenn das so ist, habe ich eine Chance es verstanden zu haben.

MfG
Erwin

Erwin warum nimmst Du nicht ein Ei und machst bei derselben Blasenzahl einen Versuch mit KH-1 und bspw. KH 10 ? Ich würde eine große Abweichung nehmen egal wie durchgeführt..

Gruß

Frank

 

[Kejoro]

Hey Markus,

Das erhöht die KH. Diese Erhöhung läßt sich per KH-Test aber nicht im selben Maß*) ertröpfeln, da das zugeführte CO2 wiederum den pH gesenkt hat und es dadurch entsprechend weniger Salzsäure braucht, um den Farbumschlag bei pH 4,3 zu erreichen. Richtig?

Den Gedankengang hatte ich auch schon. Nur beobachtet man das nicht. Ein Wasser mit KH 3°dH bleibt bei KH 3°dH, egal wie viel CO₂ ich zuführe. Über's Wochenende suche ich mal dazu eine Quelle. Es kann ja nicht sein, dass das noch niemand in der Wissenschaftswelt erörtert hat.
Ich würde in dem Kontext nicht mehr von KH sprechen, obwohl das vermutlich die richtige Definition hier wäre
Ja, eine CO₂ Zufuhr bei pH>4,35 (darunter reagiert CO₂ nur noch zu 1% zum Hydrogencarbonat--> vernachlässigbar) führt dazu, dass die Konzentration von Hydrogencarbonat steigt. Da dabei aber ein Proton entsteht (pH Senkung), steigt dadurch nicht das SBV. Man benötigt noch genauso viel Säure, um den pH auf 4,3 zu bringen.

Hey Erwin,
ich hab einen Hirnknoten bei deinem Experiment und kann keine Vorhersage aus meiner bisherigen Modellvorstellung ableiten. Da fehlt noch was, damit es rund wird ^^
Aus dem Gefühl heraus solltest du einen größeren Abfall vom pH beim weicheren Wasser sehen. Begründen würde ich das so, dass es bei weicherem Wasser "leichter" ist, das Verhältnis von CO₂ zu Hydrogencarbonat in Richtung des CO₂´s zu bringen, weil dem CO₂ nicht so viel Hydrogencarbonat gegenübersteht.
Wenn ich allerdings mit dem Modell herangehe, dass eine endliche Menge CO₂ in KH reiches Wasser kommt, reagiert mir das komplette CO₂ erstmal weg und der pH müsste stärker sinken, als es das im weichen Wasser macht. Tut's aber ned. Work in progress...

Schöne Grüße
Kevin

 

[Fino]

Hallo Erwin,

Angenommen ich mache folgenden Testaufbau:
2 Testgläser, eines gefüllt mit hartem Leitungswasser, das andere mit 50% Osmosewasser verschnitten - also Härtegrad halbiert.
Ich messe bei beiden den ph-wert mittels ph-Elektrode und notiere beide.

Dann gebe ich nacheinander für jeweils eine Minute die gleiche Menge CO2-Gas zu.
Messe wieder den Ph.

Im weicheren Wasser müsste dann der Ph stärker gesunken sein als im härteren?

Nein, zumindest nicht unter sonst gleichen Bedingungen, d.h. insbesondere wenn der CO2-Gehalt in der Ausgangssituation bei den Test-Wässerchen gleich hoch ist. Für diesen Fall ist der pH-Abfall in beiden Fällen gleich hoch: kein Unterschied zwischen weicherem und härteren Wasser.

Hier noch etwas konkreter am Zahlenbeispiel. Das harte Leitungswasser habe eine KH=10 und einen pH von 7,8. Bei gleichem CO2-Gehalt in der Ausgangssituation ergibt sich dann für das 50 % verschnittene Osmosewasser (KH=5) einen pH von 7,5. Die über eine Minute zugefügte Menge CO2 führe zu einer Erhöhung des CO2-Gehaltes um 20 % (z.B. von zuvor 5 mgl/L auf 6 mg/L). In beiden Wässerchen sinkt dadurch der pH um ca. 0,08, d.h. im Wasser mit der KH=10 auf ca. 7,72 und im Wasser mit der KH=5 auf ca. 7,42.

Viele Grüße
Klaus

 

[Peter47]

Hallo
dem Post von Klaus zufolge geschieht also die Pufferung des pH-Wertes alleine aufgrund der KH. Je höher die KH, desto höher auch der pH (bei gleicher CO2-Konzentration). Eine weitere Zufuhr von CO2 bewirkt keine weitere Pufferung! Eine weitere Zufuhr von KH führt zur weiteren Pufferung.

Grüße
Peter