Chemie aquatischer Systeme. Herbstsemester 2013
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- Ingelore Linden
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1 Chemie aquatischer Systeme Herbstsemester 2013
2 Ziele der Vorlesung Verständnis der chemischen Zusammensetzung der Gewässer aufgrund chemischer Prozesse Verknüpfung chemischer Prozesse mit biologischen und physikalischen Prozessen Anwendung der chemischen Gleichgewichte
3 Ziele (2) Einsicht in Beeinträchtigung aquatischer Oekosysteme durch anthropogene Einflüsse Interpretation chemischer Daten
4 Chemie aquatischer Systeme Aquatische Chemie Chemie der gelösten und suspendierten Stoffe in aquatischen Systemen: - natürliche Systeme (See, Fluss, Grundwasser) - technische Systeme (Kläranlagen, Trinkwasser). Reaktionen und Phasenübergänge der gelösten Stoffe.
5 Einige aktuelle Probleme Globaler CO 2 -Kreislauf, CO 2 in Ozeanen Arsen im Trinkwasser (Bangladesh, Vietnam) Diffuse Einträge von Nährstoffen in Seen (z. B. Landwirtschaft) Verhalten von Nanopartikeln in aquatischer Umwelt
6 CO 2 -Kreislauf CO 2 -Gleichgewichte im Wasser Gas-Wasser-Austausch Biologische und chemische Kreisläufe
7 Ocean acidification
8 Arsen im Trinkwasser: Bangladesh Auch andere Regionen in Asien
9 Grundlagen für Beurteilung und Wasseraufbereitung Redoxprozesse As; Löslichkeit, Bindung an festen Phasen; Reaktionen von As an Oberflächen
10 Blaualgen verunreinigen den Greifensee Blaualgen sorgen dafür, dass sich der Greifensee verfärbt und ausladend schäumt. (August 2011) Bild Kantonales Labor Zürich
11 Nährstoffe in Seen N-, P-Einträge in Seen Redoxprozesse Stöchiometrie der Nährstoffaufnahme
12 Nanopartikel in Konsumprodukten
13 Nanopartikel in aquatischer Umwelt Löslichkeit der Partikel Oberflächenreaktionen Koagulation, Flockung
14 Problematische anorganische Stoffe in Gewässern Nährstoffe (P, N, C) Starke Säuren Schwermetalle (Cd, Hg, Cu usw.)
15 Globale Wasserprobleme Thematic Scope 2012 Water and Food security Cooperation towards Quality Standards for Aquatic Ecosystems
16 Globaler Wasserverbrauch
17 Aquatische Systeme Seen Fliessgewässer
18 Grundwasser Aquatische Systeme
19 Regenwasser Aquatische Systeme
20 Chemische Prozesse Von molekularen Prozessen zu Systemverhalten...
21 Wassermolekül
22 Wasser: Wasserstoffbrücken
23 Wasser : H3O+
24 Auflösung von NaCl
25 Aquoionen Ionen umgeben von Wassermolekülen, 6 oder 4
26 Anion im Wasser: F-
27 Chemische Reaktionen in aquatischen Systemen Säure-Base-Reaktionen HCO H + H 2 CO 3 Fällungs- / Auflösungsreaktionen CaCO 3(s) + H 2 CO 3 Ca HCO 3 - Austausch Gas-Wasser CO 2(g) CO 2(aq) HCO H +
28 Chemische Reaktionen in aquatischen Systemen Komplexbildung von Metallionen mit Liganden Zn 2+ + EDTA 4- ZnEDTA 2- Redoxprozesse SO e- + 9H + HS H 2 O Wechselwirkungen an Grenzflächen FeOH + Pb 2+ FeOPb + + H +
29 Spezierung in Lösung Redoxzustand, ionische Form : Ca 2+ (aq) H 2 PO 4 - Säure-Base : H 2 PO 4- /HPO 4 2- Komplexbildung
30 Wechselwirkungen der Gewässer mit Atmosphäre, Gesteinen, Biota, Anthroposphäre
31 Typische Konzentrationen in See oder Fluss
32 Wasser feste Phasen Gas Gas gelöst gelöst Organismen N, P gelöst feste Phase
33 Verwitterungsreaktionen Mineral + H 2 O +H 2 CO 3 Kationen + Anionen CaCO 3 (s) + H 2 CO 3 Ca HCO 3 - CaSO 4 (s) + H 2 O Ca 2+ + SO 4 2- Mineral + H 2 O +H 2 CO 3 Kationen + Anionen + Kieselsäure+ Tonmineral NaAlSi 3 O 8 (s) H 2 O + H 2 CO 3 Na + + HCO H 4 SiO Al 2 Si 2 O 5 (OH) 4 (s)
34 Hauptkationen in Gewässern Kationen Regen H + + NH ph "Mittlerer" Fluss Na + K + ph ZH-See Ca 2+ Mg 2+ ph mäq/l
35 Ionenbilanzen Kationen = Anionen Äquivalente / Liter entspricht Mole Ladungen / Liter
36 Hauptanionen in Gewässern Anionen Regen Fluss Cl - ZH-See HCO 3 - SO 4 2- NO mäq/l
37 Zusammensetzung Meerwasser Ca 2+ Kationen Meer Mg 2+ Na + K + ph äq/l HCO 3 - Anionen Meer SO 4 2- Cl äq/l
38 Photosynthese und Respiration
39 Stöchiometrische Verhältnisse der Nährstoffe CO NO HP O 4 + (x H 4 S i O 4 ) H 2 O + 18 H + (+ 16 NH + 4 ) P R {C 106 H 263 O 110 N 16 P 1 ( S i x ) } O 2 (+14 H + )
40 Genfersee, August 0 O2 µmol/l, Px
41 Genfersee: P vs. O2
42 Löslichkeit von Gasen O 2 (g) Luft O 2 (aq) Wasser Gleichgewicht : Henry-Konstante K H = [ O2 ( aq)] p O 2 Charakteristisch für jedes Gas, temperaturabhängig
43 Löslichkeit von Gasen Beispiel Atmosphäre, 25 C: [O 2 ] = K H p O2 = 2.62 x 10-4 mol/l [N 2 ] = K H p N2 = 4.91 x 10-4 mol/l
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