Kalk-Kohlensäure-Gleichgewicht

Im Gegensatz zu Meerwasser machen in mittelharten Süßgewässern von den im Wasser gelösten Feststoffen Karbonationen (CO3–) mit ca. 35% und Ca ++ mit ca. 20% den weitaus größten Anteil aus. Diese Süßgewässer bezeichnet deshalb als Karbonatgewässer. In Regionen mit kalkreichem Gestein z.B. der Schwäbischen Alb oder in Buntsandsteingebirgen kann der Anteil an CaCO3 noch wesentlich höher liegen. Im Gegensatz sind Gewässer in Urgestein oder Basalt karbonatarm und entsprechend weich, solche Gewässer werden als Silkatgewässer bezeichnet.

Von dem Im Wasser gelösten Gasen dominieren Sauerstoff und Kohlendioxid. Dabei ist Kohlendioxid jedoch weitaus löslicher als Sauerstoff. Bei normalem Luftdruck (1 atm) beträgt die Löslichkeit von Sauerstoff im Wasser bei 0°C 69,5 mg/l, bei 20°C 43,3 mg/l, für Kohlendioxid dagegen bei 0°C 3350 mg/l und bei 20°C 1690 mg/l.

Das Kohlendioxid gelangt aus der Luft mit dem Regen ins Gewässer, bei der Passage des Grundwassers durch den Boden bis zum Quellaustritt oder ? wenn auch zum geringeren Teil ? wird mit der Atemluft der Tiere ans Wasser abgegeben.

Zu einem sehr geringen Teil (< 1%) reagiert das Kohlendioxid CO2 mit Wasser und es entsteht Kohlensäure H2CO3:

CO2 + H2O <–>H2CO3

Diese Kohlensäure zerfällt jedoch wieder in einem ersten Schritt zu Wasserstoffionen H+ und Hydrogencarbonationen HCO3-:

H2CO3< –> H + + HCO3-

In einer zweiten Stufe dissoziiert dann das Hydrogencarbonat HCO3- zu H+ und Karbonationen CO3–:

HCO3- < –>H + + CO3 2-

Diese Reaktionen sind u.a. vom pH-Wert abhängig. Je niedriger der pH ist (also je saurer das Gewässer ist) desto mehr CO2 liegt vor, bei steigendem pH (>7) nimmt dagegen der Anteil an H2 CO3- und CO32- zu.

Hydrogencaronat HCO3? ist gut wasserlöslich, das Karbonat dagegen ziemlich wasserunlöslich und fällt in Verbindung mit den im Wasser gelösten Ca++-Ionen als Kalk (CaCO3) aus, sichtbar als grauweißer Überzug auf Steinen, Pflanzenblättern und anderen Substratflächen.

Das chemische Gleichgewicht zwischen dem Kohlendioxid CO2 und dem Calciumcarbonat CaCO3 wird als Kalk-Kohlensäure-Gleichgewicht bezeichnet. Es bestimmt ganz entscheidend den Charakter des Gewässers, z.B, ob Kalk ausfällt oder Kalk sich im Wasser löst.

H2CO3 wird auch als freie Kohlesäure bezeichnet, HCO3-

als halbgebundene Kohlensäure und CO32- als fest gebundene Kohlensäure. Das Kalk-Kohlensäure-Gleichgewicht ist erreicht, wenn keine freie Kohlensäure mehr im Wasser vorhanden ist.

Ob Kalk im Gartenteich aus dem Wasser ausfällt, wird nicht nur durch physikalisch-chemische Faktoren (die sogenannte chemogene Entkalkung), sondern auch durch die Stoffwechselaktivität der Wasserpflanzen bestimmt. Die Pflanzen entziehen dem Wasser Kohlendioxid, wodurch ebenfalls Kalk ausfällt (sogenannte Biogene Entkalkung) ? meist bildet sich dann ein gut sichtbarer grau-weißer Kalküberzug auf den Blättern. Viele Unterwasserpflanzen nutzen neben dem Kohlendioxid auch Hydrogencarbonat als CO2-Quelle.

Überschüssige freie Kohlensäure löst nicht nur Kalk auf, sondern greift auch Metalloberfläche und Beton an. Dies kann dazu führen, dass Betonteiche mit den Jahren eine spröde, rissige Oberfläche bekommen, schlimmstenfalls sogar undicht werden.

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