Aquatische Chemie: eine Einführung in die Chemie wässriger Lösungen und in die Chemie natürlicher Gewässer
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INHALTSVERZEICHNIS
VORWORT 1
KAPITEL 1 DIE CHEMISCHE ZUSAMMENSETZUNG NATUERLICHER GEWAESSER 1.1
EINLEITUNG 5
1.2 VERWITTERUNGSPROZESSE 7
1.3 WECHSELWIRKUNGEN ZWISCHEN ORGANISMEN UND WASSER 8
1.4 DAS PUFFERSYSTEM NATUERLICHER GEWAESSER 11 1.5 WASSER UND SEINE
EINZIGARTIGEN EIGEN- SCHAFTEN 17
1.6 EINE KURZE UEBERSICHT UEBER DIE HYDROGEO- CHEMISCHEN KREISLAEUFE 19
LITERATUR ALLGEMEIN 29
TABELLEN: KONZENTRATIONSEINHEITEN 32 PHYSIKALISCHE QUANTITAETEN 33
NUETZLICHE UMRECHNUNGSFAKTOREN 34 WICHTIGE KONSTANTEN 35
DAS ERDE - HYDROSPHAERE-SYSTEM 35 PERIODISCHE TABELLE DER ELEMENTE 36
KAPITEL 2
UEBUNGSAUFGABEN 37
SAEUREN UND BASEN 2.1 EINLEITUNG 39
2.2 SAEURE-BASE THEORIE 40
2.3 DIE STAERKE EINER SAEURE ODER BASE 43
2.4 ZUSAMMENGESETZTE ACIDITAETSKONSTANTE 46 2.5
GLEICHGEWICHTSRECHNUNGEN 47
TABLEAUX 51
2.6 PH A/S MASTERVARIABLE DOPPELT-LOGARITHMISCHE GRAPHISCHE AUF- TRAGUNG
ZUR DARSTELLUNG UND LOESUNG VON GLEICHGEWICHTSPROBLEMEN 56
2.7 SAEURE-BASE-TITRATIONSKURVEN 67
2.8 SAEURE- UND BASEN-NEUTRALISIERUNGS- 70 /CAPAZ/FAEF 2.9 PH-UND
AKTIVITAETSKONVENTIONEN 72
V
IMAGE 2
2.10 SAURE ATMOSPHAERISCHE NIEDERSCHLAEGE
UEBUNGSAUFGABEN
KAPITEL 3 CARBONAT-GLEICHGEWICHTE
3.1 EINLEITUNG 3.2 DAS OFFENE SYSTEM - WASSER IM GLEICHGEWICHT MIT DEM
CO 2 DER GASPHASE 3.3 DIE AUFLOESUNG VON CACO 3 (CALCIT) IM OFFENEN
82
KAPITEL 4
KAPITEL 5
SYSTEM
3.4 DAS GESCHLOSSENE CARBONATSYSTEM 3.5 ALKALINITAET UND ACIDITAET 3.6
GRUNDWASSER 3.7 ANALYTISCHE BESTIMMUNG DER ALKALINITAET 3.8 BESTIMMUNG
DER ACIDITAET 3.9 DIE PUFFERINTENSITAET DES CARBONATSYSTEMS
UEBUNGSAUFGABEN
WECHSELWIRKUNG WASSER - ATMOSPHAERE 4.1 EINLEITUNG 4.2 EINFACHE
GASA/VASSERGLEICHGEWICHTE; BEDEUTUNG IN DER CHEMIE DES WOLKEN-
WASSERS, DES REGENS UND DES NEBEL-
85
86
93 98 104 108 111 115 118 121
123
WASSERS 125
4.3 DIE GENESE EINES NEBELTROEPFCHENS 142 4.4 AEROSOLE 147
4.5 SAURE TRAUFE - SAURE SEEN 151
UEBUNGSAUFGABEN 154
ZUR ANWENDUNG THERMODYNAMISCHER DATEN UND DER KINETIK 5.1 EINLEITUNG
THERMODYNAMISCHE DATEN 157
5.2 DAS GLEICHGEWICHTSMODELL 157
5.3 UMRECHNUNG VON GLEICHGEWICHTSKONSTANTEN AUF ANDERE TEMPERATUREN UND
DRUCKE 163 5.4 KINETIK - EINLEITUNG 165
5.5 DIE REAKTIONSGESCHWINDIGKEIT 166
5.6 ELEMENTARREAKTIONEN 170
5.7 FALLBEISPIEL: DIE HYDRATISIERUNG DES CO 2 176
VI
IMAGE 3
5.8 FALLBEISPIEL: KINETIK DER ABSORPTION VON C0 2 ;
GAS-TRANSFER ATMOSPHAERE - WASSER 179
UEBUNGSAUFGABEN 183
APPENDIX: THERMODYNAMISCHE DATEN 185
KAPITEL 6 METALHONEN IN WAESSRIGER LOESUNG 6.1 EINLEITUNG 6.2
KOORDINATIONSCHEMIE UND IHRE BEDEUTUNG FUER DIE SPEZIIERUNG DER
METALLIONEN IN
NATUERLICHEN GEWAESSERN 6.3 SPEZIIERUNG UND ANALYTISCHE BESTIMMUNG 6.4
REGULIERUNG DER KONZENTRATION VON SCHWER-
METALLEN IN SEEN UEBUNGSAUFGABEN
KAPITEL 7 FAELLUNG UND AUFLOESUNG; DIE AKTIVITAET DER FESTEN PHASE 7.1
EINLEITUNG FAELLUNG UND AUFLOESUNG FESTER PHASEN ALS
MECHANISMUS ZUR REGULIERUNG DER ZUSAMMENSETZUNG NATUERLICHER GEWAESSER 7.2
LOESLICHKEITSGIEICHGEWICHTE VON HYDROXIDEN UND CARBONATEN; EINFLUSS DER
KOMPLEX-
BILDUNG, PH-ABHAENGIGKEIT 7.3 WELCHE FESTE PHASE KONTROLLIERT DIE LOESLICH
KEIT? 7.4 SIND FESTE PHASEN IM LOESLICHKEITSGLEICH-
GEWICHT?
7.5 KINETIK DER NUKLEIERUNG UND AUFLOESUNG EINER FESTEN PHASE: BEISPIEL
CALCIUM- CARBONAT
UEBUNGSAUFGABEN
KAPITEL 8 REDOX-PROZESSE
193
194 213
215 218
221
222
232
240
244
251
8.1 EINLEITUNG 253
8.2 DEFINITIONEN - OXIDATION UND REDUKTION 254 8.3 DER GLOBALE
ELEKTRONENKREISLAUF (PHOTOSYNTHESE, RESPIRATION) 255
8.4 REDOX-GLEICHGEWICHTE UND REDOX-INTENSITAET 258
VII
IMAGE 4
KAPITEL 9
KAPITEL 10
8.5 EINFACHE BERECHNUNGEN VON REDOX- GLEICHGEWICHTEN 265
8.6 KINETIK VON REDOX-PROZESSEN 27 8
8.7 OXIDATION DURCH SAUERSTOFF 287
8.8 PHOTOCHEMISCHE REDOX-PROZESSE 288 8.9 DURCH MIKROORGANISMEN
KATALYSIERTE REDOX-PROZESSE 292
8.10 DIE MESSUNG DES REDOX-POTENTIALS IN NATUERLICHEN GEWAESSERN 296
8.11 GLASELEKTRODE; IONENSELEKTIVE ELEKTRODEN 300 UEBUNGSAUFGABEN 303
ORGANISCHER KOHLENSTOFF; WECHSELWIRKUNG ZWISCHEN LEBEWESEN UND
ANORGANISCHER UMWELT 9.1 EINLEITUNG 305
9.2 ORGANISCHE VERBINDUNGEN ALS ELEKTROLYTE; HUMINSTOFFE ALS LIGANDEN
308
9.3 ORGANISCHES MATERIAL ALS REDUKTIONSMITTEL 318 9.4 DIE VERTEILUNG
ORGANISCHER VERBINDUNGEN IN DER UMWELT 322
UEBUNGSAUFGABEN 328
GRENZFLAECHENCHEMIE 10.1 EINLEITUNG 331
10.2 WECHSELWIRKUNGEN AN DER GRENZFLAECHE FEST-WASSER 332
10.3 ADSORPTION AUS DER LOESUNG 333
10.4 PARTIKEL IN NATUERLICHEN GEWAESSERN 338 10.5 OXIDOBERFLAECHEN:
SAEURE-BASE-REAKTIONEN, WECHSELWIRKUNG MIT KATIONEN UND ANIONEN 340 10.6
ELEKTRISCHE LADUNG AUF OBERFLAECHEN 10.7 OBERFLAECHENCHEMIE UND
REAKTIVITAET;
KINETIK DER AUFLOESUNG UND DER BILDUNG FESTER PHASEN 10.8 TONMINERALIEN;
LONENAUSTAUSCH 10.9 KOLLOIDSTABILITAET
UEBUNGSAUFGABEN
INDEX
345
350 359 366
372
373
VIII
IMAGE 1
INHALTSVERZEICHNIS
VORWORT 1
KAPITEL 1 DIE CHEMISCHE ZUSAMMENSETZUNG NATUERLICHER GEWAESSER 1.1
EINLEITUNG 5
1.2 VERWITTERUNGSPROZESSE 7
1.3 WECHSELWIRKUNGEN ZWISCHEN ORGANISMEN UND WASSER 8
1.4 DAS PUFFERSYSTEM NATUERLICHER GEWAESSER 11 1.5 WASSER UND SEINE
EINZIGARTIGEN EIGEN- SCHAFTEN 17
1.6 EINE KURZE UEBERSICHT UEBER DIE HYDROGEO- CHEMISCHEN KREISLAEUFE 19
LITERATUR ALLGEMEIN 29
TABELLEN: KONZENTRATIONSEINHEITEN 32 PHYSIKALISCHE QUANTITAETEN 33
NUETZLICHE UMRECHNUNGSFAKTOREN 34 WICHTIGE KONSTANTEN 35
DAS ERDE - HYDROSPHAERE-SYSTEM 35 PERIODISCHE TABELLE DER ELEMENTE 36
KAPITEL 2
UEBUNGSAUFGABEN 37
SAEUREN UND BASEN 2.1 EINLEITUNG 39
2.2 SAEURE-BASE THEORIE 40
2.3 DIE STAERKE EINER SAEURE ODER BASE 43
2.4 ZUSAMMENGESETZTE ACIDITAETSKONSTANTE 46 2.5
GLEICHGEWICHTSRECHNUNGEN 47
TABLEAUX 51
2.6 PH A/S MASTERVARIABLE DOPPELT-LOGARITHMISCHE GRAPHISCHE AUF- TRAGUNG
ZUR DARSTELLUNG UND LOESUNG VON GLEICHGEWICHTSPROBLEMEN 56
2.7 SAEURE-BASE-TITRATIONSKURVEN 67
2.8 SAEURE- UND BASEN-NEUTRALISIERUNGS- 70 /CAPAZ/FAEF 2.9 PH-UND
AKTIVITAETSKONVENTIONEN 72
V
IMAGE 2
2.10 SAURE ATMOSPHAERISCHE NIEDERSCHLAEGE
UEBUNGSAUFGABEN
KAPITEL 3 CARBONAT-GLEICHGEWICHTE
3.1 EINLEITUNG 3.2 DAS OFFENE SYSTEM - WASSER IM GLEICHGEWICHT MIT DEM
CO 2 DER GASPHASE 3.3 DIE AUFLOESUNG VON CACO 3 (CALCIT) IM OFFENEN
82
KAPITEL 4
KAPITEL 5
SYSTEM
3.4 DAS GESCHLOSSENE CARBONATSYSTEM 3.5 ALKALINITAET UND ACIDITAET 3.6
GRUNDWASSER 3.7 ANALYTISCHE BESTIMMUNG DER ALKALINITAET 3.8 BESTIMMUNG
DER ACIDITAET 3.9 DIE PUFFERINTENSITAET DES CARBONATSYSTEMS
UEBUNGSAUFGABEN
WECHSELWIRKUNG WASSER - ATMOSPHAERE 4.1 EINLEITUNG 4.2 EINFACHE
GASA/VASSERGLEICHGEWICHTE; BEDEUTUNG IN DER CHEMIE DES WOLKEN-
WASSERS, DES REGENS UND DES NEBEL-
85
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93 98 104 108 111 115 118 121
123
WASSERS 125
4.3 DIE GENESE EINES NEBELTROEPFCHENS 142 4.4 AEROSOLE 147
4.5 SAURE TRAUFE - SAURE SEEN 151
UEBUNGSAUFGABEN 154
ZUR ANWENDUNG THERMODYNAMISCHER DATEN UND DER KINETIK 5.1 EINLEITUNG
THERMODYNAMISCHE DATEN 157
5.2 DAS GLEICHGEWICHTSMODELL 157
5.3 UMRECHNUNG VON GLEICHGEWICHTSKONSTANTEN AUF ANDERE TEMPERATUREN UND
DRUCKE 163 5.4 KINETIK - EINLEITUNG 165
5.5 DIE REAKTIONSGESCHWINDIGKEIT 166
5.6 ELEMENTARREAKTIONEN 170
5.7 FALLBEISPIEL: DIE HYDRATISIERUNG DES CO 2 176
VI
IMAGE 3
5.8 FALLBEISPIEL: KINETIK DER ABSORPTION VON C0 2 ;
GAS-TRANSFER ATMOSPHAERE - WASSER 179
UEBUNGSAUFGABEN 183
APPENDIX: THERMODYNAMISCHE DATEN 185
KAPITEL 6 METALHONEN IN WAESSRIGER LOESUNG 6.1 EINLEITUNG 6.2
KOORDINATIONSCHEMIE UND IHRE BEDEUTUNG FUER DIE SPEZIIERUNG DER
METALLIONEN IN
NATUERLICHEN GEWAESSERN 6.3 SPEZIIERUNG UND ANALYTISCHE BESTIMMUNG 6.4
REGULIERUNG DER KONZENTRATION VON SCHWER-
METALLEN IN SEEN UEBUNGSAUFGABEN
KAPITEL 7 FAELLUNG UND AUFLOESUNG; DIE AKTIVITAET DER FESTEN PHASE 7.1
EINLEITUNG FAELLUNG UND AUFLOESUNG FESTER PHASEN ALS
MECHANISMUS ZUR REGULIERUNG DER ZUSAMMENSETZUNG NATUERLICHER GEWAESSER 7.2
LOESLICHKEITSGIEICHGEWICHTE VON HYDROXIDEN UND CARBONATEN; EINFLUSS DER
KOMPLEX-
BILDUNG, PH-ABHAENGIGKEIT 7.3 WELCHE FESTE PHASE KONTROLLIERT DIE LOESLICH
KEIT? 7.4 SIND FESTE PHASEN IM LOESLICHKEITSGLEICH-
GEWICHT?
7.5 KINETIK DER NUKLEIERUNG UND AUFLOESUNG EINER FESTEN PHASE: BEISPIEL
CALCIUM- CARBONAT
UEBUNGSAUFGABEN
KAPITEL 8 REDOX-PROZESSE
193
194 213
215 218
221
222
232
240
244
251
8.1 EINLEITUNG 253
8.2 DEFINITIONEN - OXIDATION UND REDUKTION 254 8.3 DER GLOBALE
ELEKTRONENKREISLAUF (PHOTOSYNTHESE, RESPIRATION) 255
8.4 REDOX-GLEICHGEWICHTE UND REDOX-INTENSITAET 258
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IMAGE 4
KAPITEL 9
KAPITEL 10
8.5 EINFACHE BERECHNUNGEN VON REDOX- GLEICHGEWICHTEN 265
8.6 KINETIK VON REDOX-PROZESSEN 27 8
8.7 OXIDATION DURCH SAUERSTOFF 287
8.8 PHOTOCHEMISCHE REDOX-PROZESSE 288 8.9 DURCH MIKROORGANISMEN
KATALYSIERTE REDOX-PROZESSE 292
8.10 DIE MESSUNG DES REDOX-POTENTIALS IN NATUERLICHEN GEWAESSERN 296
8.11 GLASELEKTRODE; IONENSELEKTIVE ELEKTRODEN 300 UEBUNGSAUFGABEN 303
ORGANISCHER KOHLENSTOFF; WECHSELWIRKUNG ZWISCHEN LEBEWESEN UND
ANORGANISCHER UMWELT 9.1 EINLEITUNG 305
9.2 ORGANISCHE VERBINDUNGEN ALS ELEKTROLYTE; HUMINSTOFFE ALS LIGANDEN
308
9.3 ORGANISCHES MATERIAL ALS REDUKTIONSMITTEL 318 9.4 DIE VERTEILUNG
ORGANISCHER VERBINDUNGEN IN DER UMWELT 322
UEBUNGSAUFGABEN 328
GRENZFLAECHENCHEMIE 10.1 EINLEITUNG 331
10.2 WECHSELWIRKUNGEN AN DER GRENZFLAECHE FEST-WASSER 332
10.3 ADSORPTION AUS DER LOESUNG 333
10.4 PARTIKEL IN NATUERLICHEN GEWAESSERN 338 10.5 OXIDOBERFLAECHEN:
SAEURE-BASE-REAKTIONEN, WECHSELWIRKUNG MIT KATIONEN UND ANIONEN 340 10.6
ELEKTRISCHE LADUNG AUF OBERFLAECHEN 10.7 OBERFLAECHENCHEMIE UND
REAKTIVITAET;
KINETIK DER AUFLOESUNG UND DER BILDUNG FESTER PHASEN 10.8 TONMINERALIEN;
LONENAUSTAUSCH 10.9 KOLLOIDSTABILITAET
UEBUNGSAUFGABEN
INDEX
345
350 359 366
372
373
VIII
IMAGE 1
INHALTSVERZEICHNIS
VORWORT 1
KAPITEL 1 DIE CHEMISCHE ZUSAMMENSETZUNG NATUERLICHER GEWAESSER 1.1
EINLEITUNG 5
1.2 VERWITTERUNGSPROZESSE 7
1.3 WECHSELWIRKUNGEN ZWISCHEN ORGANISMEN UND WASSER 8
1.4 DAS PUFFERSYSTEM NATUERLICHER GEWAESSER 11 1.5 WASSER UND SEINE
EINZIGARTIGEN EIGEN- SCHAFTEN 17
1.6 EINE KURZE UEBERSICHT UEBER DIE HYDROGEO- CHEMISCHEN KREISLAEUFE 19
LITERATUR ALLGEMEIN 29
TABELLEN: KONZENTRATIONSEINHEITEN 32 PHYSIKALISCHE QUANTITAETEN 33
NUETZLICHE UMRECHNUNGSFAKTOREN 34 WICHTIGE KONSTANTEN 35
DAS ERDE - HYDROSPHAERE-SYSTEM 35 PERIODISCHE TABELLE DER ELEMENTE 36
KAPITEL 2
UEBUNGSAUFGABEN 37
SAEUREN UND BASEN 2.1 EINLEITUNG 39
2.2 SAEURE-BASE THEORIE 40
2.3 DIE STAERKE EINER SAEURE ODER BASE 43
2.4 ZUSAMMENGESETZTE ACIDITAETSKONSTANTE 46 2.5
GLEICHGEWICHTSRECHNUNGEN 47
TABLEAUX 51
2.6 PH A/S MASTERVARIABLE DOPPELT-LOGARITHMISCHE GRAPHISCHE AUF- TRAGUNG
ZUR DARSTELLUNG UND LOESUNG VON GLEICHGEWICHTSPROBLEMEN 56
2.7 SAEURE-BASE-TITRATIONSKURVEN 67
2.8 SAEURE- UND BASEN-NEUTRALISIERUNGS- 70 /CAPAZ/FAEF 2.9 PH-UND
AKTIVITAETSKONVENTIONEN 72
V
IMAGE 2
2.10 SAURE ATMOSPHAERISCHE NIEDERSCHLAEGE
UEBUNGSAUFGABEN
KAPITEL 3 CARBONAT-GLEICHGEWICHTE
3.1 EINLEITUNG 3.2 DAS OFFENE SYSTEM - WASSER IM GLEICHGEWICHT MIT DEM
CO 2 DER GASPHASE 3.3 DIE AUFLOESUNG VON CACO 3 (CALCIT) IM OFFENEN
82
KAPITEL 4
KAPITEL 5
SYSTEM
3.4 DAS GESCHLOSSENE CARBONATSYSTEM 3.5 ALKALINITAET UND ACIDITAET 3.6
GRUNDWASSER 3.7 ANALYTISCHE BESTIMMUNG DER ALKALINITAET 3.8 BESTIMMUNG
DER ACIDITAET 3.9 DIE PUFFERINTENSITAET DES CARBONATSYSTEMS
UEBUNGSAUFGABEN
WECHSELWIRKUNG WASSER - ATMOSPHAERE 4.1 EINLEITUNG 4.2 EINFACHE
GASA/VASSERGLEICHGEWICHTE; BEDEUTUNG IN DER CHEMIE DES WOLKEN-
WASSERS, DES REGENS UND DES NEBEL-
85
86
93 98 104 108 111 115 118 121
123
WASSERS 125
4.3 DIE GENESE EINES NEBELTROEPFCHENS 142 4.4 AEROSOLE 147
4.5 SAURE TRAUFE - SAURE SEEN 151
UEBUNGSAUFGABEN 154
ZUR ANWENDUNG THERMODYNAMISCHER DATEN UND DER KINETIK 5.1 EINLEITUNG
THERMODYNAMISCHE DATEN 157
5.2 DAS GLEICHGEWICHTSMODELL 157
5.3 UMRECHNUNG VON GLEICHGEWICHTSKONSTANTEN AUF ANDERE TEMPERATUREN UND
DRUCKE 163 5.4 KINETIK - EINLEITUNG 165
5.5 DIE REAKTIONSGESCHWINDIGKEIT 166
5.6 ELEMENTARREAKTIONEN 170
5.7 FALLBEISPIEL: DIE HYDRATISIERUNG DES CO 2 176
VI
IMAGE 3
5.8 FALLBEISPIEL: KINETIK DER ABSORPTION VON C0 2 ;
GAS-TRANSFER ATMOSPHAERE - WASSER 179
UEBUNGSAUFGABEN 183
APPENDIX: THERMODYNAMISCHE DATEN 185
KAPITEL 6 METALHONEN IN WAESSRIGER LOESUNG 6.1 EINLEITUNG 6.2
KOORDINATIONSCHEMIE UND IHRE BEDEUTUNG FUER DIE SPEZIIERUNG DER
METALLIONEN IN
NATUERLICHEN GEWAESSERN 6.3 SPEZIIERUNG UND ANALYTISCHE BESTIMMUNG 6.4
REGULIERUNG DER KONZENTRATION VON SCHWER-
METALLEN IN SEEN UEBUNGSAUFGABEN
KAPITEL 7 FAELLUNG UND AUFLOESUNG; DIE AKTIVITAET DER FESTEN PHASE 7.1
EINLEITUNG FAELLUNG UND AUFLOESUNG FESTER PHASEN ALS
MECHANISMUS ZUR REGULIERUNG DER ZUSAMMENSETZUNG NATUERLICHER GEWAESSER 7.2
LOESLICHKEITSGIEICHGEWICHTE VON HYDROXIDEN UND CARBONATEN; EINFLUSS DER
KOMPLEX-
BILDUNG, PH-ABHAENGIGKEIT 7.3 WELCHE FESTE PHASE KONTROLLIERT DIE LOESLICH
KEIT? 7.4 SIND FESTE PHASEN IM LOESLICHKEITSGLEICH-
GEWICHT?
7.5 KINETIK DER NUKLEIERUNG UND AUFLOESUNG EINER FESTEN PHASE: BEISPIEL
CALCIUM- CARBONAT
UEBUNGSAUFGABEN
KAPITEL 8 REDOX-PROZESSE
193
194 213
215 218
221
222
232
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251
8.1 EINLEITUNG 253
8.2 DEFINITIONEN - OXIDATION UND REDUKTION 254 8.3 DER GLOBALE
ELEKTRONENKREISLAUF (PHOTOSYNTHESE, RESPIRATION) 255
8.4 REDOX-GLEICHGEWICHTE UND REDOX-INTENSITAET 258
VII
IMAGE 4
KAPITEL 9
KAPITEL 10
8.5 EINFACHE BERECHNUNGEN VON REDOX- GLEICHGEWICHTEN 265
8.6 KINETIK VON REDOX-PROZESSEN 27 8
8.7 OXIDATION DURCH SAUERSTOFF 287
8.8 PHOTOCHEMISCHE REDOX-PROZESSE 288 8.9 DURCH MIKROORGANISMEN
KATALYSIERTE REDOX-PROZESSE 292
8.10 DIE MESSUNG DES REDOX-POTENTIALS IN NATUERLICHEN GEWAESSERN 296
8.11 GLASELEKTRODE; IONENSELEKTIVE ELEKTRODEN 300 UEBUNGSAUFGABEN 303
ORGANISCHER KOHLENSTOFF; WECHSELWIRKUNG ZWISCHEN LEBEWESEN UND
ANORGANISCHER UMWELT 9.1 EINLEITUNG 305
9.2 ORGANISCHE VERBINDUNGEN ALS ELEKTROLYTE; HUMINSTOFFE ALS LIGANDEN
308
9.3 ORGANISCHES MATERIAL ALS REDUKTIONSMITTEL 318 9.4 DIE VERTEILUNG
ORGANISCHER VERBINDUNGEN IN DER UMWELT 322
UEBUNGSAUFGABEN 328
GRENZFLAECHENCHEMIE 10.1 EINLEITUNG 331
10.2 WECHSELWIRKUNGEN AN DER GRENZFLAECHE FEST-WASSER 332
10.3 ADSORPTION AUS DER LOESUNG 333
10.4 PARTIKEL IN NATUERLICHEN GEWAESSERN 338 10.5 OXIDOBERFLAECHEN:
SAEURE-BASE-REAKTIONEN, WECHSELWIRKUNG MIT KATIONEN UND ANIONEN 340 10.6
ELEKTRISCHE LADUNG AUF OBERFLAECHEN 10.7 OBERFLAECHENCHEMIE UND
REAKTIVITAET;
KINETIK DER AUFLOESUNG UND DER BILDUNG FESTER PHASEN 10.8 TONMINERALIEN;
LONENAUSTAUSCH 10.9 KOLLOIDSTABILITAET
UEBUNGSAUFGABEN
INDEX
345
350 359 366
372
373
VIII
IMAGE 1
INHALTSVERZEICHNIS
VORWORT 1
KAPITEL 1 DIE CHEMISCHE ZUSAMMENSETZUNG NATUERLICHER GEWAESSER 1.1
EINLEITUNG 5
1.2 VERWITTERUNGSPROZESSE 7
1.3 WECHSELWIRKUNGEN ZWISCHEN ORGANISMEN UND WASSER 8
1.4 DAS PUFFERSYSTEM NATUERLICHER GEWAESSER 11 1.5 WASSER UND SEINE
EINZIGARTIGEN EIGEN- SCHAFTEN 17
1.6 EINE KURZE UEBERSICHT UEBER DIE HYDROGEO- CHEMISCHEN KREISLAEUFE 19
LITERATUR ALLGEMEIN 29
TABELLEN: KONZENTRATIONSEINHEITEN 32 PHYSIKALISCHE QUANTITAETEN 33
NUETZLICHE UMRECHNUNGSFAKTOREN 34 WICHTIGE KONSTANTEN 35
DAS ERDE - HYDROSPHAERE-SYSTEM 35 PERIODISCHE TABELLE DER ELEMENTE 36
KAPITEL 2
UEBUNGSAUFGABEN 37
SAEUREN UND BASEN 2.1 EINLEITUNG 39
2.2 SAEURE-BASE THEORIE 40
2.3 DIE STAERKE EINER SAEURE ODER BASE 43
2.4 ZUSAMMENGESETZTE ACIDITAETSKONSTANTE 46 2.5
GLEICHGEWICHTSRECHNUNGEN 47
TABLEAUX 51
2.6 PH A/S MASTERVARIABLE DOPPELT-LOGARITHMISCHE GRAPHISCHE AUF- TRAGUNG
ZUR DARSTELLUNG UND LOESUNG VON GLEICHGEWICHTSPROBLEMEN 56
2.7 SAEURE-BASE-TITRATIONSKURVEN 67
2.8 SAEURE- UND BASEN-NEUTRALISIERUNGS- 70 /CAPAZ/FAEF 2.9 PH-UND
AKTIVITAETSKONVENTIONEN 72
V
IMAGE 2
2.10 SAURE ATMOSPHAERISCHE NIEDERSCHLAEGE
UEBUNGSAUFGABEN
KAPITEL 3 CARBONAT-GLEICHGEWICHTE
3.1 EINLEITUNG 3.2 DAS OFFENE SYSTEM - WASSER IM GLEICHGEWICHT MIT DEM
CO 2 DER GASPHASE 3.3 DIE AUFLOESUNG VON CACO 3 (CALCIT) IM OFFENEN
82
KAPITEL 4
KAPITEL 5
SYSTEM
3.4 DAS GESCHLOSSENE CARBONATSYSTEM 3.5 ALKALINITAET UND ACIDITAET 3.6
GRUNDWASSER 3.7 ANALYTISCHE BESTIMMUNG DER ALKALINITAET 3.8 BESTIMMUNG
DER ACIDITAET 3.9 DIE PUFFERINTENSITAET DES CARBONATSYSTEMS
UEBUNGSAUFGABEN
WECHSELWIRKUNG WASSER - ATMOSPHAERE 4.1 EINLEITUNG 4.2 EINFACHE
GASA/VASSERGLEICHGEWICHTE; BEDEUTUNG IN DER CHEMIE DES WOLKEN-
WASSERS, DES REGENS UND DES NEBEL-
85
86
93 98 104 108 111 115 118 121
123
WASSERS 125
4.3 DIE GENESE EINES NEBELTROEPFCHENS 142 4.4 AEROSOLE 147
4.5 SAURE TRAUFE - SAURE SEEN 151
UEBUNGSAUFGABEN 154
ZUR ANWENDUNG THERMODYNAMISCHER DATEN UND DER KINETIK 5.1 EINLEITUNG
THERMODYNAMISCHE DATEN 157
5.2 DAS GLEICHGEWICHTSMODELL 157
5.3 UMRECHNUNG VON GLEICHGEWICHTSKONSTANTEN AUF ANDERE TEMPERATUREN UND
DRUCKE 163 5.4 KINETIK - EINLEITUNG 165
5.5 DIE REAKTIONSGESCHWINDIGKEIT 166
5.6 ELEMENTARREAKTIONEN 170
5.7 FALLBEISPIEL: DIE HYDRATISIERUNG DES CO 2 176
VI
IMAGE 3
5.8 FALLBEISPIEL: KINETIK DER ABSORPTION VON C0 2 ;
GAS-TRANSFER ATMOSPHAERE - WASSER 179
UEBUNGSAUFGABEN 183
APPENDIX: THERMODYNAMISCHE DATEN 185
KAPITEL 6 METALHONEN IN WAESSRIGER LOESUNG 6.1 EINLEITUNG 6.2
KOORDINATIONSCHEMIE UND IHRE BEDEUTUNG FUER DIE SPEZIIERUNG DER
METALLIONEN IN
NATUERLICHEN GEWAESSERN 6.3 SPEZIIERUNG UND ANALYTISCHE BESTIMMUNG 6.4
REGULIERUNG DER KONZENTRATION VON SCHWER-
METALLEN IN SEEN UEBUNGSAUFGABEN
KAPITEL 7 FAELLUNG UND AUFLOESUNG; DIE AKTIVITAET DER FESTEN PHASE 7.1
EINLEITUNG FAELLUNG UND AUFLOESUNG FESTER PHASEN ALS
MECHANISMUS ZUR REGULIERUNG DER ZUSAMMENSETZUNG NATUERLICHER GEWAESSER 7.2
LOESLICHKEITSGIEICHGEWICHTE VON HYDROXIDEN UND CARBONATEN; EINFLUSS DER
KOMPLEX-
BILDUNG, PH-ABHAENGIGKEIT 7.3 WELCHE FESTE PHASE KONTROLLIERT DIE LOESLICH
KEIT? 7.4 SIND FESTE PHASEN IM LOESLICHKEITSGLEICH-
GEWICHT?
7.5 KINETIK DER NUKLEIERUNG UND AUFLOESUNG EINER FESTEN PHASE: BEISPIEL
CALCIUM- CARBONAT
UEBUNGSAUFGABEN
KAPITEL 8 REDOX-PROZESSE
193
194 213
215 218
221
222
232
240
244
251
8.1 EINLEITUNG 253
8.2 DEFINITIONEN - OXIDATION UND REDUKTION 254 8.3 DER GLOBALE
ELEKTRONENKREISLAUF (PHOTOSYNTHESE, RESPIRATION) 255
8.4 REDOX-GLEICHGEWICHTE UND REDOX-INTENSITAET 258
VII
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KAPITEL 9
KAPITEL 10
8.5 EINFACHE BERECHNUNGEN VON REDOX- GLEICHGEWICHTEN 265
8.6 KINETIK VON REDOX-PROZESSEN 27 8
8.7 OXIDATION DURCH SAUERSTOFF 287
8.8 PHOTOCHEMISCHE REDOX-PROZESSE 288 8.9 DURCH MIKROORGANISMEN
KATALYSIERTE REDOX-PROZESSE 292
8.10 DIE MESSUNG DES REDOX-POTENTIALS IN NATUERLICHEN GEWAESSERN 296
8.11 GLASELEKTRODE; IONENSELEKTIVE ELEKTRODEN 300 UEBUNGSAUFGABEN 303
ORGANISCHER KOHLENSTOFF; WECHSELWIRKUNG ZWISCHEN LEBEWESEN UND
ANORGANISCHER UMWELT 9.1 EINLEITUNG 305
9.2 ORGANISCHE VERBINDUNGEN ALS ELEKTROLYTE; HUMINSTOFFE ALS LIGANDEN
308
9.3 ORGANISCHES MATERIAL ALS REDUKTIONSMITTEL 318 9.4 DIE VERTEILUNG
ORGANISCHER VERBINDUNGEN IN DER UMWELT 322
UEBUNGSAUFGABEN 328
GRENZFLAECHENCHEMIE 10.1 EINLEITUNG 331
10.2 WECHSELWIRKUNGEN AN DER GRENZFLAECHE FEST-WASSER 332
10.3 ADSORPTION AUS DER LOESUNG 333
10.4 PARTIKEL IN NATUERLICHEN GEWAESSERN 338 10.5 OXIDOBERFLAECHEN:
SAEURE-BASE-REAKTIONEN, WECHSELWIRKUNG MIT KATIONEN UND ANIONEN 340 10.6
ELEKTRISCHE LADUNG AUF OBERFLAECHEN 10.7 OBERFLAECHENCHEMIE UND
REAKTIVITAET;
KINETIK DER AUFLOESUNG UND DER BILDUNG FESTER PHASEN 10.8 TONMINERALIEN;
LONENAUSTAUSCH 10.9 KOLLOIDSTABILITAET
UEBUNGSAUFGABEN
INDEX
345
350 359 366
372
373
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INHALTSVERZEICHNIS
VORWORT 1
KAPITEL 1 DIE CHEMISCHE ZUSAMMENSETZUNG NATUERLICHER GEWAESSER 1.1
EINLEITUNG 5
1.2 VERWITTERUNGSPROZESSE 7
1.3 WECHSELWIRKUNGEN ZWISCHEN ORGANISMEN UND WASSER 8
1.4 DAS PUFFERSYSTEM NATUERLICHER GEWAESSER 11 1.5 WASSER UND SEINE
EINZIGARTIGEN EIGEN- SCHAFTEN 17
1.6 EINE KURZE UEBERSICHT UEBER DIE HYDROGEO- CHEMISCHEN KREISLAEUFE 19
LITERATUR ALLGEMEIN 29
TABELLEN: KONZENTRATIONSEINHEITEN 32 PHYSIKALISCHE QUANTITAETEN 33
NUETZLICHE UMRECHNUNGSFAKTOREN 34 WICHTIGE KONSTANTEN 35
DAS ERDE - HYDROSPHAERE-SYSTEM 35 PERIODISCHE TABELLE DER ELEMENTE 36
KAPITEL 2
UEBUNGSAUFGABEN 37
SAEUREN UND BASEN 2.1 EINLEITUNG 39
2.2 SAEURE-BASE THEORIE 40
2.3 DIE STAERKE EINER SAEURE ODER BASE 43
2.4 ZUSAMMENGESETZTE ACIDITAETSKONSTANTE 46 2.5
GLEICHGEWICHTSRECHNUNGEN 47
TABLEAUX 51
2.6 PH A/S MASTERVARIABLE DOPPELT-LOGARITHMISCHE GRAPHISCHE AUF- TRAGUNG
ZUR DARSTELLUNG UND LOESUNG VON GLEICHGEWICHTSPROBLEMEN 56
2.7 SAEURE-BASE-TITRATIONSKURVEN 67
2.8 SAEURE- UND BASEN-NEUTRALISIERUNGS- 70 /CAPAZ/FAEF 2.9 PH-UND
AKTIVITAETSKONVENTIONEN 72
V
IMAGE 2
2.10 SAURE ATMOSPHAERISCHE NIEDERSCHLAEGE
UEBUNGSAUFGABEN
KAPITEL 3 CARBONAT-GLEICHGEWICHTE
3.1 EINLEITUNG 3.2 DAS OFFENE SYSTEM - WASSER IM GLEICHGEWICHT MIT DEM
CO 2 DER GASPHASE 3.3 DIE AUFLOESUNG VON CACO 3 (CALCIT) IM OFFENEN
82
KAPITEL 4
KAPITEL 5
SYSTEM
3.4 DAS GESCHLOSSENE CARBONATSYSTEM 3.5 ALKALINITAET UND ACIDITAET 3.6
GRUNDWASSER 3.7 ANALYTISCHE BESTIMMUNG DER ALKALINITAET 3.8 BESTIMMUNG
DER ACIDITAET 3.9 DIE PUFFERINTENSITAET DES CARBONATSYSTEMS
UEBUNGSAUFGABEN
WECHSELWIRKUNG WASSER - ATMOSPHAERE 4.1 EINLEITUNG 4.2 EINFACHE
GASA/VASSERGLEICHGEWICHTE; BEDEUTUNG IN DER CHEMIE DES WOLKEN-
WASSERS, DES REGENS UND DES NEBEL-
85
86
93 98 104 108 111 115 118 121
123
WASSERS 125
4.3 DIE GENESE EINES NEBELTROEPFCHENS 142 4.4 AEROSOLE 147
4.5 SAURE TRAUFE - SAURE SEEN 151
UEBUNGSAUFGABEN 154
ZUR ANWENDUNG THERMODYNAMISCHER DATEN UND DER KINETIK 5.1 EINLEITUNG
THERMODYNAMISCHE DATEN 157
5.2 DAS GLEICHGEWICHTSMODELL 157
5.3 UMRECHNUNG VON GLEICHGEWICHTSKONSTANTEN AUF ANDERE TEMPERATUREN UND
DRUCKE 163 5.4 KINETIK - EINLEITUNG 165
5.5 DIE REAKTIONSGESCHWINDIGKEIT 166
5.6 ELEMENTARREAKTIONEN 170
5.7 FALLBEISPIEL: DIE HYDRATISIERUNG DES CO 2 176
VI
IMAGE 3
5.8 FALLBEISPIEL: KINETIK DER ABSORPTION VON C0 2 ;
GAS-TRANSFER ATMOSPHAERE - WASSER 179
UEBUNGSAUFGABEN 183
APPENDIX: THERMODYNAMISCHE DATEN 185
KAPITEL 6 METALHONEN IN WAESSRIGER LOESUNG 6.1 EINLEITUNG 6.2
KOORDINATIONSCHEMIE UND IHRE BEDEUTUNG FUER DIE SPEZIIERUNG DER
METALLIONEN IN
NATUERLICHEN GEWAESSERN 6.3 SPEZIIERUNG UND ANALYTISCHE BESTIMMUNG 6.4
REGULIERUNG DER KONZENTRATION VON SCHWER-
METALLEN IN SEEN UEBUNGSAUFGABEN
KAPITEL 7 FAELLUNG UND AUFLOESUNG; DIE AKTIVITAET DER FESTEN PHASE 7.1
EINLEITUNG FAELLUNG UND AUFLOESUNG FESTER PHASEN ALS
MECHANISMUS ZUR REGULIERUNG DER ZUSAMMENSETZUNG NATUERLICHER GEWAESSER 7.2
LOESLICHKEITSGIEICHGEWICHTE VON HYDROXIDEN UND CARBONATEN; EINFLUSS DER
KOMPLEX-
BILDUNG, PH-ABHAENGIGKEIT 7.3 WELCHE FESTE PHASE KONTROLLIERT DIE LOESLICH
KEIT? 7.4 SIND FESTE PHASEN IM LOESLICHKEITSGLEICH-
GEWICHT?
7.5 KINETIK DER NUKLEIERUNG UND AUFLOESUNG EINER FESTEN PHASE: BEISPIEL
CALCIUM- CARBONAT
UEBUNGSAUFGABEN
KAPITEL 8 REDOX-PROZESSE
193
194 213
215 218
221
222
232
240
244
251
8.1 EINLEITUNG 253
8.2 DEFINITIONEN - OXIDATION UND REDUKTION 254 8.3 DER GLOBALE
ELEKTRONENKREISLAUF (PHOTOSYNTHESE, RESPIRATION) 255
8.4 REDOX-GLEICHGEWICHTE UND REDOX-INTENSITAET 258
VII
IMAGE 4
KAPITEL 9
KAPITEL 10
8.5 EINFACHE BERECHNUNGEN VON REDOX- GLEICHGEWICHTEN 265
8.6 KINETIK VON REDOX-PROZESSEN 27 8
8.7 OXIDATION DURCH SAUERSTOFF 287
8.8 PHOTOCHEMISCHE REDOX-PROZESSE 288 8.9 DURCH MIKROORGANISMEN
KATALYSIERTE REDOX-PROZESSE 292
8.10 DIE MESSUNG DES REDOX-POTENTIALS IN NATUERLICHEN GEWAESSERN 296
8.11 GLASELEKTRODE; IONENSELEKTIVE ELEKTRODEN 300 UEBUNGSAUFGABEN 303
ORGANISCHER KOHLENSTOFF; WECHSELWIRKUNG ZWISCHEN LEBEWESEN UND
ANORGANISCHER UMWELT 9.1 EINLEITUNG 305
9.2 ORGANISCHE VERBINDUNGEN ALS ELEKTROLYTE; HUMINSTOFFE ALS LIGANDEN
308
9.3 ORGANISCHES MATERIAL ALS REDUKTIONSMITTEL 318 9.4 DIE VERTEILUNG
ORGANISCHER VERBINDUNGEN IN DER UMWELT 322
UEBUNGSAUFGABEN 328
GRENZFLAECHENCHEMIE 10.1 EINLEITUNG 331
10.2 WECHSELWIRKUNGEN AN DER GRENZFLAECHE FEST-WASSER 332
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10.4 PARTIKEL IN NATUERLICHEN GEWAESSERN 338 10.5 OXIDOBERFLAECHEN:
SAEURE-BASE-REAKTIONEN, WECHSELWIRKUNG MIT KATIONEN UND ANIONEN 340 10.6
ELEKTRISCHE LADUNG AUF OBERFLAECHEN 10.7 OBERFLAECHENCHEMIE UND
REAKTIVITAET;
KINETIK DER AUFLOESUNG UND DER BILDUNG FESTER PHASEN 10.8 TONMINERALIEN;
LONENAUSTAUSCH 10.9 KOLLOIDSTABILITAET
UEBUNGSAUFGABEN
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345
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372
373
VIII
|
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| author | Sigg, Laura 1951- Stumm, Werner 1924-1999 |
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Inhaltsverzeichnis
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1002 UMW 313f 2007 A 5606(2)
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