Das chemische Gleichgewicht - ChidS

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24 Abb. 2: Die oberirdische Kalklösung freie Atmosphäre (mit 0,033 Volumen- % CO2) bodennahe Luftschicht und Bodenluft (CO2- reich, bis > 10 Vol.- %) CO2(g) ständige CO2- Zufuhr durch Atmungstätigkeit der Bodenorganismen und Bodenwurzeln +aq -aq +H2O +H2O CO2(aq) -H2O H2CO3(aq) -H2O Bodenwasser HCO 3- (aq) + H3O + (aq) \ \ „Produktentzug“ + HCO 3- (aq) + H20(l) Ca 2+ (aq) + CO3 2- (aq) -2aq +2aq / / CaCO3(s) geklüfteter Kalkstein Chemie in der Schule: www.chids.de
Phase 2: Die unterirdische Kalkausfällung (siehe Abb. 3 und 4) 25 Auch zum Verständnis der unterirdischen Kalkausfällung, die schließlich zur Stalagtitenbildung führt, muß man die Vorgänge in einem Drei- Phasen- System (siehe Abb. 4), welches sich direkt an das Drei- Phasen- System der Phase 1 anschließt, näher betrachten. Die feste Phase wird wiederum vom geklüfteten Kalkstein gebildet. Bei der flüssigen Phase handelt es sich diesmal um das aus den Klüften austretende Wasser. Die Höhlenluft bildet schließlich die dritte, gasförmige Phase. Da die Höhlenluft in der Regel in einem ständigen Luftaustausch mit der Luft außerhalb der Höhle (freie Atmosphäre) steht, ist der CO2- Partialdruck in der Höhlenluft geringer als der CO2- Partialdruck in der Bodenluft. Dies hat zur Folge, daß der CO2- Gehalt in dem aus den Klüften austretenden Wasser nicht mehr dem Verteilungsgleichgewicht zwischen dieser wäßrigen Phase und der Gasphase im Höhlenraum entspricht. Dieses aus den Klüften austretende Wasser ist nämlich nur das tiefer versickerte Bodenwasser, welches einen CO2- Gehalt gemäß des Verteilungsgleichgewichts zwischen der CO2- haltigen Bodenluft und dem Bodenwasser besitzt. Das CO2- Verteilungsgleichgewicht paßt sich den veränderten Umständen an, indem ein Teil des Kohlendioxids, welches im Bodenwasser gelöst und mit dem Sickervorgang verlagert wurde, in den Höhlenraum entweicht. Dadurch werden auch die anderen Gleichgewichte, die im Zusammenhang mit der Kohlendioxid- Lösung stehen, in entsprechnder Weise verschoben. Dadurch kommt es zur Absenkung der Hydronium- Ionen in der wäßrigen Phase (Kluftwasser). Das System weicht diesem Zwang aus, indem diese Hydronium- Ionen in der wäßrigen Phase nachgebildet werden, indem ein Teil der Hydrogencarbonat- Ionen, die im Zuge der oberirdischen Kalklösung in die wäßrige Phase gelangten, mit Wasser wieder zu Carbonat- und Hydronium- Ionen zurückreagieren. Dies hat wiederum zur Folge das das Löslichkeitsprodukt von Kalk in Wasser durch die Zunahme der Carbonat- Ionen- Konzentration überschritten wird. Es kommt zur Kalkausfällung und somit zur Stalagtiten- Bildung (siehe Abb. 3). Abb. 3: Tropfsteinbildung durch unterirdische Kalkausfällung 12 12 Vgl. Blume, H. (1994), S. 93. Chemie in der Schule: www.chids.de
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