Sigg / Stumm Aquatische Chemie

Einführung in die Chemie natürlicher Gewässer
6. Auflage 2016
ISBN: 978-3-7281-3768-5
Verlag: vdf Hochschulverlag AG
Format: PDF
Kopierschutz: 1 - PDF Watermark

E-Book, Deutsch, 524 Seiten

Dieses Buch behandelt die Grundlagen der aquatischen Chemie, der Chemie wässriger Lösungen und ihrer Anwendung auf die natürlichen Gewässer und auf andere aquatische Systeme.
Die verschiedenen chemischen Reaktionen werden eingehend aufgrund der thermodynamischen Gleichgewichte und der kinetischen Gesetzmässigkeiten diskutiert und quantitativ mit vielen Beispielen und Übungen behandelt. Diese Grundlagen ermöglichen es, die chemischen Prozesse in natürlichen Gewässern und in technischen Systemen der Abwasserreinigung und der Trinkwasseraufbereitung zu verstehen.
In der Neuauflage wurden alle Kapitel unter dem Gesichtspunkt aktueller Entwicklungen revidiert. Ein zusätzliches Kapitel behandelt die Anwendungen auf die Systeme See, Fliessgewässer und Grundwasser.
Das Buch richtet sich an Studierende der Natur- und Umweltwissenschaften und verwandter Gebiete wie der Hydrologie, Limnologie, Hydrobiologie, Ökologie, Geochemie, ebenso an Berufsleute in der Praxis des Wassermanagements und der Wassertechnologie.

Autoren/Hrsg.

Sigg, Laura

Stumm, Werner

Inhaltsverzeichnis

1;Aquatische Chemie;1
2;Impressum;2
3;Vorwort;3
4;Inhalt;5
5;1 Einfu?hrung in die chemische Zusammensetzung natu?rlicher Gewässer;19
5.1;1.1 Gewässer als Ökosysteme;19
5.2;1.2 Globaler Wasserkreislauf;20
5.3;1.3 Chemische Prozesse in den Gewässern;21
5.4;1.4 Typische Zusammensetzung verschiedener Gewässer;28
5.5;1.5 Wasser und seine einzigartigen Eigenschaften;31
5.6;1.6 Wichtige Reaktionstypen in Gewässern;34
5.7;Literatur;35
5.8;Übungen;37
5.9;Anhang Kapitel 1: Einheiten und Konstanten;38
6;2 Säuren und Basen;43
6.1;2.1 Einleitung;43
6.2;2.2 Säure-Base-Theorie;44
6.3;2.3 Die Stärke einer Säure oder Base;46
6.4;2.4 Konzentrationen der einzelnen Spezies als Funktion des pH;51
6.5;2.5 Gleichgewichtsberechnungen;52
6.6;2.6 pH als Mastervariable: grafische Lösung von Gleichgewichtsproblemen;60
6.7;2.7 Säure-Base-Titrationskurven;71
6.8;2.8 Säure- und Basen-Neutralisierungskapazität;75
6.9;2.9 pH- und Aktivitätskonventionen;75
6.10;2.10 Saure atmosphärische Niederschläge;81
6.11;Weitergehende Literatur;87
6.12;Übungen;87
7;3 Carbonatgleichgewichte;91
7.1;3.1 Carbonatgleichgewichte als Puffersystem der Gewässer;91
7.2;3.2 Offenes und geschlossenes Carbonatsystem; Modellsysteme;93
7.3;3.3 Alkalinität und Acidität;106
7.4;3.4 Pufferintensität des Carbonatsystems;111
7.5;3.5 Analytische Bestimmung der Alkalinität und der Acidität;113
7.6;Weiterfu?hrende Literatur;119
7.7;Übungen;120
8;4 Wechselwirkung Wasser–Atmosphäre;123
8.1;4.1 Einleitung;123
8.2;4.2 Einfache Gas/Wasser-Gleichgewichte; Bedeutung in der Chemie des Wolkenwassers, des Regens und des Nebelwassers;126
8.3;4.3 Die Genese eines Nebeltröpfchens;142
8.4;4.4 Aerosole;147
8.5;4.5 Ansäuerung und Erholung von Gewässern;149
8.6;Weiterfu?hrende Literatur;153
8.7;Übungen;154
9;5 Anwendung thermodynamischer Daten und kinetischer Grundlagen;157
9.1;5.1 Thermodynamische Daten;157
9.2;5.2 Freie Reaktionsenthalpie, chemisches Potenzial und chemisches Gleichgewicht;157
9.3;5.3 Umrechnung von Gleichgewichtskonstanten auf andere Temperaturen und Drucke;164
9.4;5.4 Kinetische Grundlagen;165
9.5;5.5 Elementarreaktionen;171
9.6;5.7 Theorie des Übergangszustandes; der aktivierte Komplex;179
9.7;5.8 Fallbeispiel: Die Hydratisierung des CO2;181
9.8;5.9 Fallbeispiel: Kinetik der Absorption von CO2; Gas-Transfer Atmosphäre–Wasser;184
9.9;Weiterfu?hrende Literatur;188
9.10;Übungen;189
10;6 Metallionen in wässriger Lösung;191
10.1;6.1 Einleitung;191
10.2;6.2 Koordinationschemie und ihre Bedeutung fu?r die Speziierung der Metallionen in natu?rlichen Gewässern;192
10.3;6.3 Gleichgewichtsberechnungen der Speziierung von Metallionen;199
10.4;6.4 Einfache Modelle der Speziierung von Metallen in natu?rlichen Gewässern;206
10.5;6.5 Komplexbildung mit Humin- und Fulvinsäuren;209
10.6;6.6 Komplexbildung mit Kolloiden und Partikeln;214
10.7;6.7 Löslichkeit von Metallen;214
10.8;6.8 Kinetik der Komplexbildung;214
10.9;6.9 Speziierung und analytische Bestimmung;218
10.10;6.10 Wechselwirkungen von Metallen mit Algen;220
10.11;Weiterfu?hrende Literatur;226
10.12;Übungen;226
11;7 Fällung und Auflösung fester Phasen;231
11.1;7.1 Fällung und Auflösung fester Phasen als Mechanismus zur Regulierung der Zusammensetzung natu?rlicher Gewässer;231
11.2;7.2 Löslichkeitsgleichgewichte von Hydroxiden;234
11.3;7.3 Löslichkeitsgleichgewichte von Carbonaten;236
11.4;7.4 Löslichkeit von Sulfiden;242
11.5;7.5 Löslichkeit von SiO2 und Silikaten;244
11.6;7.6 Abhängigkeit der Löslichkeit von Temperatur, Ionenstärke, Druck, Grösse der Partikel;249
11.7;7.7 Welche feste Phase kontrolliert die Löslichkeit?;250
11.8;7.8 Sind feste Phasen im Löslichkeitsgleichgewicht?;260
11.9;7.9 Kinetik der Nukleierung und Auflösung fester Phase;263
11.10;Weiterfu?hrende Literatur;267
11.11;Übungen;267
12;8 Redoxprozesse;269
12.1;8.1 Einleitung;269
12.2;8.2 Definitionen – Oxidation und Reduktion;270
12.3;8.3 Der globale Elektronenkreislauf (Fotosynthese, Respiration);272
12.4;8.4 Redox-Gleichgewichte und Redoxintensität;274
12.5;8.5 Einfache Berechnungen von Redoxgleichgewichten;279
12.6;8.6 Durch Mikroorganismen katalysierte Redoxprozesse;292
12.7;8.7 Kinetik von Redoxprozessen;298
12.8;8.8 Oxidation durch Sauerstoff;306
12.9;8.9 Fotochemische Redoxprozesse;311
12.10;8.10 Die Messung des Redox-Potenzials in natu?rlichen Gewässern;319
12.11;8.11 Glaselektrode; ionenselektive Elektroden;323
12.12;Weiterfu?hrende Literatur;324
12.13;Übungen;325
13;9 Grenzflächenchemie;329
13.1;9.1 Einleitung;329
13.2;9.2 Partikel in natu?rlichen Gewässern;330
13.3;9.3 Wechselwirkungen an der Grenzfläche zwischen fester Phase und Wasser;333
13.4;9.4 Adsorption aus der Lösung;335
13.5;9.5 Oxidoberflächen: Säure-Base-Reaktionen, Wechselwirkung mit Kationen und Anionen;339
13.6;9.6 Elektrische Ladung auf Oberflächen;345
13.7;9.7 Modelle fu?r die Oberflächenkomplexbildung;349
13.8;9.8 Tonmineralien;351
13.9;9.9 Spektroskopische Methoden zur Untersuchung der Strukturen an Oberflächen;355
13.10;9.10 Oberflächenchemie und Reaktivität; Kinetik der Auflösung;359
13.11;9.11 Kolloidstabilität;369
13.12;9.12 Sorption hydrophober Verbindungen;374
13.13;9.13 Synthetische Nanopartikel;377
13.14;Weiterfu?hrende Literatur;378
13.15;Übungen;378
14;10 Wassertechnologie; Anwendung oberflächenchemischer Prozesse;381
14.1;10.1 Einleitung;381
14.2;10.2 Flockung, Koagulation;382
14.3;10.3 Filtration;391
14.4;10.4 Flotation;395
14.5;10.5 Aktivkohleadsorption;396
14.6;10.6 Korrosion der Metalle als elektrochemischer Prozess;398
14.7;Weiterfu?hrende Literatur;402
14.8;Übungen;402
15;11 Biogeochemische Kreisläufe einiger Elemente;405
15.1;11.1 Verteilung von Stoffen in der Umwelt;405
15.2;11.2 Kohlenstoffkreislauf in den Gewässern;407
15.3;11.3 Stickstoffkreislauf in Gewässern und Atmosphäre;416
15.4;11.4 Biogeochemischer Kreislauf des Phosphors;423
15.5;11.5 Kreisläufe von Metallen in Gewässern;424
15.6;Weiterfu?hrende Literatur;431
15.7;Übungen;432
16;12 Anwendungen auf aquatische Systeme;433
16.1;12.1 See;433
16.2;12.2 Fliessgewässer;442
16.3;12.3 Grundwasser;453
16.4;Weiterfu?hrende Literatur;463
16.5;Übungen;465
17;Referenzen;469
18;Übungslösungen;483
18.1;Kapitel 1;483
18.2;Kapitel 2;483
18.3;Kapitel 3;484
18.4;Kapitel 4;485
18.5;Kapitel 5;486
18.6;Kapitel 6;487
18.7;Kapitel 7;487
18.8;Kapitel 8;488
18.9;Kapitel 9;489
18.10;Kapitel 10;490
18.11;Kapitel 11;490
18.12;Kapitel 12;491
19;Anhang 1: Periodensystem der Elemente;492
20;Anhang 2: Anwendung von Computerprogrammen zur Lösung von chemischen Gleichgewichtsproblemen;493
21;Anhang 3: Thermodynamische Daten;500
22;Index;512