Zur Erklärung der biogenen Entkalkung sind vorab einige chemische Formeln vonnöten.

H+ = Protonen, Wasserstoffionen, elektrisch positiv geladen (diese sind für den pH Wert entscheidend)
CO2 = Kohlendioxid
H2O = Wasser
H2CO3 = Kohlensäure
CaCO3 = Calciumcarbonat
MgCO3 = Magnesiumcarbonat
Ca(HCO3)2 = Caliumhydrogencarbonat
Mg(HCO3)2 = Magnesiumhydrogencarbonat
CaCO3 = Calciumkarbonat (als Salz Calcit und Aragonit)
MgCO3 = Magnesiumkarbonat (als Salz Magnesit)
Ca2+ = elektrisch positives geladenes Calcium Ion
Mg 2+ = elektrisch positiv geladenes Magnesium Ion
HCO3- = elektrisch negativ geladenes Hydrogencarbonat Ion
CO3-- = elektrisch negativ geladenes Carbonat Ion

NO2- = Nitrit, elektrisch negativ
NO3- = Nitrat, elektrisch negativ
Cl- = Clorid, elektrisch negativ
KH = Karbonathärte oder Säurebindungsvermögen (Der Anteil der im Wasser gelösten Calcium- und Magnesiumhydrogenkarbonate)
<-> bedeutet, daß es sich um ein Fließgleichgewicht handelt, die Reaktionen laufen in beide Richtungen ab, das jeweilige Verhältnis der Komponenten links und rechts des Zeichen ist weitgehend konstant.

So, vorab muß man dann noch wissen, daß sich die Bestandteile des Kohlensäuresystems oder auch Karbonatsystems in einem recht konstanten Fließgleichgewicht befinden, d.h. die relativen Anteile der einzelnen Komponenten stehen in festen Verhältnissen zueinander.

Als erstes soll der grundsätzliche Zusammenhang erläutert werden.

1. Kohlendioxid löst sich in Wasser, dabei reagiert ein fester Prozentsatz mit Wassermolekülen zu Kohlensäure:

CO2 (Luft) + H2O <-> CO2 (gelöst) + H20 <-> H2CO3

2. Die im Wasser vorhandene Kohlensäure zerfällt (dissoziiert) nun in Protonen und Hydrogencarbonat oder auch Bikarbonationen

H2CO3 <-> H+ und HCO3-

Die freien Protonen säuern das Wasser an. Der pH ist nichts anderes als die Konzentration der Protonen im Wasser. Je mehr Protonen, desto tiefer der pH Wert.

3. Elektrischer Ausgleich im Wasser

Im Wasser sind je nach Härte geringe bis größere Mengen von positiv geladenen Erdalkaliionen wie Calcium und Magnesium (auch noch andere sind daran beteiligt). Alle elektrisch geladenen Teilchen im Wasser stehen in der Summenformel so in Beziehung, dass das Wasser als ganzes elektrisch ungeladen ist, also sind die Summen der negativen Ladungen und die der positiven Ladungen gleich:

Ca2+ und 2 HCO3- gleichen sich elektrisch aus
Mg2+ und 2 HCO3- ebenfalls
H+ steht oft in Wechselbeziehung zu NO2- und NO3- oder auch Cl-

Die erweiterte Formel lautet dann:

2 H2CO3 und Ca2+ <-> 2 H+ und 2 HCO3- und Ca 2+ <-> 2 H+ und 1 Ca(HCO3)2

Dabei bilden sich in der wässrigen Lösung keine Bindungen zwischen den Komponenten aus, sie bleiben insgesamt getrennt.

Aus den bisherigen Punkten wird ersichtlich, daß man durch Kohlendioxid-Düngung direkt den pH Wert beeinflussen kann, da die entstehende Kohlensäure zerfällt und dabei Protonen freisetzt, die den pH Wert drücken.

4. Die Pufferung des Wassers

Bei der Pufferung des Wassers spielen dann die Erdalkaliionen, also Calcium und Magnesium die Hauptrolle. Sie sind dafür verantwortlich, daß die aus dem Zerfall der Kohlensäuren entstehenden Hydrogencarbonat-Ionen sozusagen abgefangen werden und in Lösung verbleiben. Es bilden sich dann die gelösten Salze

Calciumhydrogencarbonat ( Ca(HCO3)2 ) und
Magnesiumhydrogenkarbonat ( Mg(HCO3)2 )

Sehr wichtig hierbei ist, daß je Calcium oder Magnesium Ion [b]2 Ionen Hydrogenkarbonat[/b] gebunden werden. Das ist entscheidend nachher für die biogene Entkalkung.

D.h., weiches Wasser mit wenig Calcium- und Magnesium kann auch nur wenig Hydrogencarbonat binden, hartes Wasser hingegen mit viel Calcium und Magnesium kann viel Hydrogencarbonat binden.

5. Kalkausfällung

Die Hydrogencarbonatsalze sind gut löslich im Wasser. Bei hohen Konzentrationen kann es zur Kalkausfällung kommen:

Ca(HCO3)2 <-> CaCO3 und H2O und CO2

Dabei fallen als Nebenprodukte Wasser und Kohlendioxid an. Das Calciumcarbonat und das Magnesiumcarbonat fallen als Kalk aus der Lösung aus und bilden die Kalkränder oder den Kesselstein.

Soviel zur Theorie: Die Gesamtformel, nun in einzelnen Zeilen geschrieben, sieht dann wie folgt aus:

CO2 und H2O <->
H2CO3 <->
H+ und HCO3- <->
2 x HCO3- und Ca2+ oder Mg2+ <->
Ca(HCO3)2 oder Mg(HCO3)2 <->
CaCO3 und H2O und CO2

6. Die biogene Entkalkung

Wie schon einleitend erwähnt, stehen alle diese Prozesse in festen Verhältnissen zueinander. Habe ich nun an Kohlendioixid armes Wasser, dann können sich einige Pflanzen, bei weitem nicht alle, tatsächlich ihr CO2 aus dem Hydrogenkarbonat holen:

Ca(HCO3)2 <-> CaCO3 und H2O und CO2

Das ist nur möglich, weil im Calciumhydrogenkarbonat zwei Moleküle Hydrogenkarbonat drin sind, im Calciumkarbonat hingegen nur eines. Irgendwoher muß ja schließlich das CO2 kommen. Als Endprodukte dieses Prozesses fällt dann tatsächlich an den Pflanzen Calcium- oder Magnesiumkarbonat als Kalk aus.

Ich denke, nun wird auch klar, warum biogene Entkalkung nur in hartem Wasser funktioniert und vorkommt, wir brauchen relativ große Mengen an Calcium- und Magnesium gelöst im Wasser. Genau diese fehlen aber in weichem Wasser, weshalb es dort nicht zur Kalkausfällung kommen kann.

Copyright:

Dr. Ralf Rombach (Rech) - 2002.