Gase lösen sich proportional zum Druck
William Henry stellte 1803 fest, dass die Menge eines Gases, die sich in einer Flüssigkeit löst, proportional zu seinem Partialdruck über der Flüssigkeit ist. Doppelter Druck bedeutet doppelte gelöste Menge. Der Proportionalitätsfaktor ist die Henry-Konstante, die vom Gas, vom Lösungsmittel und stark von der Temperatur abhängt.
Der Rechner bestimmt zuerst den Partialdruck des Gases. Über offenem Wasser ist die Luft mit Wasserdampf gesättigt, der einen Teil des Gesamtdrucks beansprucht. Deshalb wird der Wasserdampfdruck nach der Magnus-Formel abgezogen, bevor der Gasanteil angewendet wird. Diese Korrektur lässt sich abschalten, wenn Sie den Partialdruck des trockenen Gases bereits kennen.
Die Henry-Konstanten bei 25 Grad und ihre Temperaturabhängigkeit stammen aus der Sammlung von Rolf Sander (Atmospheric Chemistry and Physics, 2015). Mit der Van-’t-Hoff-Gleichung wird die Konstante auf die eingegebene Temperatur umgerechnet. Warmes Wasser löst weniger Gas als kaltes, darum sinkt der Sauerstoffgehalt von Gewässern im Sommer.
c = kH(T)·p_Gas; kH(T) = kH(298,15 K)·exp(B·(1/T − 1/298,15 K)); p_Gas = (p − p_H₂O)·Anteil; kH(O₂) = 1,3·10⁻³, kH(N₂) = 6,4·10⁻⁴, kH(CO₂) = 3,4·10⁻² mol/(L·bar)
Aquarium, Gewässer und Labor
Für Aquarianer, Teichbesitzer und Gewässerkundler ist der Sauerstoffgehalt eine Schlüsselgröße. Der berechnete Wert ist die Sättigungskonzentration, also das Maximum, das sich im Gleichgewicht mit der Luft einstellt. Gemessene Werte darunter zeigen Sauerstoffzehrung, Werte darüber eine Übersättigung, etwa durch Photosynthese von Pflanzen und Algen.
Für Sauerstoff liegt das Ergebnis um wenige Prozent über den Sättigungstabellen, die für die Gewässergüte verwendet werden; bei 20 Grad nennen diese etwa 9,1 mg/L. Grund ist, dass die Henry-Konstante eine vereinfachte Temperaturfunktion nutzt. Für genaue Gewässerbewertungen sollten Sie die genormte Sättigungstabelle oder die Kalibrierung Ihres Messgeräts heranziehen.
Salz senkt die Gaslöslichkeit deutlich. Meerwasser mit 35 Promille Salzgehalt löst rund ein Fünftel weniger Sauerstoff als Süßwasser. Der Rechner gilt für reines Wasser. Auch in großer Höhe sinkt der Gehalt, weil der Luftdruck abnimmt: In 1000 Metern Höhe beträgt er nur noch etwa 900 hPa.
Bei Kohlendioxid erfasst das Henry-Gesetz nur das physikalisch gelöste Gas. Ein Teil reagiert zu Kohlensäure und Hydrogencarbonat, besonders in hartem Wasser. Der gesamte gelöste Kohlenstoff ist daher höher. Für Druckbehälter mit CO₂ oder Sauerstoff gelten die Sicherheitsregeln und Herstellerangaben; sie haben Vorrang vor dieser Rechnung.
Tipps und typische Fehler
Gase in Wasser.
- Temperatur: Kalt löst mehr.
- Höhe: Luftdruck senkt.
- Salz: Senkt Löslichkeit.
- Messung: Kalibrieren.
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Häufige Fragen
Was besagt das Henry-Gesetz?
Die gelöste Menge eines Gases ist proportional zu seinem Partialdruck über der Flüssigkeit.
Warum enthält warmes Wasser weniger Sauerstoff?
Die Henry-Konstante nimmt mit steigender Temperatur ab, Gase lösen sich schlechter.
Wie viel Sauerstoff ist in Wasser bei 20 Grad gelöst?
Im Gleichgewicht mit Luft rund 9 mg/L bei Normaldruck; der Rechner liefert 9,4 mg/L.
Warum sprudelt warmes Mineralwasser stärker?
Weil CO₂ sich bei höherer Temperatur schlechter löst und entweicht.
Was ist die Sauerstoffsättigung?
Das Verhältnis aus gemessenem und maximal löslichem Sauerstoffgehalt in Prozent.
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