På Institut for Kemiteknik, DTU er der opbygget en omfattende databank om salte. Samme sted finder man effektive og nøjagtige metoder til at beregne saltopløseligheder og saltopløsningers egenskaber.
Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 8, 2004 og kan læses uden illustrationer, strukturer og ligninger herunder. Se relaterede artikler nederst på siden.
Af Kaj Thomsen og Peter Rasmussen, IVC-SEP, Institut for Kemiteknik, DTU
»Livets salt« er titlen på en nylig artikel af Thorvald Pedersen i Dansk Kemi [1]. Forfatteren mener, at det er nødvendigt at anråbe de højere magter for at finde ud af, hvad opløseligheden af MgCl2 er i en mættet NaCl-opløsning. Det er det ikke.
På Institut for Kemiteknik, DTU er der gennem de seneste år blevet opbygget en meget omfattende databank med oplysninger om salte, bl.a. deres opløselighed. Databanken [2] indeholder data fra over 100.000 eksperimentelle målinger. Samme sted er der også udviklet effektive og meget nøjagtige metoder til at beregne saltopløseligheder og saltopløsningers egenskaber.
Det ternære system: H2O-NaCl-MgCl2
Figur 1 viser et fasediagram for det ternære system H2O-NaCl-MgCl2 ved 40°C. De eksperimentelle data [3] i figuren er taget fra ovennævnte databank. Kurven er beregnet vha. Extended UNIQUAC-modellen [4]. På x-aksen i figur 1 vises koncentrationen af NaCl, på y-aksen koncentrationen af MgCl2. Det ses, at opløseligheden af NaCl i rent vand er ca. 26,7 vægtprocent ved 40°C. Opløseligheden af MgCl2 i rent vand er tilsvarende 36,5 vægtprocent. Ved tilsætning af MgCl2 falder opløseligheden af NaCl kraftigt. Ved punktet P er opløsningen mættet med både NaCl og MgCl2.
Koncentrationen af NaCl i punktet P er 0,35 vægtprocent, mens koncentrationen af MgCl2 er 36,3 vægtprocent. Med andre ord er opløseligheden af NaCl 0,35 vægtprocent i en opløsning, der er mættet med MgCl2 ved 40°C. Opløseligheden af MgCl2 er 36,3 vægtprocent i en opløsning, der er mættet med NaCl – stort set den samme opløselighed som i rent vand. Opløseligheden af NaCl og MgCl2 er kun lidt temperaturafhængig. Forholdet mellem NaCl- og MgCl2-opløseligheden i punktet P ændrer sig stort set ikke med temperaturen mellem 0 og 100°C.
Sammensætning og udfældning af salte i systemet
Når man inddamper en opløsning af NaCl og MgCl2 med stort indhold af NaCl, vil opløsningen først blive mættet mht. NaCl. Ved yderligere inddampning udfælder rent NaCl, og man ender med en opløsning, der svarer til punktet P.
Punktet P er kendetegnet ved, at vandindholdet er det lavest mulige i dette ternære system. Vandindholdet kan beregnes ud fra saltkoncentrationerne i figur 1. Dette er vist i figur 2.
Fortsættes inddampningen efter man er nået til punktet P, udfældes der en saltblanding med en sammensætning, der svarer til saltsammensætningen i punktet P. Det er altså først, efter at punktet P er nået, at magnesiumchlorid begynder at udfælde. Magnesiumchlorid fælder ud fra vandige opløsninger som MgCl2·6H2O ved temperaturer mellem -3 og 116°C. Dette mineral kaldes bischofit efter den tyske geolog og mineralkemiker Karl Gustav Bischof (1792-1870).
Havvand
Havvand indeholder, som Thorvald Pedersen beskrev [1], også andre salte. Det multikomponentsystem, der udgøres af havvand, kan ikke beskrives med et simpelt fasediagram. Ved inddampning vil de mindst opløselige salte som anhydrit (CaSO4), dolomit (CaCO3·MgCO3) og magnesit, (MgCO3) udfælde først. Derefter udfælder kaliumchlorid og natriumchlorid. Til sidst nås et punkt, der svarer til punktet P på figur 1 og 2. Her udfældes bischofit sammen med de små mængder øvrige salte, der er tilbage i opløsningen. Det udfældede salts indhold af bischofit afhænger således af, hvor meget opløsningen inddampes, efter at punktet P er nået.
Referencer:
1. Pedersen, Thorvald (2004). »Livets salt«, Dansk Kemi 85 (4), 36-38
2. IVC-SEP Databank for elektrolytopløsningers egenskaber, http://www.ivc-sep.kt.dtu.dk/databank/ .
3. Osokoreva N. A.; Opuikhtina M. A.; Shoikhet D. N.; Plaksina E. F.; Zaslavskii A. I. (1932) »Equilibria of the solutions in the system NaCl-KCl-MgCl2-H2O«, Tr. Gos. Inst. Prikl. Khim. 16, 24-47
4. Thomsen K., Rasmussen P. (1999). »Modeling of Vapor-Liquid-Solid Equilibria in Gas – Aqueous Electrolyte Systems«. Chemical Engineering Science, 54, 1787-1802.
Figur 1. Opløselighed i NaCl-MgCl2-H2O systemet ved 40°C.
Figur 2: Vandindholdet i mættede vandige opløsninger af NaCl-MgCl2-blandinger ved 40°C. Saltsammensætningen på x-aksen er angivet på vandfri basis.
