Sie sind nicht angemeldet.

Lieber Besucher, herzlich willkommen bei: treffpunkt-naturwissenschaft.com. Falls dies Ihr erster Besuch auf dieser Seite ist, lesen Sie sich bitte die Hilfe durch. Dort wird Ihnen die Bedienung dieser Seite näher erläutert. Darüber hinaus sollten Sie sich registrieren, um alle Funktionen dieser Seite nutzen zu können. Benutzen Sie das Registrierungsformular, um sich zu registrieren oder informieren Sie sich ausführlich über den Registrierungsvorgang. Falls Sie sich bereits zu einem früheren Zeitpunkt registriert haben, können Sie sich hier anmelden.

1

Mittwoch, 19. Februar 2014, 08:05

Einfluss des Druckes auf die Dissoziation von gelöstem CO2 in Wasser und des daraus korrelierenden pH-Wertes

Leider verstehe ich von physikalischer Chemie zuwenig, um mir ein dahingehendes Verständnis zu schaffen, oder gar eine entsprechende Formel herleiten zu können.

Nach meinem Vermuten müsste der pH-Wert mit steigendem Druck sinken, da sich die Löslichkeit von CO2 erhöht und damit der winzige Anteil der relativ starken Kohlensäure aus der Dissoziation ebenso steigen sollte. Mit einer entsprechenden Formel, könnte ich die Werte im Verhältnis zum Druck in einem Diagramm veranschaulichen.

Hintergrund der Frage ist die Tatsache, dass Hefen in der Maische bei ca. 8 bar Druck ihre Tätigkeit einstellen. Senkt man den Druck, kommt die Gärung unvermittelt wieder in Gang. Bislang konnte mir noch niemand eine Erklärung für dieses Phänomen oder einen dahingehenden Mechanismus liefern. Selbst die Anfrage bei einer renommierten Weinbauschule brachte kein Ergebnis. Der Önologe dort bestätigte mir wohl die gängige Praxis, fand aber keine Erklärung - ebensowenig wie einst die Fachleute in einem populären deutschen Chemieforum.

Meine Vermutung geht nun in die Richtung, dass bei gegebenem Druck eine bestimmte Schwelle überschritten wird, die entweder eine CO2-Sättigung im Substrat markiert und den Hefen eine "Abatmung" von gebildetem CO2 unmöglich macht und oder den pH-Wert unter eine Toleranzgrenze fallen lässt, die damit bestimmte Stoffwechselmechanismen zum Erliegen bringt.

2

Mittwoch, 19. Februar 2014, 09:48

Zum thermodynamischen Aspekt Ihrer Fragestellung, insbesondere dem Henry-Gesetz und dessen Gültigkeitsgrenzen kann Ihnen FKS sicher besser weiterhelfen als ich.

Jedenfalls teile ich Ihre Vermutung des sinkenden pH-Werts bei steigendem CO2-Druck. Und dies ist sicher auch mit ein Grund, warum die Hefen bei 8 bar ihre Tätigkeit einstellen. Allerdings sind Mikroorganismen ziemlich komplex, es können daher auch andere Faktoren eine Rolle spielen. Siehe dieses pdf unter Kapitel 2.2.2 "Hochdruckeinfluss auf Mikroorganismen" auf p. 27

3

Donnerstag, 20. Februar 2014, 06:37

Danke für Ihre Antwort und Bestätigung meiner Einschätzung, sowie den interessanten Link. Erstaunlich mit welchen extremen Drücken an Lebensmittel dahingehend experimentiert wird.

Zum Henry-Gesetz habe ich mich ein wenig schlau gemacht, allerdings dies bald aufgegeben, das selbiges nur bis 5 bar Druck, bzw. nur für Gase ohne Reaktion mit Flüssigkeiten gilt. Im Falle von CO2 und Wasser also nicht oder nur mit Vorbehalt anzuwenden ist.

Nathan51

unregistriert

4

Donnerstag, 20. Februar 2014, 08:16

pH-Werte

Die Sättigung mit CO2 und die damit verbundene pH-Senkung hat natürliche Grenzen die in Abhängigkeit zu Druck und Temperatur von, bestehenden mikroben Lebensformen mal abgesehen, stehen!

Kohlensäure (H2CO3) kann es gar nicht geben denn sie würde keinen freien Wasserstoff (H) enthalten der für eine pH-Senkung verantwortlich wäre!

Statt H2CO3 entsteht H+HCO3 die sich in einem Dissociations Gleichgewicht gegenüberstehen!

Es gibt auch keine H/H Bindung, also kein H2, sondern H-Bindungen erfolgen ausschließlich nur über Bicarbonate (HCO3) die eine Bindung zwischen H`s untereinander oder mit Alkalien etc. wie z.B. Na zu B+HCO3+Na ermöglichen!

In den Stoffwechselvorgängen wird aus H2O+CO2= H+HCO3, also Wasserstoffhydrogencarbonat, welches ein freies H enthält und für die Senkung der ph-Werte verantwortlich ist!

HCO3 sind entgegen der wissenschaftlichen Thesen keine Basen sondern sie entstehen immer in Verbindung von H2O+CO2 oder H2O+Akalien oder H2O+Akalien+H!

OH gibt es auch nicht und OH könnte auch nie basisch sein und in soweit ist die gesamte chemische Wissenschaftstheorie für den ARSCH! :)

UNERLAUBTE WERBUNG GELÖSCHT (HerrBiernot)

LG

Nathan51

5

Donnerstag, 20. Februar 2014, 08:50

Nathan51, den Link habe ich als unerlaubtes Platzieren von Werbung interpretiert und daher entfernt.

6

Donnerstag, 20. Februar 2014, 11:03

Zum Henry-Gesetz habe ich mich ein wenig schlau gemacht, allerdings dies bald aufgegeben, das selbiges nur bis 5 bar Druck, bzw. nur für Gase ohne Reaktion mit Flüssigkeiten gilt. Im Falle von CO2 und Wasser also nicht oder nur mit Vorbehalt anzuwenden ist.
Ihre Befürchtungen halte ich für quantitativ nur unbedeutend relevant, da sich nur ein nicht wesentlicher, sehr geringer Teil des gelösten CO2 chemisch verändert. So liegt bei Standardbedingungen nur etwa 1% des gelösten CO2 als H2CO3 vor und der dissoziierende Anteil ist noch wesentlich geringer.

Im Übrigen habe ich mal gerechnet : Die Sättigungskonzentration des gelösten CO2 dürfte bei p(CO2) = 1 bar und 30°C bei weniger als 1/40 Mol/L liegen bei 8 bar also bei 0,2 mol/l, was einen pH - Wert von etwa 3,5 ergeben würde, wenn keine anderen Säuren vorhanden wären. Für Wein habe ich gefunden, dass der pH - Wert zwischen 2,7 und 3,0 liegen soll. Geht man davon aus, dass dieser Wertebereich auch für den Most gilt, dann würde die Dissozziation der Kohlensäure auf weniger als die Hälfte zurückgedränt und der pH - bereich des Mostes bei einer Erhöhung des CO2 - Partialdrucks von 1 bar auf 8 bar nur um etwa 0,1 - 0,2, also auf maximal 2,6 - 2,8 verschieben. Ob dies hinreichend ist, um die Gärung zu stoppen, kann ich nicht beurteilen , halte es aber nicht gerade für wahrscheinlich.


Eine andere Erklärungsmöglichkeit für den Gärstopp bei p(CO2) > 8 bar könnte darin liegen, dass auch die alkoholische Gärung eine Gleichgewichtsreaktion ist, der maximal erzeugbare CO2 - Partialdruck also limitiert ist. Ob dies bei p(CO2) = 8 bar der Fall ist, kann ich leider nicht berechnen, da ich keinen Wert für die freie Bildungsenthalpie der Glucose finden konnte.


Von welcher Temperatur müsste man den ausgehen ? immerhin ist die Löslichkeit von CO2 temperaturabhängig und sinkt z. B. bei einer Temperaturerhöhung von 0°C auf 15 °C auf etwas mehr als die Hälfte ab.

Gruß FKS

7

Donnerstag, 20. Februar 2014, 18:10

Vorab einmal danke, für die Mühe die Sie sich spontan mit der Durchrechnung gemacht haben. Ich hätte mir denken können, dass die Antwort nicht so leicht zu finden ist...

Noch erstaunlicher finde ich die Fakten Ihres Ergebnisses. Tatsächlich strebt man im anfänglichen alkohol. Gärprozess einen pH-Bereich um 2,5 an, bzw. trachtet nach einem titr. Gesamtsäuregehalt von mind. 6g/l um eine unerwünschte Bakterienvermehrung zurück zu drängen und Weinhefen in diesem sauren Bereich nebenbei optimale Bedingungen vorfinden. Unter den Fruchtsäuren finden sich dann auch noch relativ starke Vertreter.
Die Frage nach der Temperatur kommt in der Beobachtung keine wesentliche Rolle zu, da der Most über einen weiten Temperaturbereich bei einem Druck von ca. 8 Bar in der Gärung stoppt. Zugegeben - kontrolliert habe ich weder die exakte Temperatur noch den zugehörigen Druck was selbstverständlich das erste Gebot in meiner Feststellung wäre.

Weshalb sich bislang offenbar noch kein Team in der Forschung an der Aufklärung versucht hat, da dieser Bereich der Biotechnologie m.E. nach ein recht einträgliches Geschäftsfeld darstellen dürfte, verwundert dann aber doch.

Ähnliche Themen

Verwendete Tags

Dissoziation, Druck, pH-Wert

Social Bookmarks

Buchvorstellung: