Акион

акион
Первоначальный выпуск	1 января 2012 г.
Стабильная версия	версия 8.5 / май 2024 г.
Написано в	С++
Операционная система	Окна
Размер	5 МБ
Доступно в	английский, немецкий
Веб-сайт	aqion.de

Aqion — это программное обеспечение для гидрохимии . Он устраняет разрыв между научным программным обеспечением (таким как PhreeqC ^[1])и расчет/решение «простых» задач, связанных с водой, в повседневной практике. Программное обеспечение aqion бесплатно для частных пользователей, образовательных учреждений и компаний.

Мотивация и история

Первый. Большая часть гидрохимического программного обеспечения предназначена для экспертов и ученых. Чтобы сгладить крутую кривую обучения, aqion предлагает введение в фундаментальные темы, связанные с водой, в форме «карманного химического калькулятора».

Второй. Программа является посредником между двумя терминологическими концепциями: Расчеты выполняются в «научной области» термодинамики (активность, видообразование, значения log K, ионная сила и т. д.). Затем выходные данные переводятся на общеупотребительный «язык»: молярная и массовая концентрации, щелочность, буферные емкости, жесткость воды, проводимость и другие.

История. Версия 1.0 была выпущена в январе 2012 года (после полугодового тестового запуска в 2011 году). Проект активный с 1-2 обновлениями в месяц.

Функции

Проверка водных растворов (ошибка баланса заряда, настройка параметров)
Рассчитывает физико-химические параметры: щелочность , буферную емкость ( ANC , BNC), жесткость воды , ионную силу.
Рассчитывает водное образование и комплексообразование
Рассчитывает pH растворов после добавления химических веществ ( кислот , оснований , солей ).
Рассчитывает кальцит-карбонатную систему (закрытая/открытая _{CO 2} система , индекс насыщения Ланжелье )
Рассчитывает индексы растворения минералов , осаждения и насыщения.
Рассчитывает смешивание двух вод
Рассчитывает окислительно-восстановительные ( окислительно-восстановительные ) реакции.
Построение кривых титрования

Области применения

Анализ воды и качество воды
Геохимическое моделирование (в простейшей форме)
Образование

Границы применения

только неорганические соединения (без органической химии)
только равновесная термодинамика (без химической кинетики )
только водные растворы с ионной силой ≤ 0,7 моль/л ^[2] (не тост )

Базовый алгоритм и численный решатель

В гидрохимии существует два фундаментальных подхода: закон действующих масс (LMA) и минимизация энергии Гиббса (GEM). ^[3]Программа aqion относится к категории подходов LMA . В двух словах: система N _B независимых базовых компонентов j (т.е. первичных видов), которые объединяются, чтобы сформировать NS _S вторичных видов i , представлена набором уравнений действия массы и баланса масс:

(1) закон действия масс: $\{i\}\,=\,K_{i}\,\prod _{j=1}^{N_{B}}\,\{j\}^{\nu _{i,j}}$ с i = 1 ... N _S

(2) закон баланса массы: $[j]_{TOT}\,=\,[j]+\sum _{i=1}^{N_{S}}\,\nu _{i,j}\,[i]$ с j = 1...N _B

где K _i — константа равновесия образования вторичного вида i , а ν _i,j представляет собой стехиометрический коэффициент базового вида j во вторичных видах i (значения ν _j,i могут быть положительными или отрицательными). Здесь деятельность a _i обозначена фигурными скобками {i}, а концентрации c _{i —} прямоугольными скобками [i]. Обе величины связаны соотношением

(3) коррекция деятельности: $\{i\}\,=\,\gamma _{i}\,[i]$

с γ _i как коэффициентом активности, рассчитанным по уравнению Дебая-Хюккеля и/или уравнению Дэвиса . Подстановка уравнения (1) в уравнение (2) дает нелинейную полиномиальную функцию f _j для j -го вида базиса:

(4) $f_{j}(c_{1},c_{2},...,c_{N_{B}})\,=\,[j]_{TOT}-[j]-\sum _{i=1}^{N_{S}}{\frac {\nu _{i,j}}{\gamma _{i}}}\,K_{i}\,\prod _{k=1}^{N_{B}}\{k\}^{\nu _{i,k}}\,=\,0$

что является целевой функцией метода Ньютона -Рафсона .

Для решения уравнения (4) aqion использует численный решатель из программного обеспечения с открытым исходным кодом PhreeqC . ^[1]^[4]Константы равновесия K _i взяты из термодинамической базы данных wateq4f . ^[5]

Примеры, тестирование и проверка

Программное обеспечение aqion поставляется с набором примеров решений (входная вода) и руководством по решению типичных проблем, связанных с водой (онлайн-руководство, содержащее около 40 примеров). Больше примеров и упражнений для проверки и повторного выполнения можно найти в классических учебниках гидрохимии. ^[6]^[7]^[8]

Программа была проверена с помощью эталонных тестов конкретных отраслевых стандартов. ^[9]

Скриншоты

Панель ввода химических элементов
Вывод калькулятора pH (пример)
Расчетные параметры кальцит-карбонатной системы
кривые титрования (пример: добавление NaOH к заданной входной воде)

Ссылки

^ Jump up to: ^а ^б Паркхерст, Д.Л. и CAJ Appelo: Руководство пользователя по PHREEQC (версия 2), компьютерной программе для видообразования, пакетных реакций, одномерного переноса и обратных геохимических расчетов. Отчет Геологической службы США об исследованиях водных ресурсов 99-4259, 1999 г.
^ Примечание. Верхним пределом является морская вода.
^ http://www.kristall.uni-frankfurt.de/media/handouts/GEM-lecture.PDF ^{[ постоянная мертвая ссылка ]}
^ Примечание. Чтобы не путать, численный решатель PhreeqC вынесен из aqion.exe в отдельную DLL .
^ Болл Дж.В. и Д.К. Нордстрем: WATEQ4F - «Руководство пользователя с пересмотренной базой термодинамических данных и тестовыми примерами для расчета состава основных, микроэлементов и окислительно-восстановительных элементов в природных водах», Отчет USGS Open-File Report 90-129, 185 стр., 1991.
^ Штумм, В. и Дж. Дж. Морган: Водная химия, химическое равновесие и скорости в природных водах (3-е изд.), John Wiley & Sons, Inc., Нью-Йорк, 1996, ISBN 978-0471511854
^ Морель, ФММ и Дж.Г. Геринг: Принципы и применение водной химии (2-е изд.), Джон Уайли, Нью-Йорк, 1993, ISBN 978-0471548966
^ Аппело, CAJ и Д. Постма: геохимия, подземные воды и загрязнение . Тейлор и Фрэнсис, 2005 г., ISBN 978-0415364287
^ DIN 38404-10: Немецкие стандартные методы исследования воды, сточных вод и осадка. Физические и физико-химические параметры (группа C). Определение насыщения воды кальцитом (C 10).

Внешние ссылки

PHREEQC
Онлайн-калькулятор pH, состава воды, индексов насыщения, щелочности, EC

[Parkhurst-1] Jump up to: ^а ^б Паркхерст, Д.Л. и CAJ Appelo: Руководство пользователя по PHREEQC (версия 2), компьютерной программе для видообразования, пакетных реакций, одномерного переноса и обратных геохимических расчетов. Отчет Геологической службы США об исследованиях водных ресурсов 99-4259, 1999 г.

[2] Примечание. Верхним пределом является морская вода.

[3] ttp://www.kristall.uni-frankfurt.de/media/handouts/GEM-lecture.PDF ^{[ постоянная мертвая ссылка ]}

[4] Примечание. Чтобы не путать, численный решатель PhreeqC вынесен из aqion.exe в отдельную DLL .

[5] Болл Дж.В. и Д.К. Нордстрем: WATEQ4F - «Руководство пользователя с пересмотренной базой термодинамических данных и тестовыми примерами для расчета состава основных, микроэлементов и окислительно-восстановительных элементов в природных водах», Отчет USGS Open-File Report 90-129, 185 стр., 1991.

[6] Штумм, В. и Дж. Дж. Морган: Водная химия, химическое равновесие и скорости в природных водах (3-е изд.), John Wiley & Sons, Inc., Нью-Йорк, 1996, ISBN 978-0471511854

[7] Морель, ФММ и Дж.Г. Геринг: Принципы и применение водной химии (2-е изд.), Джон Уайли, Нью-Йорк, 1993, ISBN 978-0471548966

[Appelo-8] Аппело, CAJ и Д. Постма: геохимия, подземные воды и загрязнение . Тейлор и Фрэнсис, 2005 г., ISBN 978-0415364287

[9] DIN 38404-10: Немецкие стандартные методы исследования воды, сточных вод и осадка. Физические и физико-химические параметры (группа C). Определение насыщения воды кальцитом (C 10).

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]