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Kationentauscher


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Tonminerale als Kationentauscher – erkläre!
Abgabe organischer Säuren löst Nährstoffkationen aus Boden, die dann von Wurzeln in wässriger Lösung aufgenommen werden können #
Wie funktioniert Kationenbindung an organischer Bodensubstanz – ph-Wert der Bodenlösung niedrig?
Große Mengen an H+-Ionen (Protonen) in der Bodenlösung; Carboxyl- und Hydroxyl-Gruppen der Huminstoffe protoniert; kein negativer Ladungsüberschuss
Wie funktioniert Kationenbindung an organischer Bodensubstanz – ph-Wert der Bodenlösung hoch?
Nur wenige Protonen in der Bodnelösung; verstärkt Abspaltung der H+-Ionen von den Carboxyl- und Hydroxyl-Gruppen; dadurch negative Ladung der Huminstoffe → Kompensation durch Kationenbindung
chemische Struktur einer Huminsäure – Merkmal bei niedrigem pH-Wert
Hydroxyl- und Carboxylgruppen
chemische Struktur einer Huminsäure – Merkmal bei hohem pH-Wert
Abspaltung der H+-Ionen von Hydroxyl- und Carboxylgruppen
Kationenaustauschkapazität umfasst ...
die permanente negative Ladung und die variable negative Ladung der Bodenkolloide (Teilchen < 2 μm)
Was bestimmt die permanente negative Ladung der Kationenaustauschkapazität?
Menge und Art der Tonminerale sowie der Oxide und Hydroxide
Was bestimmt die variable negative Ladung der Kationenaustauschkapazität?
Menge und Art der Huminstoffe und der pH-Wert in der Bodenlösung
Was ist die KAKpot?
Potenzielle Kationenaustauschkapazität bei pH =7.0; d.h. die gesamte variable Ladung sit nicht protoniert und steht für den Kationenaustausch zur Verfügung
Kationenaustauschkapazität in Waldböden?
Im Allgemeinen: KAKeff < KAKpot
Was ist die gebräuchliche Einheit zur Angabe der Kationenaustauschkapazität?
Wird in Ionenäquivalenten (IÄ) angegeben. cmolc / kg Boden oder mmolc / kg boden oder mmcolc / kg // 1 molc [g] = relative Atommasse / Wertigkeit
Was ist die Atommasse? Definition required!
Masse eines Atoms in Relation zur Masse des C-Atoms, welches per Definiton die relative Atommasse = 12 erhält. Beispiele: rel.Atommasse von H = 1; O = 16, C = 12, Ca = 40, N = 14 usw.
Was ist die Wertigkeit? Definition required! Ich weiß ist übertrieben, aber hey, wer's kann, der kann's!
Anzahl der Bindungen, die ein Atom zu anderen Atomen ausbilden kann. Beispiele: H ist einwertig, O ist zweiwertig usw.: abhängig von der Zahl der Valenzelektronen (vgl. Periodensystem) #
Berechnungsbeispiel: Die KAKeff eines Bodenhorizontes sei 4 cmolc / kg Boden. Welche Na-Menge (Ca-Menge, Al-Menge) könnte adsorbiert werden?
4Cmolc = 0,04 molc; 0,04 molcNa+ / kg Boden = 0,04 * 23 g [rel. Atommasse]/ 1[Wertigkeit] = 0,92 g Na+ /kg Boden
Welche KAK hat Kaolinit?
30 – 150 (spez. Oberfläche ca. 20 m2/g)
Welche KAK haben Illit und Glimmer?
100 – 500
Welche KAK hat Smectit?
700 – 1.500 (spez. Oberfläche bis zu 1.200 m2/g)
Welche KAK hat Vermiculit?
1.000 – 2.000
Welche KAK haben Huminstoffe?
1.500 – 3.000
Welche KAK haben Metalloxide?
30 – 250
KAKeff von Bodenhorizonten: podsolige Braunerden auf Sand (n = 15) mit Eichenbestockung, Aeh-Horizonte?
ca. 20 – 36
KAKeff von Bodenhorizonten: podsolige Braunerden auf Sand (n = 15) mit Eichenbestockung, Bv-Horizonte?
ca. 12 – 18
KAKeff von Bodenhorizonten: podsolige Braunerden auf Sand (n = 15) mit Eichenbestockung, C-Horizonte?
ca. 2 – 24
wovon ist Haltfestigkeit (Eintauschstärke) der Kationen abhängig?
1. von Wertigkeit 2. von Hydratation (Hydrathülle) 3. Konzentration des Kations in der Bodenlösung 4. Neigung zur spezifischen Bindung (z.B. Ca-Selektivität der organischen Substanz)
Was ist die Hofmeistersche Reihung?
In Abhängigkeit von Wertigkeit und Hydratation: Na+ < K+ < Mg2+ < Ca2+ < Al3+
Bedeutung der Hydrathülle der Kationen?
Kationen umgeben sich mit Wasser-Dipolen (rot= Ionendurchmesser, blau Hydrathülle) #
Wie erfolgt die Bestimmung der austauschbaren Kationen (KAKeff)?
I. Verdrängung der adsorbierten Kationen vom Bodenaustauscher (durch hoch konzentrierte Lösung NH4+) II. Messung der Kationen in der Lösung z.b. mittels AAS-Technik (Atomadsorptionsspektrometrie)
Welche Unterteilung der Kationen gibt es?
Unterteilung in „basische“ und saure Kationen
Welches sind basische Kationen?
Ca2+, Mg2+, K+, Na+
Welches sind saure Kationen?
Al3+, Fe2+, Mn2+, H+
Wie sieht die Hydratation vom sauren Kation Al aus?
[Al(OH2)6]3+ (Al3+-Kation von sechs Wassermolekülen (H2O-Dipolen) umgeben (=Hydrathülle)) → [Al(H2O)5OH]2+ + H+ (Abspaltung eines Protons)
Was ist die Basensättigung (BS)?
Maßzahl für den prozentualen Anteil der basisch wirkenden Kationen an der Kationenaustauschkapazität (i.a. KAKeff).
Wie wird die Basensättigung berechnet?
BS = (Ca+Mg+K+Na) / (Ca+Mg*K+Na+Al+e+Mn*H) * 100% = (Ca+Mg+K+Na) / KAKeff * 100% /// Den prozentualen Anteil einzelner Kationen an der KAK nennt man z.b. Ca-Sättigung, Mg-Sättigung, Al-Sättigung usw.
Bewertung der Basensättigung: Wann basenarm, mittel, basenreich?
BS < 20%: basenarm // 20 < BS < 50%: mittel // BS > 50%: basenreich
Wie ist die Basensättigung podsoliger Braunerden auf Sand (n=15) mit Eichenbestockung?
Aeh-Horizonte: ca. 18 – 37%, Bv-Horizonte: ca. 9 20%, C-Horizonte: ca. 7 – 75%