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Bodenkunde (Subject) / Säuren & Basen (Lesson)
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- 1.Warum steigt der pH-Wert in Wasser mit zunehmender Basen-Zugabe? Warum sinkt er mit zunehmender Säure-Zugabe? Was sind die zugrundeliegenden Reaktionen? Die zugrundeliegende Reaktion ist eine Säure-Base Reaktion. Gibt man eine Säure in Wasser: Säuren sind Protonendonatoren, geben also Protonen ab und reagieren zu ihrer konjugierten Base. Das Wasser fungiert als Base und nimmt Protonen auf. → Es entstehen Oxoniumionen (H3O+) und negative Säurerest-Ionen. --> niedriger pH Wert (negativer dekadischer Logarithmus der Konzentration an Protonen (H3O+) Gibt man eine Base in Wasser: Basen sind Protonenakzeptoren, nehmen also Protonen auf. Das Wasser fungiert dann als Säure (ist ein Ampholyt) und gibt Protonen ab. zB mit Ammoniak NH3 + H2O ⇌ NH4+ + OH– → Es entstehen die konjugierte Säure und Hydroxidionen OH- Hierdurch befinden sich weniger Protonen in der Lösung, die Protonenkonzentration sinkt, der pH Wert steigt.
- 1.2. Was bedeutet es, wenn eine Substanz eine starke oder eine schwache Säure ist? Welche chemische Kenngröße wird verwendet, um die Säurestärke einer Substanz zu beschreiben? → je stärker eine Säure desto mehr Protonen werden abgegeben, bzw. desto mehr Säure dissoziiert zu Proton und Säurerestanion. → Säurekonstante Ks, Je größer desto stärker die Säure. bzw pKs Wert (negativer dekadischer Logarithmus von Ks), Je kleiner der pKs Wert ist, umso stärker ist die Säure.
- !2. Was ist der pH-Wert des Bodens? pH-Wert = NEGATIVER, DEKADISCHER LOGARITHMUS DER KONZENTARTION Protonen H+bzw H3O+ Genauer: pH-Wert der BODENLÖSUNG. 10 g BODEN + 25 ml WASSER, schütteln, 1 Stunde SEDIEREN LASSEN und pH-Wert im Überstand messen. → pH am häufigsten zwischen 5 und 8. Aber unterschiedlich je nach Boden.
- 2.2. Was ist der pH-Bereich, den man in Böden gemäßigter Klimate findet? Warum ist der pH Bereich in semiariden Klimaten häufig zu höheren pH-Werten hin verschoben? → pH am häufigsten zwischen 5 und 8. → In ariden Klimaten werden die pH Werte zu höheren Werten verschoben, da höhere Salzgehalte in Böden (da schnellere Verdunstung), bei Niederschlag verbinden sich die Salze mit H+ (die H+ Konzentration sinkt) und der pH-Wert steigt somit → wird basischer
- !3. Der pH-Wert einer Bodenprobe aus den Kalkalpen und einer Probe aus dem Schwarzwald wird in deionisiertem Wasser und in KCl Lösung bestimmt. Welche Bodenprobe liefert in beiden Lösungen den gleichen pH-Wert? Warum? Wie sieht es mit der anderen Probe aus: ist der pH Wert in Wasser oder in KCl höher? pH-Wert der Bodenlösung unterschiedlich je nachdem in was der Boden gelöst wird (Wasser, verdünntes Kaliumchlorid KCl) pH im Wasser= aktuelle AciditätpH in KCl = potentielle Azidität →Die Probe der Kalkalpen wird in beiden Lösungen das GLEICHE Ergebnis liefern, weil KALKSTEIN BASISCH IST und keine H+ durch die Kationen der KCl Lösung ausgetauscht werden. → Die BUNTSANDSTEIN-Probe aus dem Schwarzwald wird in KCl einen SAUREREN (niedrigeren) pH aufweisen. Da die Kationen der KCl Lösung im Boden gebundene Kationen wie Al3+ und H+ austauschen, welche den pH-Wert senken.
- 4.Welche Bodeneigenschaften bestimmt der pH-Wert? Nennen und erläutern Sie vier Beispiele. → Biologische Aktivität, Bodenstruktur, Verfügbarkeit von Nährstoffen, Mobilisierung von Schadstoffen. 1. Biologische Aktivität: weniger und andere Bodenlebewesen und Mikroorganismen vor (z.B. mehr Entrychäen, weniger Regenwürmer), Bakterien wollen neutralen pH -> In sauren Böden ist die biologische Aktivität geringer, Streuabbau langsamer, weniger Durchmischung 2. Bodenstruktur: (= ist die räumliche Anordnung der Primärpartikel, Bsp. Abstand, Aggregatbildung, Lagerungsart, Verfestigung)→ zB. beeinflusst durch Mikroorganismen, der Boden wird weniger durchmischt wenn er sauer ist → Stabilität der Bodenstruktur wird erhöht durch neutralen pH Wert -> mehr Aggregationen -> durchlässig / verschlämmert nicht 3. Verfügbarkeit von Nährstoffen: Die Kationenaustauschkapazität ist abhängig vom pH-Wert. Ist der Boden sauer werden negative Ladungen in der Bodenfestphase durch den Überschuss von H+ Ionen besetzt und wichtige Nährstoffe wie K+, Ca2+, Mg2+ etc. können ausgewaschen werden, weil sie nicht gebunden werden. SAUER = NÄHRSTOFFARM (neutral= nährstoffreich) 4. Mobilität von Schadstoffen: Die Kationenaustauschkapazität ist abhängig vom pH-Wert. Ist der Boden sauer, werden negative Ladungen in der Bodenfestphase durch den Überschuss von H+ Ionen besetzt und Schwermetalle werden nicht gebunden und werden vermehrt ausgewaschen
- 5. Welcher pH-Wert stellt sich in Oberflächengewässern bei 18°C ein, wenn der pH allein durch das Gleichgewicht mit der Atmosphäre bestimmt wird? Warum ist die Temperatur wichtig? → Das Oberflächenwasser steht in einem chemischen Gleichgewicht zum CO2 in der Atmosphäre. Je niedriger die Temperatur, desto mehr CO2 kann im Wasser gelöst werden. Wenn CO2 im Wasser gelöst wird entsteht Kohlensäure, die reagiert mit Wasser und gibt Protonen ab, die Protonenkonzentration steigt, der pH -Wert des Wassers sinkt. → es stellt sich ein Wert von pH= 5,7 ein bei 18°C
- !6. Nennen Sie vier Prozesse, die zur pH-Absenkung im Boden beitragen. Boden wird saurer durch: 1) CO2 EINTRAG aus der Luft 2) H+ ABGABE VON WURZELN der Pflanzen (organische Säuren für Nährstofffreisetzung aus Mineralen) 3) SÄUREABGABE VON BAKTERIEN 4) Nitrifikation (OXIDATION VON AMMONIUM ZU NITRAT): NH4+ + 2 O2 -> NO3- + 2 H+ + H2O
- 7. Wie kann man ermitteln, wie sehr der Boden-pH durch anthropogen bedingten Säureeintrag abgesunken ist. → Durch den Vergleich von pH-Wert älterer Bodenproben mit jüngeren/aktuellen Bodenproben
- !8.Welche Puffersubstanzen gibt es im Boden und für welche pH-Bereiche sind sie jeweils von Bedeutung? → puffern Kohlensäure ab in bestimmtem pH Bereich 1. Carbonat-Puffer 6,2 -> 8.6 (puffert, da Kalk aufgelöst wird) 2. Silikat-Pufferung 4.2 – 6,2. (puffert, da Silikat Protonen aus der Kohlensäure aufnimmt; dabei wird Kalium in Boden agbegeben) 3. Pufferung durch Auflösung von ALuminiumoxiden bei 3 – 4,2 4. Pufferung durch Eisenoxide bei <3
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- 9. Warum macht es die Ernte nötig, Ackerböden zu kalken? weil BASISCHE BESTANDTEILE aus dem Ökosystem ENTFERNT werden (durch die Ernte), DAMIT DER BODEN NICHT VERSAUERT muss Kalk eingetragen werden. Kalkungen werden durchgeführt, um einer Bodenversauerung entgegenzuwirken und um die Bodenfruchtbarkeit zu erhalten oder zu verbessern.
- 10.Warum ist die Kalkung von Wäldern problematischer als die Kalkung von Ackerböden? → Pro: Anhebung und stabilisierung des pH-Werts --> mehr biolog. Aktivität, bessere Nährstoffverfügbarkeit und Verringerung der ausgewaschenen Bodenschadstoffe in Gewässer. Contra: durch die Kalkung kann es zu einer VERSCHIEBUNG DER ARTENZUSAMMENSETZTUNG kommen, wenn es sich um natürlich saure Böden handelt.Die Bodenversauerung findet im Mineralboden statt, Kalkung wird aber auf die Streu aufgetragen