Bodenschutz (Fach) / 3. Wie werden Schadstoffe im Boden gebunden? (Lektion)
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Sorption, Fällung, Komplexierung
Diese Lektion wurde von stefanpetter erstellt.
- Wie werden Schadstoffe im Boden gebunden? Sorption an Feststoffe (Tonminerale, Humus, Metalloxide) Fällung von unlöslichen Reaktionsprodukten Komplexierung Meist alle Prozesse wirksam. Dadurch: Immobilisierung der Schadstoffe Weniger Schadstoffe in der Lösungsphase Geringere Verlagerung in das Grundwasser Geringere Pflanzenverfügbarkeit Kein EInfluss auf Gesamtgehalte
- Lösung - Fällung Lösung- Auflösung einer Festphase Fällung- die Bildung einer Festphase aus einer Lösung Löslichkeitsprodukt: ist die mathematische Formulierung der Vorgänge (Lösung und Fällung). Wird das Löslichkeitsprodukt überschritten, fällt die Verbindung als Kristall aus. Das Löslichkeitsprodukt beschreibt leicht und schwerlösliche Verbindungen.
- Ionenaktivitätsprodukte Das Ionenaktivitätsprodukt prüft, ob ein Gleichgewicht zwischen Lösung (hier die gelösten Ionen) und Festphase besteht. Es gibt drei Fälle: IAP>KL Lösung ist bezüglich der festen Verbindung übersättigt, Ausfällung IAP<KL Untersättigung, keine Ausfällung, aber weitere Auflösung IAP=KL Lösung steht im Gleichgewicht mit fester Verbindung, Gleichgewicht KL= Löslichkeitsprodukt (math. Formulierung von Lösung und Fällung)
- Lösungs- und Fällungsreaktionen sehr Komplex Der Boden ist kein Reagenzglas, sondern hochkomplex. Lösungs- und Fällungsreaktionen stehen im Gleichgewicht mit vielen Mineralen und ihren Lösungsprodukten und werden zusätzlich durch den pH beeinflusst. Die vielen Reaktionspartner und Festphasen erschweren die Vorhersage. Geochemische Modelle wie MINTEQ schaffen abhilfe.
- Warum beeinflusst der pH-Wert Fällungsreaktionen? Der pH-Wert beschreibt die Anzahl der Protonen. Ist der Boden sauer, so liegen viele Protonen (+) vor. Ist der Boden basisch, so liegen viele OH- (Hydroxidionen) vor und es besteht eine höhere Löslichkeit. Es gibt aber auch Reaktionspartner die pH-unabhängig sind.
- Was sind Komplexe, Liganden? Liganden liegen nicht nur einfach in der Bodenlösung frei gelöst vor, sondern gehen Verbindungen mit anderen Lösungsbedstandteilen ein. Man spricht auch von assoziierten Ionen oder Ionenspezies. Anorganische Stoffe liegen in der Bodenlösung als Mischung aus verschiedenen Ionenspezies und organischen Komplexen vor. Komplex= Kation+Ligand
- Organischer Ligand Chelation Organische Ligande sorgen für Komplexierung. Es sind mindestens 2 funktionelle Gruppen eines Liganden an der Komplexierung beteiligt. z.B. Zitronensäure (von Pflanzen produziert), organische Säurereste, Düngemittel. Speziierung erfolgt aber auch über freie Hydratione, sowie anorganische Komplexe, wie außer- und innersphärische Komplexe.
- Typische Liganden Citrate (Zitronensäure): Von Pflanzen produziert und über Wurzeln ausgeschieden, Komplexbildner. Spurenelemente können somit gebunden werden, auch wenn sie pH-abhängig nicht vorliegen würden. Düngemittel anorganische Anionen
- Wie kann man die Ionenspezies in Bodenlösungen bestimmen? Warum sind Kenntnisse wichtig? z.B. über das Geochemische Modell MINTEQ: Bei Kenntnis der Lösungszusammensetzung und der wichtigsten Komplexbildungskonstanten lassen sich die Anteile der einzelnen Ionenspezies in der Lösung berechnen. Ionenspezies: Komplexe aus Kationen und Liganden (Anionen), auch assoziierte Ionen genannt. Bodenversauerung erhöht die Löslichkeit von Schwermetallen und somit die Auswaschungsgefahr. Deshalb ist es auch wichtig zu wissen welche Ionenspezies vorliegen und wie ihre Wertigkeit ist.
- Was unterscheidet Cd & Hg von Cu & Zn? Cd und Hg sind Humantoxisch Cu und Zn sind essentielle Nährstoffe
- Einfluss löslicher organischer Liganden/Komplexbildner (organische Substanz) auf die Cu- und Zn-Löslichkeit. Bei Cu und Zn ist die Löslichkeit der beiden Metalle im sauren bereich deutlich höher als im basischen Bereich. Die Auswaschung ist demnach im sauern Bereich höher. Wird z.B. Kompost als Komplexbildner hinzugegeben, so wird im sauren pH-Bereich die Löslichkeit deutlich erniedrigt. Ursache hierfür ist, dass die Metalle Ionenspezies mit den Komplexbildnern eingehen. Cu geht hierbei jedoch deutlich mehr Verbindungen ein als Zn, da Cu spezifische Bindungsplätze eingeht. Sorptionsprozesse erniedrigen also die Löslichkeit, somit sind weniger Schadstoffe in der Lösungsphase.
- Bedeutung der Komplexbildung für das Verhalten von Schadstoffen im Boden Sorptionsverhalten verändert die Mobilität der Schadstoffe. Bioverfügbarkeit und Toxizität von Metallen und organischen Schadstoffen ist abhängig von Speziierung und Komplexierung. Nicht die Konzentration allein macht die Suppe, sondern die Verbindung der Metalle mit Komplexbildnern. Pflanzenwurzeln und Mikroorganismen scheiden gezielt anorganische und organische Liganden aus, um die Löslichkeit und Verfügbarkeit von Nähr- und Schadstoffen zu beeinflussen.