Bodenkunde :) (Fach) / 3. Bodenbürdige Stoffklassen (Lektion)

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• 1. Stellen Sie in kurzer Form den Übergang von organischen bzw. mineralischen Ausgangsmaterialien zu den pedogenen sekundären Stoffen unter Verwendung der Fachbegriffe dar (ohne Erklärung der Prozesse). Die primären org. Ausgangsmaterialien werden durch Mineralisierung & Humifizierung zu Huminstoffen, den pedogenen sekundären Stoffen, umgewandelt. Die sekundären anorg. Ausgangsmaterialien werden durch Verwitterung & Mineralneubildung zu Tonmineralen & Oxiden, den pedogenen sekundären Stoffen, umgewandelt.
• 2. Erläutern Sie den Unterschied zwischen physikalischer und chemischer Verwitterung. Erläutern Sie mit wenigen Worten 3 Grundreaktionen der chemischen Verwitterung von Mineralen. Welche Reaktion ist in unserem Klima die wichtigste Form der chemischen Verwitterung? Physikalische Verwitterung führt zu Fragmentierung der Materialien ohne Beeinflussung der Kristall- oder Molekularstruktur. (mechanische Verwitterung) Die chem. Verwitterung verändert die Molekularstruktur der Materialien durch chem Reaktionen. (Umwandlung der chem Formel) Hydrolyse: Einbau des des kompletten Wassermolekülsz.B. Auflösung der -O-Si-O-Bindungen (SiO2)n+ 2nH2O ↔ nSi(OH)4 Protolyse: Säurewirkung, Einbau des H + Protonsz.B Auflösung Calcit mit Kohlensäure, Trennung der (Si)-O-Me BindungCaCO3 + H2CO3 ↔ Ca ++ + 2HCO3-KAlSi3O8 + H + ↔ HAlSi3O8 + KOH Oxidation: Umwandlung des Fe(II) in Fe(III) 4Fe3O4 + O2 ↔ 6Fe2O3 
• 2.1 Hydratation Die chemische Verwitterung ändert die Struktur der Verbindung. Bei der Hydratation findet keine chemische Reaktion statt, sondern lösliche Kristalle z.B. der Erdalkali- und Alkalimetalle werden in ihre Ionen zerlegt. Einbau von Wasser in Verbindung (typisch für Alkali- und Erdalkalisalze) z.B. Lösung von NaCl in Wasser → keine chemische Reaktion, da H2O komplett bleibt → die negativen O-Enden des Wassermoleküls legen sich um das Kation (Ca+), die positiven H-Enden um das Anion (Cl-) (NaCl)n + n(H2O) ↔ nNa+ + nCl- + n(H2O)
• 2.2 Hydrolyse (chem Verwitterung) Bei der Hydrolyse reagieren sowohl dass H + als auch das OH - des dissoziierten Wassers gleichermaßen. Dies ist der wichtigste Mechanismus zur Zerlegung der -O-Si-O-Bindung z.B. in den Siliziumtetraedern. Das Gleichgewicht der Reaktion liegt stark auf der Seite der Polykieselsäure, das heißt, wenn die Orthokieselsäure nicht abgeführt oder in neue Verbindungen eingebaut wird, kommt die Reaktion schnell zum Erliegen. Dies wird durch den asymetrischen Reaktionspfeil symbolisiert. Die hydrolytische Spaltung von Silikaten ist in diesem Teil pH-neutral. Bei den -Si-O-Me + -O-Si- Bindungen ist ein Protonenüberschuss nötig, man spricht hier von Protolyse oder Säurewirkung. Zerlegung des Wassers (Kristallverband durch Einbau von dissoziierten Teilen des H2O aufgelöst) z.B. Auflösung der -O-Si-O Bindungen (SiO2)n + 2nH2O <<<-↔-> nSi(OH)4
• 2.3 Protolyse (chem Verwitterung) Der effizienteste und am quantitativ bedeutsamste Prozess der Verwitterung von Mineralen ist die Protolyse, der protonenverbrauchende Säureangriff. In dieser Säure-Base Reaktion ersetzt das Proton Metallkationen wie K, Na, (1 Proton) oder Ca, Mg (2 Protonen). Die Protolyse ist durch den H+ Verbrauch mit einer Säurepufferung verbunden. Ersatz der Metallkationen durch H+ (Säure-Base-Reaktion) '→ wichtigste in unserem Klima Säurewirkung, Einbau des H+ Protons, Unterschied zu Hydrolyse: bei Protolyse wirkt nur das H+, bei Hydrolyse beide Bestandteile von Wasser (H+ und OH-) das Proton ersetzt Metallkationen wie K, Na (1 Proton notwendig) oder Ca, Mg (2 Protonen notwendig) → die Protolyse ist durch H+ Verbrauch mit einer Säurepufferung verbunden z.B. Auflösung Calcit mit Kohlensäure CaCO3 + H2CO3 ↔ Ca++ + 2HCO3-
• 2.4 Oxidation (chem Verwitterung) Die Oxidation (stark vereinfacht: Reaktion mit Sauerstoff) werden insbesondere in den Silikaten eingebaute 2wertige Fe-Ionen (z.B. Biotit) in dreiwertige (Hydr)oxidformen überführt, die u.a. die Braunfärbung der Böden bedingen. Änderung der Oxidationsstufe / Fe(ll) → Fe(lll) (stark vereinfacht „Reaktion mit Sauerstoff“) Umwandlung des Fe(ll) in Fe(lll) 4Fe3O4 + O2 ↔ 6Fe2O3
• 3. Warum sind die auf thermodynamischen Gleichgewichten beruhenden Stabilitätsdiagramme für die Mineralgehalte der Böden nur von begrenzter Aussagekraft? Phasendiagramme beruhen auf der Annahme von Gleichgewichtszuständen, deren Einstellung länger brauch, als reale konstante Umgebungsbedingungen herrschen. Deshalb haben sie für die Bewertung von natürlichen, konkreten Systemen einen begrenzten Wert. Sie geben nur eine Tendenz auf die Richtung der Mineralbildungsprozesse und Wirkungen. Gleichgewichtssystem im Gleichgewicht = Tod
• 4. Nennen Sie ein Beispiel, wie durch chemische Verwitterung eine physikalische Lockerung/Zerlegung des Gesteinsverbandes eintreten kann. Größere Gesteinsstücke werden zunächst durch physikalische Verwitterung fragmentiert. Durch die chem Umwandlung von Gesteinskörnern in zB Tonminerale kommt es meist zu einer Volumenvergrößerung, die den bisher nicht angegriffenen Kornverband lockert. Bsp Granit: Feldspat, Quarz, Glimmer: Glimmer = leicht verwitterbarer Bestandteil quillt auf, wenn Kalium-Ionen in Randbereichen gelockert werden & Wasser eingelagert wird -> randliche Aufweichung der Zwischenschicht, die das Gestein auseinanderdrückt und sprengt
• 5. Erläutern Sie, wieso das Tonmineral Illit als Produkt eines Grenzfalls zwischen physikalischer und chemischer Verwitterung angenommen werden kann. bei Biotit → wenn es sehr starker Zerkleinerung unterliegt, kommt es bereits zu chemischen Umwandlung → Randgruppen gewinnen an Bedeutung, da Kalium-Ionen beweglicher/austauschbar werden → durch Wassereinlagerung kommt es zur landlichen Aufweitung der Zwischenschichten→ chem. Eigenschaften ändern sich => wird jetzt als Tonmineral Illit bezeichnet
• 6. Welche Ionen sind am isomorphen Ersatz a) in den Tetraedern b) in den Oktaedern beteiligt (wer ersetzt wen, Folgen für die Gitterladung). a) Al3+        b) Mg2+, Fe2+, Fe3+ a) Si4+ durch Al3+ -> einfache neg Gitterladung, führt zur Teilladung der Siliziumblätter, also neg Schichtladung, die durch Einlagerung von Zwischenschicht-Kationen ausgeglichen werden b) in Oktaeedern (größeres freies Zentrum) kann Al3+ durch die geringfügig größeren Fe2+ oder Mg2+ ersetzt werden, werden diese beiden nun durch Fe3+ ersetzt kann die neg Schichtladung zunehmen
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• 7. Tonminerale kann man von den Glimmern ableiten. Nennen und erläutern Sie 3 Unterschiede zwischen den bodenbürtigen Tonmineralen und den Glimmern (und anderen gesteinsbürtigen Phyllosilikaten). dbgfgcfbn

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