Eidg. Anstalt für Wasserversorgung Abwasserreinigung

0.7
0.6
0.5 -
0 .4 -
0.3
0.2 -
0.1 -
0.0
5 uM
25 uM
50 uM
• 125 uM
250 uM
0 100 200 300
Totale Konzentration von 2-Hydroxy-Naphthochinon (uM)
Abb.3.37
Reduktion von 3-Chlor-Nitrobenzol
(C0=100 µM) in einer wässrigen Lösung
von Schwefelwasserstoff (5 mM, pH=7,2):
Geschwindigkeitskonstante (pseudo-1.Ordnung)
kobs als Funktion der Konzentration
von 2-Hydroxy-Naphthochinon.
3-38
Abb.3.38
Reduktion von substituierten Nitrobenzolen
in einer wässrigen Lösung von
Schwefelwasserstoff (5 mM, pH=7,0):
Einfluss von Substituenten auf die
Reaktionsgeschwindigkeit.
Die relative Reaktivität ist direkt proportional zur "Leichtigkeit" mit der die Nitroverbindung das erste
Elektron aufnimmt (ein quantitatives Mass dafür ist das Reduktionspotential E1H(pH7)). Zum Teil
etwas unterschiedliche relative Reaktivitäten wurden in einer anaeroben Laboratoriums-
Grundwasserkolonne (Kolonne, die mit natürlichem Aquifermaterial gepackt ist) gefunden. Dies
weist darauf hin, dass in diesem System die Reduktionsrate auch noch durch andere Faktoren (z.B.
Adsorptionsprozesse) bestimmt wird.
(R.P. Schwarzenbach, R. Stierli, E. Grieder, K. Lanz, I. Dolfing, J. Zeyer)
Die Oberflächenstruktur von Mineralien bei der Verwitterung
Die Neutralisierung von sauren Niederschlägen wird in Gebieten mit kristallinem Untergrund durch
sehr langsame Verwitterungsreaktionen kontrolliert. Beispielsweise dauert es unter Laborbedingungen
bei pH=5 etwa ein Jahr, bis sich eine atomare Schicht Aluminiumoxid aufgelöst hat. Die
Geschwindigkeit solcher Verwitterungsprozesse wird durch Reaktionen an der Partikeloberfläche
bestimmt. Die Struktur von Mineralien ist relativ gut bekannt. Die Reaktivität von toxischen Ionen wie
z.B. Aluminium in verschiedenen Phasen liesse sich deshalb im Prinzip einfach interpretieren.
Schwierigkeiten bereitet jedoch die Frage: "Wie kantig und eckig sind natürliche Mineraloberflächen?"
In Abb. 3.39 ist schematisch ein kleiner Ausschnitt eines Korundkristalls gezeigt. Die
Aluminiumionen an den Ecken und Kanten haben eine oder zwei freie Koordinationsstellen. Sie sind
deshalb wesentlich reaktiver als die sechsfach koordinierten Ionen innerhalb der intakten Flächen. Im
Lauf der Verwitterungsreaktion bildet sich eine stationäre Oberflächenstruktur heraus, die von der
Auflösungsgeschwindigkeit mitbestimmt wird. Diese Wechselbeziehung zwischen Struktur und
Reaktivität wurde mit Hilfe von Monte Carlo Simulationen analysiert. Die stationäre Struktur des
numerischen Mineralmodells in Abb. 3.40 ist das Resultat eines solchen "Würfelspiels" auf dem
Computer. Die Simulationen haben gezeigt, dass bei schwerlöslichen Mineralien über 80 % der
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