Das Verhalten von Umweltchemikalien in Boden und Grundwasser

Die Oxide und Hydroxide des Eisens und des Aluminiums verhalten sich
ebenfalls amphoter. Oberhalb ihres isoelektrischen Punktes – zwischen
pH 5 und pH 6 – stehen sie für den Kationenaustausch zur Verfügung;
unterhalb dieses Punktes werden Anionen (z. B. Phosphat, Sulfat) sorbiert.
Mit zunehmendem Kristallisationsgrad verringert sich die Ionenaustauschkapazität
der Oxide und Hydroxide.
Amorphe Kieselsäure und feinste Quarzteilchen haben ebenfalls = SiOH-
Gruppen an ihrer Oberfläche, die im alkalischen Bereich Kationenaustauschplätze
bieten.
Die organische Substanz des Bodens besitzt variable Austauscherplätze,
deren Verfügbarkeit stark pH-abhängig ist. Sie werden hauptsächlich
durch die COOH- und phenolischen OH-Gruppen geliefert. Die Kationenaustauschkapazität
steigt mit steigendem pH-Wert durch die verstärkte
Dissoziation von Protonen, die wiederum Austauscherplätze hinterlassen. Art
und Mengenverhältnis der funktionellen Gruppen und damit die Höhe der
Kationenaustauschkapazität sind vom Zersetzungs- und Humifizierungsgrad
der organischen Substanz abhängig.
Durch die Austauschereigenschaften und ihre große spezifische Oberfläche
(bis zu 1000 m 2 /g) beeinflussen organische Substanz und Tonminerale
je nach Art und Menge das Verhalten von Substanzen im Boden am
stärksten.
Die Bestandteile des Bodens haben die Fähigkeit, vor allem die anorganischen
Kationen an sich zu binden und gegen andere einzutauschen
(Kationenaustauschkapazität). Hierbei hängt die Bindungsstärke der
Kationen von deren Ladung und Größe ab: sie steigt mit zunehmender
Ladung und abnehmender Größe. Einige Kationen werden im Boden
bevorzugt und zum Teil sehr fest gebunden. In solchen Fällen findet nicht nur
eine Adsorption an die Oberflächen, sondern ein Einbau in Kristallgitter
(Tonminerale) oder in die Molekülstruktur (organische Substanz) der
Bodenbestandteile statt. Eine Adsorption wird vor allem dann bevorzugt,
wenn ein Kation von der Größe her ideal in die Kristallstruktur paßt, wie z. B.
Magnesium-, Ammonium- und Kalium-Ionen in die Zwischengitterräume
von aufweitbaren Mehrschicht-Tonmineralen.
Auch anorganische Anionen können adsorbiert werden, wenn auch in
sehr viel geringerem Maße als Kationen. Dies ist vor allem im Hinblick
auf die anionisch auftretenden Nährstoffe und Schadstoffe wichtig. Eine
unspezifische Adsorption von Anionen erfolgt durch einen positiven
Ladungsüberschuß der Bodenpartikel, der durch Anlagerung eines zusätzlichen
Protons zustande kommt. Diese Adsorption ist also stark pH-Wertabhängig
(stärker bei sauren pH-Werten). Auch Anionen können spezifisch
gebunden werden, z. B. aufgrund ihrer hohen Affinität zu Aluminium
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