Chernozenierung, Peptisation und Flockung

Inhaltsverzeichnis

1.Einleitung

2.Peptisation und Flockung
2.1.Energetische Wechselwirkung zwischen Bodenkolloiden
2.2.Einfluss von Kationenbelag und Wertigkeit auf die Flockung
2.2.1.Teilchen mit negativer Ladung (Kationenaustauscher)
2.2.2.Teilchen mit positiver Ladung (Anionenaustauscher)
2.3.Einfluss von Polymeren auf die Flockung und Dispergierung
2.4.Aufbau der Flocken
2.5.Einfluss des elektrokinetischen Potenzials

3.Chernozenierung
3.1.Profil
3.2.Entwicklung
3.3.Eigenschaften
3.4.Chernosem – Mollic Gleysol – Subzone
3.5.Verbreitung in Deutschland

4.Resümee der Arbeit

5.Literatur

1. Einleitung

Peptisation und Flockung und Schwarzerde, zwei chemische Prozesse, die in der Bodenkunde ein wichtige Rolle spielen und eine Bodenart, die in mehreren Unterarten weltweit vorkommt. In meiner Arbeit gehe ich auf diese drei Punkte ein: was man unter Peptisation und Flockung versteht, was Chernoseme, also Schwarzerden, von anderen Bodenarten unterscheidet. Die Arbeit beginnt mit der Flockung und Peptisation, denn die Chernozenierung bezieht sich teilweise auf dieses Vorwissen. Das Thema Peptisation und Flockung unterteile ich in die Punkte: Energetische Wechselwirkung zwischen Bodenkolloiden, Einfluss von Kationenbelag und Wertigkeit auf die Flockung, Einfluss von Polymeren auf die Flockung und Dispergierung, Aufbau der Flocken und Einfluss des elektrokinetischen Potenzials.

Darauf folgen Profil, Entwicklung, Eigenschaften und Verbreitung der Chernoseme. Wie in der Aufgabenstellung gefordert, gehe ich nur auf die Chernoseme ein. Einerseits bedingt durch das vorhandene Informations- und Quellenmaterial und anderseits bedingt durch das interessante Wissen für meinen zukünftige Beruf als Grundschullehrer gehe ich auf die Struktur und Verbreitung in Deutschland ein.

Das Lehrbuch der Bodenkunde von F. Scheffer und P. Schachtschabel ist mir als Literaturquellen für meine Hausarbeit am hilfreichsten, da hier am besten die Themen behandelt werden. Ergänzend verwende ich das Buch Bodenkunde von H. Kuntze, G. Roeschmann und G. Schwerdtfeger.

2. An das Ende stelle ich mein persönliches Fazit über diese beiden Themenkomplexe.Peptisation und Flockung

Während der Peptisation oder dem Peptisieren erfolgt die Umwandlung von einem Gel in ein Sol (kolloide^[1] Lösung).

Die Flockung oder Koagulation steht für eine Ausflockung und Gerinnung eines Stoffs aus einer kolloidalen^[2] Lösung.

2.1. Energetische Wechselwirkung zwischen Bodenkolloiden

Die energetische Wechselwirkung zwischen Bodenkolloiden kommt daher, dass sie über „adsorbierte Kationen, adsorbiertes Wasser und den unmittelbaren Kontakt“^[3] aufeinander einwirken, so dass „elektro-statische Wechselwirkungen zwischen positiv und negativ geladenen Stellen der Oberflächen“^[4] vorkommen. Die Ladung der Tonmineral-kanten und der Huminstoffe ist oberhalb des isoelektrischen Punktes stets negativ, unterhalb stets positiv, so dass mit entsprechenden Wechselwirkungen gerechnet werden muss. Scheffer und Schachtschabel sagen: „Zwischen den Bodenkolloiden können an-ziehende und abstoßende Kräfte auftreten.“^[5]

Es wird von einer Abstoßung gesprochen, wenn sich zwischen zwei an-nähernden Tonteilchen:

- eine „gleichsinnige elektrische Ladung der Gegenionen,
- eine Bindungsfestigkeit adsorbierter Moleküle des umgebenden Mediums,
- eine Konzentration und Zusammensetzung der Lösung im Bereich der elektrischen Doppelschicht“^[6] vollzieht.

Wegen des daraus resultierenden starken osmotischen Druckgefälles in Richtung zur Bodenlösung die Lösung der Doppelschicht zu verdünnen sucht, werden die benachbarten Teilchen auseinander gedrängt.

Wenn sich zwei Teilchen auf weniger als 1,5 nm nähern, ziehen sie sich gegenseitig an. Die Anziehung bedingt sich durch verschiedene Kräfte:

- „Van-der-Waalssche-Kräfte zwischen Molekülen und Atomen,
- Brückenbildung durch Kettenmoleküle,
- Coulombsche Kräfte zwischen positiven und negativen Ober-flächenladungen,
- Grenzflächenkräfte zwischen nicht mischbaren Komponenten“^[7].

Bei dieser Annäherung auf weniger als 1,5 nm überlappen sich die diffusen Schichten. Aus diesem Grund gehören sie beiden Teilchen gemeinsam. Es kommt zum Überwiegen der Anziehungskräfte, dann kommen erst die Abstoßungskräfte. Dies geschieht solange, bis der Teilchenabstand durch Unebenheiten der sich nähernden Partikel-oberflächen soweit herabgesetzt ist, dass die Abstoßungskräfte wieder deutlich zunehmen.

Die Bildung von Flocken und größeren Aggregaten wird begünstigt durch alle Faktoren, die als Folge einen Rückgang der Dicke der elektrischen Doppelschicht haben. Hier sind es besonders die „Konzentration der Lösung und die Wertigkeit der adsorbierten Kationen“^[8].

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten^[9]

2.2. Einfluss von Kationenbelag und Wertigkeit auf die Flockung

„Die Flockungsempfindlichkeit von Austauschern, also die Neigung, in den geflockten Zustand überzugehen, steigt mit der Wertigkeit der Gegenionen, bei negativ geladenen Austauschern also in der Reihen-folge M+<M2+<M3+ (M=Metallionen).“^[10]

Ein beständiges Sol bildet sich beispielsweise, wenn ein mit Na gesättigtes Tonmineral in Wasser aufgeschlämmt wird. Dieses peptisierende Verhalten verwendet man bei der Körnungsanalyse. Die Sole von mehrwertig gesättigten Kationenaustauschern^[11] hingegen sind extrem instabil und die Flockung beginnt nach kurzer Zeit. Setzt man dem Sol eine Salzlösung zu, so beschleunigt sich die Flockung. Je höher die Salzkonzentration, desto schneller die Flockung. Diese ist von der Wertigkeit der austauschbaren Ionen und der Kationen der Lösung unabhängig. Eine langsame Flockung^[12] wird extrem beeinflusst durch die Wertigkeit der Ionen.

2.2.1. Teilchen mit negativer Ladung (Kationenaustauscher)

Laut der Autoren Scheffer und Schachtschabel kommt es z.B. bei den Kationenaustauschern zu der Schulze-Hardy-Regel. Diese besagt, dass die flockende Wirkung von Elektrolyten^[13] um so größer ist, je höher die Wertigkeit der Gegenionen ist. Nach Untersuchungen an unter-schiedlichen Kolloiden betrugen die Flockungswerte^[14] für:

- „einwertige Kationen 25 bis 150 mmol/l,
- zweiwertige Kationen 0,5 bis 2 mmol/l,
- dreiwertige Kationen 0,01 bis 0,1 mmol/l“.^[15]

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten^[16]

In der oberen Tabelle sind die Ergebnisse der Proben eines mit Na+ bzw. Ca2+ gesättigten Montmorillonits zu sehen. Zwischen Na-Montmorillonit und CaCl2 sowie zwischen Ca-Montmorillonit und NaCl fand ein Kationenaustausch statt, damit kann die Differenz der Flockungswerte zwischen ein- und zweiwertigen Kationen bei beiden Montmorilloniten erklärt werden. Somit lag in den Lösungen eine Mischung von CaCl2 und NaCl vor. Bei einem Vergleich der Systeme Na-Montmorillonit – NaCl und Ca-Montmorillonit – CaCl2^[17] ergibt sich hingegen ein Verhältnis der Flockungswerte zwischen ein- und zweiwertigen Kationen von rund 130 : 1.

Um bei Ca-Montmorillonit eine Flockung zu erreichen, bedarf es nur einer geringen Menge von 0,1 mmol CaCl2/l, also einer Ca-Konzentration von 4 mg Ca/l. In den meisten Böden wird sie erreicht und überboten.

[...]

^[1] Stoff, der sich in feinster, mikroskopisch nicht mehr erkennbarer Verteilung in einer Flüssigkeit oder einem Gas befindet

^[2] Von Stoffen fein zerteilt

^[3] Vgl.: SCHEFFER, F.; SCHACHTSCHABEL, P.: Lehrbuch der Bodenkunde. 13. durchgesehene Aufl. Stuttgart: Enke, 1992, S. 135

^[4] Vgl.: SCHEFFER, F.; SCHACHTSCHABEL, P. 1992, S. 135

^[5] Vgl.: SCHEFFER, F.; SCHACHTSCHABEL, P. 1992, S. 135

^[6] Vgl.: SCHEFFER, F.; SCHACHTSCHABEL, P. 1992, S. 135

^[7] Vgl.: SCHEFFER, F.; SCHACHTSCHABEL, P. 1992, S. 135

^[8] Vgl.: SCHEFFER, F.; SCHACHTSCHABEL, P. 1992, S. 135

^[9] Vgl.: SCHEFFER, F.; SCHACHTSCHABEL, P. 1992, S. 135

^[10] Vgl.: SCHEFFER, F.; SCHACHTSCHABEL, P. 1992, S. 136

^[11] Zum Beispiel Ca2+ oder Al3+

^[12] Geringe Konzentration wie die Bodenlösung im Freiland

^[13] Keine chemische Reaktion mit dem Kolloid

^[14] Die Salzkonzentration ist gemeint und somit auch das rasche einsetzen der Flockung der Sole.

^[15] Vgl.: SCHEFFER, F.; SCHACHTSCHABEL, P. 1992, S. 137

^[16] Vgl.: SCHEFFER, F.; SCHACHTSCHABEL, P. 1992, S. 137

^[17] Unter Ausschluss von Austauschvorgängen