Mit H+, Na+, Ca2+ und Al3+ belegte, mit H2O ausgewaschene und anschliessend fraktionierte (<2000µm, 2000-63µm, <63µm) Proben eines sandigen Gleypodsols wurden auf ihre Benetzungs-eigenschaften (bestimmt als Kontakt-winkel CA) untersucht. Der CA variierte (unsystematisch) als Funktion der Zeit (Auswertung der CA nach 33ms, 1000ms, 5000ms) mit der Art der Belegung

Bachmann, Jörg

Shchegolikhina, Anastasia

Woche, Susanne Karoline

German

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Tagungsbeitrag zu: DBG-Jahrestagung Titel der Tagung: Böden – Eine endliche Ressource 5.-13. September 2009, Bonn Berichte der DBG (nicht begutachtete online-Publikation) http://www.dbges.de  Benetzungseigenschaften als Funktion des Kationenbelags  Susanne K. Woche*, Jörg Bachmann*, Anastasia Shchegolikhina #   Zusammenfassung Mit H+, Na+, Ca2+ und Al3+ belegte, mit H2O ausgewaschene und anschliessend fraktionierte (<2000µm, 2000-63µm, <63µm) Proben eines sandigen Gleypodsols wurden auf ihre Benetzungs-eigenschaften (bestimmt als Kontakt-winkel CA) untersucht.. Der CA variierte (unsystematisch) als Funktion der Zeit (Auswertung der CA nach 33ms, 1000ms, 5000ms) mit der Art der Belegung.  Schlüsselworte: Kationenbelegung, Benet-zungseigenschaften, Kontaktwinkel   1 Fragestellung Die Rolle der austauschbaren Kationen bei Prozessen wie Flockung und Sorption ist bekannt, ebenso wie der Einfluss bestimmter Kationen auf die spezifische Oberflächenladung. Bisher kaum beachtet ist ein möglicher Zusammenhang zwischen Benetzungseigenschaften und der Art des Kationenbelags. Es soll daher untersucht werden, ob eine monokationische Bele-gung der Austauscher mit H+, Na+, Ca2+ und Al3+ mit unterschiedlichen Benetzungs-eigenschaften (bestimmt als Kontakt-winkel CA) verbunden ist.  *Institut für Bodenkunde, Leibniz-Universität Hannover, Herrenhäuser Str. 2, 30419 Hannover #Geografisches Institut, Ruhr-Universtät Bochum, Universitätsstr. 150, 44780 Bochum  e-mail: woche@ifbk.uni-hannover.de   2 Probenpräparation Zur Belegung der Austauscher mit Na+, Ca2+ und Al3+ wurde ein sandiger Gleypodsol (<2000µm) im Verhältnis 1:10 3h mit 0.01m chloridischer Lösung geschüttelt. Die Präparation der H+-Variante erfolgte mit AmberliteIR_120 (Hydrogen form; 7g/g Corg) mit einer Schüttelzeit von 24h. Eine weitere Variante war eine im Verhältnis 1:10 3h mit H2O (ultrarein) geschüttelte Probe. Alle Proben wurden nach der Behandlung filtriert (Büchnerfilter), 4d bei 25°C getrocknet, vorsichtig homogenisiert und fraktioniert (<2000µm, 2000-63µm, <63µm).  Tab.1: Daten Gleypodsol (Ackernutzung; Fuhrberger Feld, N Hannover)  S [%[U [%[T [%[Corg [%] Anteil Ca2+ an Gesamtkationen [%] 94 4 2 3.5 95  3 Methodik Der Sessile-Drop-Method-Kontaktwinkel (CA_SDM) wurde mit einem Kontaktwin-kelmikroskop mit Videocamera (OCA, DataPhysics, Filderstadt; Abb.1) nach 33ms (initialer CA), 1000ms und 5000ms bestimmt.            Abb. 1: Kontaktwinkelmikroskop mit Videocamera (Sessile Drop Method).  4 Ergebnisse 4.1 Chemische Parameter Aus den UV-VIS-Spektren der Filtrate nach der Behandlung lässt sich eine Veränderung der Zusammensetzung der organischen Substanz erkennen (Abb. 2). Im Bereich 500nm bis 200nm steigt die Absorbanz in der Reihenfolge Al3+<Ca2+<H2O=Na+<H+. Gegenüber dem unbehandelten Ausgangsmaterial (nt) bleibt der pH-Wert (pHH2O) bei Ca2+ konstant, erhöht sich geringfügig bei H2O- und Na+- und erniedrigt sich geringfügig bei H+ und deutlich bei Al3+ (Tab. 2). Die Leitfähigkeit Κ der Suspension ist gegenüber nt bei H2O, H+ und Na+ erniedrigt und für Ca2+ und  Al3+ erhöht (Tab. 2). Die spezifische Oberflächen-ladung (SSC, bestimmt mit Particle Charge Detector PCD für die Fraktion <63µm) ist gegenüber nt für H2O, H+, Na+ und Ca2+ geringfügig, für Al3+ deutlich erniedrigt (Tab. 2).  Wellenlänge [nm]200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800Absorbanz0.00.20.40.60.81.01.21.4H+H2O Na+Ca2+Al3+ Abb. 2: UV-VIS-Spektren der Filtrate.  Tab. 2 Chemische Parameter des Aus-gangsmaterials (nt) und der behandelten Proben (.H2O, H+, Na+, Ca2+, Al3+).  pHH2O Κ [µS cm-1] SSC [mmol g-1] nt 5.8 72.2 -9.434E-3 H2O 6.1 24.8 -5.994E-3 H+ 5.0 31.2 -8.241E-3 Na+ 6.5 65.4 -7.425E-3 Ca2+ 5.6 107.3 -6.012E-3 Al3+ 3.8 205.0 -0.232E-3  4.2 Benetzungseigenschaften: Kontaktwinkel Der initiale CA (nach 33ms) der <2000µm-Fraktion ist gegenüber nt für H+ leicht erhöht und für Ca2+ leicht erniedrigt, nach 1000ms und 5000ms fällt die deutlich grössere Stabilität der H+- und die deutlich niedrigere Stabilität der Ca2+-Variante auf (Abb. 3 (a)). Die 2000-63µm-Fraktion zeigt nur wenig unterschiedliche CA für die Varianten und stabile CA bis 5000ms (Abb. 3 (b)). Bei der <63µm-Fraktion fallen die gegenüber den anderen Varianten niedrigeren initialen CA von Ca2+ und Al3+ und die geringere Stabilität von Ca2+ auf (Abb. 3 (c)). <63µm33ms 1000ms 5000ms020406080100120<2000µmCA_SDM [°]0204060801001202000-63µm020406080100120ntH2OH+Na+Ca2+Al3+(a)(b)(c) Abb. 3: Initialer CA (nach 33ms) und CA nach 1000ms und 5000ms für alle drei Fraktionen.  5 Fazit Die Belegungsvarianten zeigen tatsächlich unterschiedliche CA. Dabei fällt auf, dass die CA der Ca2+-Variante nicht mit den entsprechenden Werten der Ca2+-dominierten nt-Variante (Tab. 1) überein-stimmen. Die deutlich niedrigere SSC und der deutlich niedrigere pH-Wert der Al3+-Variante (<63µm-Fraktion) sind nicht mit dem CA korrelierbar. Die Benetzbarkeit des Bodens wird in der Hauptsache von organischen Bestand-teilen (SOM bestimmt. Gleichzeitig ist die Zusammensetzung der SOM auch eine Funktion der austauschbaren Kationen. Ein Erklärungsansatz für die beobachteten CA-Unterschiede könnte daher in der Kationen-spezifischen Auswaschung orga-nischer Bestandteile (s. UV-VIS-Spektren, Abb. 2) mit relativer Ab-, bzw. Anrei-cherung hydrophiler und hydrophober Komponenten liegen. 

Benetzungseigenschaften als Funktion des Kationenbelags

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