Bodenkolloide und Tonminerale: Struktur und Eigenschaften

Kolloide: Die aktiven Bestandteile des Bodens

Kolloide bilden den aktiven Teil des Bodens.

Einstufung von Kolloiden

• Biogen: Humifizierte Anteile organischer Substanz.
• Anorganisch: Silikat-Tone (Phyllosilikate), Al- und SiO₂-Gele (Allophan und Imogolit), Oxide und Hydroxide von Eisen (Fe) und Aluminium (Al).

Tonminerale vs. Tonfraktion

Es ist wichtig, zwischen Tonmineralen und der Tonfraktion zu unterscheiden. Die Tonfraktion wird nach dem Partikelgrößenkonzept willkürlich als Partikel kleiner als 2 µm definiert.

Kristallstrukturen von Tonen

Tonminerale sind in Schichten angeordnet. Es gibt zwei grundlegende strukturelle Einheiten für alle kristallinen Silikat-Tone:

• Tetraeder: Ein Silicium-Atom in der Mitte, umgeben von 4 Sauerstoffatomen in tetraedrischer Anordnung.
• Oktaeder: Ein Aluminium-Atom in der Mitte, umgeben von 6 Sauerstoffatomen in oktaedrischer Anordnung.

Isomorphe Substitution

Strukturelle Veränderungen entstehen durch den Austausch von Ionen während der Tonbildung. Dies kann sowohl in Tetraedern als auch in Oktaedern auftreten (z. B. Substitution von Si-Atomen durch Al-Atome). Diese Substitutionen sind begrenzt und werden durch den Atomradius und die Koordinationszahl (4 für Tetraeder, 6 für Oktaeder) bestimmt.

Gruppen der Tonminerale

• 1. Kaolinit: Niedrige Kationenaustauschkapazität (KAK), beschränkt auf externe Flächen und Kanten; große Partikelgröße (0,1–5 µm).
• 2. Montmorillonit: 2:1-Typ-Ton, hohe KAK, große innere und äußere Oberfläche, kleine Partikelgröße (0,01–1 µm).
• 3. Hydratisierte Glimmer (Illit): 2:1-Typ-Ton mit intermediären Eigenschaften, nicht elastisch, geringere isomorphe Substitution.
• 4. Chlorit: 2:2-Typ-Ton, Struktur mit 2:1-Zwischenschicht aus Aluminium.
• 5. Vermiculit: 2:1-Typ-Ton, hohe interne Oberfläche, kann K⁺-Ionen fixieren.

Ursprung und Bildung von Tonen

• Vererbung: Tone sind Teil der Ausgangssubstanz (typisch für sedimentäre Böden).
• Transformation: Begrenzte Änderungen in primären Mineralien, meist in Richtung Abbau.
• Neubildung: Vollständige Umwandlung durch Bruch und Rekonstruktion der primären Mineralien (Trennung der Kristallstruktur in Tetraeder und Oktaeder sowie Ionen).

Bedingungen für die Bildung

• Montmorillonit: Hohe Kieselsäure- und Mg-Konzentration, neutral bis alkalisch.
• Vermiculit: Mäßige H⁺-Konzentration.
• Illit: Aus Glimmer, bei geringer bis moderater H⁺-Konzentration.
• Kaolinit: Hohe H⁺-Konzentration, Abwesenheit von Basen.
• Halloysit: Gleiche Konzentration von Al und Si bei hoher H⁺-Konzentration.
• Allophan: Mittlere bis hohe H⁺-Konzentration, in feuchten oder gesättigten Systemen.
• Hydrargillit: Hohe H⁺-Konzentration, niedrige Si-Konzentration, keine Basen.