Kationenaustauschkapazität

Die Kationenaustauschkapazität (Abk.: KAK, T-Wert) ist ein Maß für die austauschbaren Kationen und damit die Zahl an negativen Bindungsplätzen von Kationenaustauschern im Boden. Sie stellt einen wichtigen Kennwert des Bodens dar und hängt nicht nur von der chemischen Zusammensetzung, sondern auch von der mechanischen Beschaffenheit des Bodens ab, da die effektive Wirkoberfläche mit der Größe der Kolloide zusammenhängt.

Die Summe der austauschbaren Kationen – neben H⁺ vornehmlich einfache Metallionen wie Na⁺ und K⁺ als einwertige, Mg²⁺ und Ca²⁺ als zweiwertige sowie Al³⁺ und Fe³⁺ als dreiwertige –, welche an die negativen Bindungsplätze anorganischer und organischer Austauscher im Boden gebunden sind, wird experimentell durch den Austausch mit einer Neutralsalzlösung bestimmt (oft Barium-, Ammonium- oder Calciumchlorid).

Negative Ladungen in der anorganischen Bodensubstanz entstehen durch isomorphen Ersatz der Tonminerale und durch die pH-abhängige Dissoziation von Hydroxygruppen der Aluminium- und Eisenoxide wie der Tonmineralerden. Negative Ladungen entstehen ebenfalls bei der pH-abhängien Dissoziation von Carboxygruppen der organischen Substanz. Die Bodenkapazität an austauschbaren Kationen ist im Wesentlichen von Tonmineralen, Oxiden und Huminstoffen abhängig, die kleiner als 2 mm sind, den Bodenkolloiden.

Die Kationenaustauschkapazität wird in cmol/kg oder mmol_c/kg angegeben. Nicht mehr gebräuchlich ist die Angabe in mval / 100 g.

\mathrm {KAK} =\sum _{i=1}^{k}{\frac {n_{i}\cdot z_{i}}{m}}

Hierbei stehen die einzelnen Formelzeichen für die folgenden Größen:

k – Gesamtzahl der sorbierten Kationarten
n_i – Stoffmenge des Kations i
z_i – Wertigkeit des Kations i (Beispiel: Al³⁺ hat die Wertigkeit 3)
m – Bezugsmasse

Die potentielle Kationenaustauschkapazität KAK_pot gibt die maximale Anzahl möglicher freier Kationenbindungsplätze an und bezieht sich nach DIN ISO 13536 auf die Kationenaustauschkapazität bei einem leicht basischen pH-Wert (pH=8,1) des Bodens. Internationale Klassifikationen (FAO – UNESCO, US-Soil-Taxonomy) bestimmen die potentielle KAK bei pH=7 (neutral).

Die effektive Kationenaustauschkapazität KAK_eff gibt die Anzahl der tatsächlich freien Kationenbindungsplätze wieder bei dem jeweils aktuell vorliegenden pH-Wert des Bodens.

Bedeutung

Austauschbare Kationen können innerhalb des Bodens verschoben, in benachbarte Ökosysteme (z. B. Gewässer) verlagert oder von Pflanzenwurzeln aufgenommen werden. Sie betreffen damit unmittelbar die Nährstoffversorgung der Pflanzen und den Stoffhaushalt von Landschaften. Darüber hinaus beeinflussen die austauschbaren Kationen wichtige Bodeneigenschaften wie das Gefüge, den Wasser- und Lufthaushalt, die Bodenreaktion und nicht zuletzt die biologische Aktivität. Die Kationenaustauschkapazität eines Bodens kann daher als ein Bodenbewertungsmaß angesehen werden (z. B. für landwirtschaftliche Bodenschätzkarten).

Siehe auch

Literatur

Ad-hoc-Arbeitsgruppe Boden: Bodenkundliche Kartieranleitung, Hrsg.: Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe in Zusammenarbeit mit den Staatlichen Geologischen Diensten, 5. Aufl., 438 S.; 41 Abb., 103 Tab., 31 Listen, Hannover 2005. ISBN 3-510-95920-5

Weblinks

nachgeschlaut.de: Kationenaustauschkapazität
GeoLexikon: Kationenaustauschkapazität

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