Die vier Griechischen Elemente: - TOBIAS-lib - Universität Tübingen

wicht häufig durch die Normierung auf den
Corg-Gehalt ausgedrückt (Schwarzenbach &
Westall, 1981; Grathwohl, 1998):
K
d K OC = (3.2)
fOC
wobei fOC die Fraktion des organischen
Kohlenstoffes [-] bezeichnet. In Abhängigkeit
von den Sorptionseigenschaften der organischen
Bodensubstanz kann es zu Schwankungen
der KOC-Werte bis zu ca. Faktor 100
kommen (Grathwohl, 1990; Krauss & Wilcke,
2001).
Durch Ermittlung des Verteilungskoeffizienten
über einen großen Konzentrationsbereich lassen
sich substanzspezifische Sorptionsisothermen
bestimmen. Ein linearer Verlauf der Sorptionsisotherme
verweist auf einen konzentrationsunabhängigen
Sorptionsprozess, der als
„Partitioning“ bezeichnet wird. Bei Sorptionsexperimenten
über weite Konzentrationsbereiche
konnten jedoch nichtlineare Sorptionsisothermen
ermittelt werden, die auf einen
konzentrationsabhängigen Sorptionsprozess
verweisen (Xia & Ball, 1999). Die Beschreibung
erfolgt dann über verschiedene empirische
Modelle, von denen das Freundlich-
Modell am häufigsten Anwendung findet
(Freundlich, 1909):
C
s
FR
1 n
w
= K C
(3.3)
KFR bezeichnet den Freundlich-Koeffizienten
[(M M -1 ) (L 3 M -1 ) 1/n ] und 1/n [-] den Freundlich-Exponenten.
Einheit und numerischer
Wert des KFR sind dabei von den für Cs und Cw
gewählten Einheiten abhängig. Dies lässt sich
umgehen, indem Cw auf die Wasserlöslichkeit
normiert wird. Gl. 3.3 wird dann folgendermaßen
formuliert (Allen-King et al., 2002;
Kleineidam et al., 2002):
C
1 n
* ⎛ Cw
⎞
s = K FR ⎜ ⎟
(3.4)
⎝
S
⎠
S bezeichnet die Löslichkeit [M L -3 ] und KFR *
ist der transformierte Freundlich-Koeffizient
[M M -1 ]. Nach Allen-King et al. (2002) kann
3.1 Grundlagen
KFR* für viele verschiedene hydrophobe
organische Schadstoffe näherungsweise nach
folgender Gleichung ermittelt werden:
−1
−1
K FR * fOC
≅ 160 000 mg kg (3.5)
Die Sorption ist einerseits von der Lipophilie
der Sorptive bzw. Sorbate, andererseits aber
auch von den Eigenschaften der Sorbenten
abhängig. So werden die nichtlinearen Sorptionsisothermen
und Differenzen von Sorptions-
und Desorptionsraten über die Zeit auf
die Heterogenität der organischen Bodensubstanz
bzw. auf einen Anteil stark sorbierender
Sorbenten („hard carbon“, „condensed domain“)
im Gegensatz zu einem Anteil schneller
equilibrierender, schwach sorbierender organischer
Sorbenten („soft carbon“, „flexible domain“)
zurückgeführt (Ghosh et al., 2000;
Xing, 2001; Accardi-Dey & Gschwend, 2003).
Bei dem Versuch, die empirische Freundlich-
Korrelation durch mechanistische Modelle anzunähern,
hat sich ein Ansatz als erfolgreich
erwiesen, der diesem Umstand Rechnung trägt
und zwei verschiedene Sorptionsprozesse kombiniert.
Ähnlich wie für die Sorption hydrophober
organischer Schadstoffe an das Aerosol
ist auch für die Sorption in Böden zwischen
Absorption und Adsorption zu unterscheiden
(Xia & Ball, 1999, 2000). Während die Adsorption
die Anlagerung von Stoffen an die
Oberfläche der Sorbenten beschreibt, ist unter
Absorption ein Phasenübergang zu verstehen,
in dem die Stoffe in einem lösungsähnlichen
Zustand in den Sorbenten vorliegen. Dieser
Prozess (Absorption) kann über das
Raoult’sche Gesetz beschrieben werden. Für
den Verteilungskoeffizienten gilt dann
(Schwarzenbach et al., 1993):
K
p
[
1
= (3.6)
γ V ρ S
OM
OM
OM
γOM ist der Aktivitätskoeffizient [-] des Sorptives
im organischen Material, VOM das Molvolumen
des organischen Materiales [L 3 mol -1 ],
ρOM die Dichte des organischen Materiales [M
L -3 ] und S die Wasserlöslichkeit (bzw. die Löslichkeit
der unterkühlten Flüssigkeit) des Sorp-
]
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