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Tonmineralien

On Oktober 16, 2021 by admin

Tonmineralien

Alle Tonmineralien haben eine ähnliche chemische Zusammensetzung, eine geschichtete Struktur und eine große Affinität zu Wasser. Einige quellen leicht auf und können ihre Dicke verdoppeln, wenn sie nass werden. Sie binden reversibel Ionen, insbesondere Metallkationen. Diese Eigenschaften ergeben sich aus der Struktur der Tonminerale.

Struktur

Alle Tonminerale bestehen aus Teilchen, die anionische Schichtsilikate und Metallkationen enthalten. Sie gehören zur Gruppe der Schichtsilikate. Die meisten haben eine „Sandwich“-Struktur mit 2 Schichten von Schichtsilikaten, die an oktaedrische Kationen gebunden sind. Andere, schwach gebundene Kationen befinden sich zwischen den Schichten und werden durch Wasser gelöst.
Tonpartikel im Boden entstehen durch die physikalische und chemische Verwitterung von silikathaltigem Gestein.
Es gibt 4 Hauptklassen von Tonmineralen.

1. Die Kaolinitgruppe besteht aus Polymorphen der Formel Al2Si2O5(OH)4. Die Wiederholungseinheit ist ein einzelnes Silikatblatt, das mit Aluminiumoxid-Oktaedern kondensiert ist.
2. Die Montmorillonit/Smectit-Gruppe umfasst Talk, Vermiculit, Montmorillonit und andere. Die allgemeine Formel lautet (Ca,Na,H)(Al,Mg,Fe,Zn)2(Si, Al)4O10(OH)2-xH2O, wobei x für eine variable Menge Wasser steht. Diese Minerale haben alle eine Sandwichstruktur mit tetraedrischen Silikatschichten, die fest an oktaedrische Aluminium- oder Magnesiumatome gebunden sind.
3. Die Tone der Illit-Gruppe haben die allgemeine Formel (K,H)Al2(Si,Al)4O10(OH)2-xH2O, wobei x für eine variable Wassermenge steht. Die Struktur dieser Gruppe ähnelt der Montmorillonitgruppe mit einer sandwichartigen Struktur.
4. Die Chloritgruppe enthält ebenfalls sandwichartige Einheiten. In vielen dieser Minerale befindet sich zwischen den Sandwiches ein weiteres, schwach gebundenes, oktaedrisch koordiniertes Mg2+. Die allgemeine Formel lautet X4-6Y4O10(OH, O)8. Das X steht entweder für Aluminium, Eisen, Lithium, Magnesium, Mangan, Nickel, Zink oder selten für Chrom. Das Y steht entweder für Aluminium, Silizium, Bor oder Eisen, meistens jedoch für Aluminium und Silizium.

Das folgende Bild zeigt die Struktur der Smektit-Illit-Tone mit der sandwichartigen Wiederholungseinheit.

Das nächste Bild zeigt die Struktur der Kaolinit-Tone mit einem einzelnen Silikatblatt, das an eine oktaedrische Metalloxidschicht in der Wiederholungseinheit gebunden ist.

Ionenaustausch

Der Raum zwischen den „Sandwiches“ enthält Wasser und schwach gebundene Kationen. Die Kationen dienen dem Ausgleich der negativen Gesamtladung der Silikat-Aluminat-Sandwich-Einheit.
Wenn die Konzentration eines bestimmten Kations außerhalb des Tonpartikels größer ist als innerhalb, diffundiert dieses Kation in das Partikel hinein und ein anderes Kation diffundiert hinaus.
Auf diese Weise nehmen Tonminerale Ionen auf, die für das Pflanzenwachstum wichtig sind, wenn sich die Pflanzen am Ende des Wachstumszyklus zersetzen, und sie geben diese Nährstoffe während der Wachstumsperiode langsam an die wachsenden Pflanzen ab.

Besonders wichtig für wachsende Pflanzen sind K+, Ca2+, Mg2+. Die Pflanzen erhalten auch kleinere Mengen an Fe2+, Mn2+, Cu+, Zn2+, B3+, Mo3+.

Anionen, wie Nitrat und Phosphat, können ebenfalls im Zwischenraum gespeichert und ausgetauscht werden.

Wasserrückhaltung

Der gleiche Bereich, der die schwach gebundenen Kationen, Salze und polaren Moleküle enthält, kann auch große Mengen an Wasser zurückhalten. Einige Tone können ihr Volumen verdoppeln, indem sie das Wasser zwischen den Sandwichschichten erhöhen. Dieses Wasser wird um die Pflanzenwurzeln herum langsam wieder an den Boden abgegeben.

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