AquaRichtig und anionentauschendes Zeolith

Von AquaRichtig wurde mir wiederholt vorgehalten, ich würde behaupten, Zeolithe könnten auch anionische Huminsäuren aufnehmen. In der neustens Ausprägung im folgenden Wortlaut:

„Er erfindet sogar, dass Kationen austauschendes Zeolith auch Anionen und Huminstoffe auf nimmt und manche seiner Trottel glauben es sogar“.

[Dennis Furmanek www.aquarichtiger.de Kritiker oder paranoider Stalker?]

Diese Ansicht kann nur dann subjektiv logisch widerspruchsfrei sein, wenn man wie offenbar AquaRichtig, irrigerweise annimmt, dass:

  1. Zeolithe ausschließlich Kationentauscher sind und keine anderen Mechanismen besitzen, Stoffe aufzunehmen
  2. Huminstoffe und Huminsäuren synonyme Begriffe sind
  3. Huminsäuren beziehungsweise Huminstoffe immer vollständig in Ionen dissoziiert im Wasser vorliegen

Ich bin keineswegs der Ansicht, dass Zeolithe, die unbestritten Kationentauscher sind, auch Anionen aufnehmen können. In einem speziellen Fall können zwar Ionentauscher Ionen gegensätzlicher Ladung tauschen. Das ist nämlich der Fall, wenn sich Zwitterionen, also Ionen, die sowohl eine kationische als auch eine anionische funktionelle Gruppe enthalten, anlagern und so durch das freie Ende gegenteiliger Ladung auch Ionen austauschen kann, die eigentlich nicht getauscht werden könnten. Es gibt zu diesem Zweck auch speziell behandelte Zeolithe. Darum soll es hier aber nicht gehen.
AquaRichtig ist offenbar nicht bekannt, dass Zeolithe neben ihrer Eigenschaft als Kationentauscher und Molekularsieb auch physiosorptive Adsorbenzien sind. Sie können also aufgrund ihrer großen – auch äußeren – Oberfläche durch Van-der-Waals-Kräfte Moleküle an diese binden. AquaRichtig wird vermutlich wieder behaupten, dass einem dies schon seit Äonen bekannt war. Man hat dieses Wissen wohl bisher nur dezent verborgen.

Weiterhin ist es AquaRichtig offenbar unbekannt, dass es einen Unterschied zwischen Huminsäuren und Huminstoffen gibt, da man beide Begriffe synonym zu verwenden scheint, aber zumindest nirgends die erforderliche Differenzierung erfolgt. Huminstoffe sind strukturell diverse organische Moleküle, die bei der Mineralistation organischer Substanz entstehen. Sie werden in die drei Stoffgruppen Humate, Huminsäuren und Fulvosäuren unterteilt, die sich insbesondere in ihrem Molekulargewicht und der vom pH-Wert abhängingen Wasserlöslichkeit unterscheiden. Selbst in diesem grundlegenden Aspekt hat man bei AquaRichtig die abwegige Auffassung, dass es sich um anorganische Stoffe handelt. Hat man aber wohl auch nie behauptet oder zumindst nie so gemeint. Steht bloß da.

Daneben nimmt man bei AquaRichtig offenbar auch an, dass Huminsäuren (oder Huminstoffe) immer vollständig in Ionen dissoziiert im Wasser vorliegen:

„Huminsäuren bestehen aus verschiedenen Säuregruppen und zerfallen in Wasser zu Anionen und Kationen.
Anionen kann das Zeolith nicht aufnehmen und möglicherweise aufgenommene Kationen würden aus dem Zeolith ebenso wieder durch die stärkeren Ammoniumionen verdrängt“.

[Zeolith das Filtermaterial im Aquarium für gesunde Fische und Pflanzen]

Obwohl Huminstoffe eine strukturell nicht genau definierte Stoffgruppe sind, besitzen sie einschließlich der drei Untergruppen, gemeinsame Merkmale. Sowohl Huminsäuren als auch Fulvosäuren sind mehrprotonige organische Säuren. Wie alle Säuren dissoziieren sie in eine Anzahl Protonen (= Kationen) und einem ladungsgleichen Anion. Der Dissoziationsgrad ist dabei vom pH-Wert abhängig. Grundsätzlich gilt, dass (organische) Säuren umso stärker dissozieren und als Ionen vorliegen, je höher (= basischer, alkalischer) der pH-Wert ist. Umgekehrt gilt, je saurer oder niedriger der pH-Wert, desto weniger stark dissoziieren die Moleküle und liegen entsprechend als schwächer geladenes Anion oder aber neutrales Molekül vor. Wie stark die Dissoziation im Einzelfall ist, hängt von der Säurestärke ab, die als Dissoziationskonstante von Säuren oder Säurekonstante pKs ausgedrückt wird. Wie die meisten organischen Säuren sind Humin- und Fulvosäuren vergleichsweise schwache Säuren. „Huminsäuren“ liegen also keineswegs immer vollständig in Ionen dissoziiert im Wasser vor, wie man bei AquaRichtig behauptet. Gerade im von AquaRichtig als im Aquarium erstrebenswert postulierten sauren pH-Wert-Bereich liegt mit hoher Wahrscheinlichkeit immer ein mehr oder minder großer Teil der „Huminsäuren“ als neutrales Molekül vor. Dieser Teil kann entsprechend von einer Adsorbens wie Zeolithe oder aber Aktivkohle aufgenommen werden.

Huminsäuren sind amphoterisch und polybasisch. Sie können deshalb abhängig von den physikalisch-chemischen Bedingungen (u. a. pH-Wert, Temperatur) als Anionen, Kationen oder neutrale Moleküle vorliegen (vergl. Tan+ eine höhere relative Bindungsstärke zu Zeolithen aufweisen als das Ammonium-Kation NH4+. Selbst Ionen von schwächerer relativer Bindungsstärke können Ionen mit stärkerer relativer Bindungsstärke aus einem Ionentauscher verdrängen, wenn ihre Konzentration hoch genug ist. Sonst wäre es auch nicht möglich, Zeolithe mittels Kochsalzsole und damit Natrium-Ionen zu regenerieren, da diese eine geringere relative Bindungsstärke besitzen, als viele ander Kationen, die zuvor vom Zeolith aufgenommen wurden. Wie bespielsweise Ammonium.

Fazit

Wie sooft sind die Ausführungen von AquaRichtig auch hier wieder sagenhaft. Sagenhaft im strengen Wortsinn. Es gibt zwar einen wahren Kern, einen tatsächlich existenten Sachverhalt, ein tatsächlich stattgefundendes Ereignis oder eine tatsächlich getätigte Äußerung, auf die AquaRichtig Bezug nimmt. Die aquarichtigschen Ausführungen haben aber mit den tatsächlichen Gegebenheiten bestenfalls nur noch entfernt etwas zu tun, da sie verzerrt und entstellt wiedergegeben werden.

Nachtrag vom 11.07.2019 – „Furmaneks vermeintliches Hntertürchen mit den Zwitter Ionen“ [sic!]

Wie ich bereits vielfach festgestellt habe, ist es mit der Lesekompetenz bei AquaRichtig nicht weit her. Weil ich Zwitterionen (wohlgemerkt in der orthografisch korrekten Schreibweise, ohne Deppen Leer Zeichen) hier zwar der Vollständigkeit halber erwähne, aber weder als Argument verwende, ja sogar ausdrücklich aus der Argumentation ausschließe, nutze ich sie laut AquaRichtig als Hintertürchen für meine nie getätigte Behauptung, Zeolithe könnten als Kationenaustauscher auch Anionen (wie die organischen Anionen von Huminsäuren) austauschen. Ne, is klar!

2. Nachtrag, 13.07.2019

Da man bei AquaRichtig Zwitterionen, amphotere Ionen oder dipolare Ionen als Hirngespinst von mir betrachet, sei hier stellvertretend auf das Review-Paper Use of Surfactant-Modified Zeolites and Clays for the Removal of Heavy Metals from Water von Jim&eacuteMnez-Castañeda & Medina verwiesen. Die Wissenschaft kennt also Zwitterionen, sogar explizit im Zusammenhang mit modifizierten Zeolithen und Blattsilikaten für spezielle Anwendungen. Wohlgemerkt, die echte Wissenschaft, nicht die Karikatur der Wissenschaft, die man bei AquaRichtig zeichnet.

Belegstellen, weiterführende Literatur und externe Links

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