ökochemie und bodenschutz at Universität Freiburg im Breisgau

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3.) Die Ermittlung der Risikokenngrößen von Chemikalien erfolgt vielfach im Tierversuch. Für
wie viele Chemikalien müssen voraussichtlich solche Tests durchgeführt werden. Für
welche Kenngröße werden die meisten Versuchstiere benötigt?

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4.) Was versteht man unter „diffusem Schadstoffeintrag“? Erläutern Sie in diesem
Zusammenhang die Begriffe „trockene“ und „nasse Deposition“.


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5.) Erläutern Sie kurz 3 Eintragswege für organische Schadstoffe in Böden.

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1.) Erklären Sie das Akronym „REACH“? Welches sind die Aufgaben der europäischen
Chemikalienagentur, wo ist ihr Sitz?

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6.) Erläutern Sie drei Pfade auf denen organische Bodenkontaminationen den menschlichen Körper belasten können.

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7.) Dioxine sind im Boden weitgehend immobil. Wieso kann es dennoch zu Belastungen für Menschen kommen? Erläutern Sie 3 mögliche Pfade.

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8.) Was sind Verteilungskoeffizienten? Was versteht man in diesem Zusammenhang unter einem Gleichgewicht?  

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9.) Welche(r) Verteilungskoeffizient(en) erlaubt eine Vorhersage der Bioakkumulation im Körperfett von Tieren und warum?

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10.) Was ist eine Adsorptionsisotherme? Erläutern Sie für zwei häufig benutzte Modelle für der Quantifizierung von Adsorptionsisothermen die Aussagekraft und Realitätsnähe.

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11.)Beschreiben Sie 2 verschiedene Formen der Henrykonstante KH mit Einheiten.

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12.)  Wieso werden unpolare organische (Schad-)Stoffe im wässrigen Bodenmillieu oft fest an die organische Bodensubstanz gebunden? Erklären Sie den Mechanismus.

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13.) Erläutern Sie den Oktanol-Wasser Koeffizienten (KOW) und den KOC Faktor. In welcher Beziehung stehen diese meist, welcher ist einfacher zu bestimmen?

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ökochemie und bodenschutz

3.) Die Ermittlung der Risikokenngrößen von Chemikalien erfolgt vielfach im Tierversuch. Für
wie viele Chemikalien müssen voraussichtlich solche Tests durchgeführt werden. Für
welche Kenngröße werden die meisten Versuchstiere benötigt?

- Zahlen zwischen 68000 und 143000 je nach Berechnung
- Zwei Generationen Tests: Testung von Trächtigen Weibchen denen der Stoff injeziert wird
und der erstenund zweiten Generation

ökochemie und bodenschutz

4.) Was versteht man unter „diffusem Schadstoffeintrag“? Erläutern Sie in diesem
Zusammenhang die Begriffe „trockene“ und „nasse Deposition“.


Deposition aus der Luft: PAK, LCKW, Dioxine und Furane -) gasförmig, gelöst, partikulär bzw. sorbiert (nasse und trockene Deposition) (aus Skript)
-> Deposition: Ablagerung eines Schadstoffes aus der Atmosphäre

Diffuse Belastung= weiträumige Beöastung; ubiquitärer (=überall verbreiteter) Eintrag durch die Luft

- trockene Deposition: Austrag von Substanzen durch feste Partikel und Gase
- nasse Deposition: Austrag von gelösten und an Partikeln haftenden Stoffen durch wässrige
Niederschläge


ökochemie und bodenschutz

5.) Erläutern Sie kurz 3 Eintragswege für organische Schadstoffe in Böden.

- Unfälle Havarien (Leckagen, Tankfahrzeuge ..)
- Betriebsverluste (Verlustschmierung, Reifenabrieb
- absichtlich (Pestizide, Entsorgung
- Deposition (nasse, trockene Deposition) gasförmig, gelöst, partikulär, sorbiert
- begleitend -> organische Recyclingderivate (Klärschlämme, Müllkomposte etc)

ökochemie und bodenschutz

1.) Erklären Sie das Akronym „REACH“? Welches sind die Aufgaben der europäischen
Chemikalienagentur, wo ist ihr Sitz?

EU-Verordnung REACH Registration Evaluation Authorization of Chemicals --> Erfassung von
Altstoffen
seit 2007 Europäische Chemikalienagentur in Helsinki
->Verwendung von nicht (vor)registrierten Stoffen ist illegal
->Anwenderverantwortung
- Sicherstellung eines hohen Schutzniveausfür die menschliche Gesundheit und die Umwelt
- Sicherstellung des freien Warenverkehrs von Stoffen im Binnenmarkt sowie Verbesserung
der Wettbewerbsfähigkeit und Innovation
- Vorsorgeprinzip: Verschiebung der Verantwortung von Behörden zu Wirtschaftsakteuren
inhaltliche Schwerpunkte der REACH-VO:
- Registrierung von Stoffen
- Informationen in der Lieferkette
- Zulassung
- Beschränkungen

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6.) Erläutern Sie drei Pfade auf denen organische Bodenkontaminationen den menschlichen Körper belasten können.

- Verzehr belasteter Tiere

- Milchpfad (Kuh spielt zentrale Rolle bei lipophilen Schadstoffen)

- Verzehr von Pflanzen

- Verzehr von Feinstaub und Boden der sich auf Pflanzen abgelagert hat

- Nutzung von Schadstoffbelastetem Wasser

ökochemie und bodenschutz

7.) Dioxine sind im Boden weitgehend immobil. Wieso kann es dennoch zu Belastungen für Menschen kommen? Erläutern Sie 3 mögliche Pfade.

Dioxine haben einen niedrigen Dampfdruck und einen sehr hohen KOC-Wert
-> daher werden Dioxine vollständig im humosen Oberboden zurückgehalten
-> damit können Dioxine nicht ins Grundwasser gelangen und sind somit weitgehend immobil
-> im humosen Oberboden findet aber eine Anreicherung in der Nahrungskette statt
---> Aufnahme durch kontaminierte Pflanzen
---> Verzehr von Boden: Feinstaub am Salat, Kinder essen Erde, Fingernagelkauen
 ---> Verzehr von Tieren, die kontaminierte Pflanzen verzehren

---> Milch- und Eierpfad

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8.) Was sind Verteilungskoeffizienten? Was versteht man in diesem Zusammenhang unter einem Gleichgewicht?  

Verteilungskoeffizient: Konzentration in Phase 1/Konzentration in Phase 2
-> gibt eine Aussage über die Mobilität eines Stoffes zwischen zwei verschiedenen Phasen an
-> Phasen:
Reinstoff U(nverändert)
gelöst in Wasser W(asser)
gasförmig A(ir=bodenluft)
sorbiert an Festsubstanz S(orbiert)

Verteilungskoeffizienten:
-> Flüchtigkeit: Verteilung zwischen flüssiger bzw. fester Form und Gasphase
-> Löslichkeit: Kapazität des Wasser für den Schadstoff
-> Henry-Konstante: Verteilung zwischen gasförmiger und gelösten Phase
-> Adsorption: Verteilung zwischen gelöstem und adsorbiertem Zustand

Gleichgewichtsreaktionen
-> es besteht ein Gleichgewicht zwischen dem Stoff in Phase 1 und Phase 2
-> Gleichgewicht kann sich zu einer Seite verlagern, z.B kann mehr vom Schadstoff absorbiert sein als in der Flüssigkeit oder andersrum
-> durch Gleichgewichtsreaktionen wird die Verteilung eines Schadstoffes auf die Zustandsformen bestimmt!!

-> Aussage über Bodenschutz
--> Nahezu unlösliche und nicht-flüchtige Stoffe sind heer harmlos

ökochemie und bodenschutz

9.) Welche(r) Verteilungskoeffizient(en) erlaubt eine Vorhersage der Bioakkumulation im Körperfett von Tieren und warum?

Kow- Koeffizient -> wichtigstes Beurteilungskriterium für die Anreicherungsgefahr in der Nahrungskette!
– gibt die Hydrophilie/Hydrophobie an
– wenn ein Stoff nicht hydrophil ist (wasserliebend) ist er oft lipophil (fettliebend)
– er ist dann hydrophob und Wasser drängt den unpolaren Stoff zusammen (Akkumulation)
– Konzentration in Lebewesen/ Konzentration in der Umgebung


Der n-Octanol-Wasser-VerteilungskoeffizientKow ist ein Verteilungskoeffizient für das Zweiphasensystem aus n-Octanol und Wasser.
Kow dient als Maß für das Verhältnis zwischen Lipophilie (Fettlöslichkeit) und Hydrophilie (Wasserlöslichkeit) einer Substanz. Der Wert ist größer als eins, wenn eine Substanz besser in fettähnlichen Lösungsmitteln wie n-Octanol löslich ist, kleiner als eins wenn sie besser in Wasser löslich ist.
Kow-Werte werden unter anderem zur Beurteilung des Umweltverhaltens von langlebigen organischen Schadstoffen herangezogen. Chemikalien mit hohen Koeffizienten beispielsweise neigen eher dazu, sich im Fettgewebe von Organismen anzureichern (Bioakkumulation).

ökochemie und bodenschutz

10.) Was ist eine Adsorptionsisotherme? Erläutern Sie für zwei häufig benutzte Modelle für der Quantifizierung von Adsorptionsisothermen die Aussagekraft und Realitätsnähe.

Adsorptionsisotherme zeigt die Menge des adsorbierten Substrats gegen die Konzentration
des Substrats in der Lösung an (bei konstanter Temperatur)
 = Stoffmenge adsorbiert vs Stoffmenge in Lösung

Adsorbens: im Boden i.d.R. die Festphase 

Adsorptiv: adsorbierbare Moleküle in der Flüssigphase

Adsorpt: adsorbierte Moleküle am Absorbens

1. Lineare Isotherme:
 Je höher die Konzentration in der Lösung, desto stärker werden Bindungsplätze belegt

„Konzentration“ am Adsorbens/ Konzentration in der Lösung → vereinfachen Berechnungen, häufig verwendet wenn eigentlich
komplizierte Modelle nötig sind; meist nur für niedrige Konzentrationsbereiche anwendbar
(besonders für Sorption von Gasen in Flüssigkeiten)


2. Freundlich
Verhältnis zwischen Adsorpt und Adsorbens (mol/g) inAbhängigkeit von der Konzentration des Adsorptivs in der Lösung als Wurzelfunktion:
 - mit zunehmender Konzentration des Adsorptivs nimmt die Zahl der durch dasAdsorpt belegten Bindungsplätze zu

- die relative Adsorption nimmt jedoch ab mit der Konzentration des Adsorptivs, die„besten“ = stärksten Bindungsplätze werden zunächst belegt,(die Leistungsfähigkeit des Adsorbens läßt mit zunehmender Sättigung nach.)

Problematik:

  1. die Zahl der Bindungsplätze erscheint unbegrenzt -> unrealistisch
  2. bei geringen Konzentrationen des Adsorptivs verläuft die Isotherme vielfach linear, die Abnahme der relativen Adsorptionsstärke ergibt sich erst bei höheren Konzentrationen

-> bei „mittleren“ Konzentrationen ist freundlich Gleichung eine gute Annäherung

3. Langmuir
-Isotherme: kann eine maximale Beladung der Sorptionsoberflächen abbilden
 → Ausgangsbasis für weitere Adsoprtionsmodelle; steigt erst linear an, bildet dann ein Plateau

ökochemie und bodenschutz

11.)Beschreiben Sie 2 verschiedene Formen der Henrykonstante KH mit Einheiten.

Henry Konstante gibt das Verhältnis zwischen Partialdruck des gasförmigen und der gelösten Konzentration eines Stoffes wieder

Flüchtigkeitsform: K (AW) =(Air-Water) Verteilung zwischen gasförmiger(Partialdruck) und verdünnter Lösung

Löslichkeitsform: K (WA): "" -> Einheiten zB dimensionslos mit zwei Konzentrationen (mol/l)/(mol/l)

- hoher K (AW)= Flüchtig; hoher K(WA)= Löslich


ökochemie und bodenschutz

12.)  Wieso werden unpolare organische (Schad-)Stoffe im wässrigen Bodenmillieu oft fest an die organische Bodensubstanz gebunden? Erklären Sie den Mechanismus.

- viele organische Schadstoffe werden ganz überwiegend von der organischen Substanz gebunden (unpolare Stoffe) Verteilungskoeffizient KOC : bezieht nur die organische Substanz ein.

- bei 5% organischer Substanz ist KOC20fach größer als KSW

ökochemie und bodenschutz

13.) Erläutern Sie den Oktanol-Wasser Koeffizienten (KOW) und den KOC Faktor. In welcher Beziehung stehen diese meist, welcher ist einfacher zu bestimmen?

KOW (Oktanol-Wasser) Verteilungskoeffizient der die Hydrophilie/Hydrophobie angibt: Wenn das Gleichgewicht stark in Richtung des Oktanol verschoben ist, wird der Stoff i.d.R. kaum in gelöster Form verlagert, bleibt im Humus(wenn nicht leicht flüchtig)! KOW ist wichtiges Beurteilungskriterium für die Anreicherungsgefahr in der Nahrungskette!

Der Wert ist größer als 1 wenn die Substanz besser in Fettähnlichen Stoffen lösölich ist und kleiner als 1 wenn der Stoff sich besser in polaren Stoffen wie Wasser löst

Die Beziehung zwischen KOW und KOC ist linear. Aus dem leichter bestimmbaren KOW leitet man den KOC ab

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