Sorptionsverbindungen

Sorptionsverbindungen sind chemische Spezies, die sich bilden, wenn ein zu sorptierendes Molekül (das Sorbat) an der Oberfläche eines Sorbens chemisch bindet. Im Gegensatz zu rein physikalischer Adsorption, die vor allem durch van-der-Waals-Kräfte oder elektrostatische Anziehungen getragen wird, beinhalten Sorptionsverbindungen direkte Bindungen zwischen dem Sorbat und funktionellen Gruppen der Oberflächenmaterie. Dadurch weisen sie oft veränderte chemische Eigenschaften und geringere Desorptionsneigung auf.

Sie lassen sich typischerweise in Inner-Sphere- und Outer-Sphere-Komplexe unterteilen. Inner-Sphere-Komplexe entstehen durch direkte Koordination oder Brückenbindungen zwischen dem Sorbat und Oberflächenionen (z. B. Hydroxid-Gruppen auf Tonmineralen oder Eisenoxiden). Beispiele sind Metallkationen wie Zn2+, Pb2+ oder As(V), die an Fe- oder Al-OH-Oberflächen stark kovalent gebunden werden. Outer-Sphere-Komplexe beruhen auf elektrostatischer Wechselwirkung, ohne direkte chemische Bindung, und sind gewöhnlich stärker reversibel. Auch organische Sorptionsprozesse können zu Sorptionsverbindungen führen, etwa wenn funktionelle Gruppen kovalent an eine Oberfläche gebunden werden.

Typische Einflussfaktoren sind pH-Wert, Ionenstärke, Konkurrenz durch andere Liganden und die Beschaffenheit der Sorbens-Oberfläche. Sorptionsverbindungen beeinflussen die Mobilität und Verfügbarkeit von Contaminanten, z. B. Metallionen oder Phosphate in Böden und Grundwasser, und spielen eine Rolle bei Umwelt- und Bodenprozessen sowie in der Katalyse und Materialkunde. Die Identifizierung erfolgt mit Spektroskopie, Röntgenabsorptionsspektroskopie, FTIR oder Oberflächenmodellierungen (z. B. Surface Complexation Models).