4.3. Фізико-хімічне вбирання
Фізико-хімічне (обмінне) вбирання іонів відбувається на поверхні колоїдних міцел, які входять до складу ґрунтового колоїдного комплексу (ГКК). Суть його можна передати схемою:
[ҐКВК] Сa2+Mg2+Na+ + 5 KCl → [ҐКВК] 2К+2К+К+ + СaCl2 + MgCl2+ NaCl
Катіони вбираються колоїдним комплексом ґрунту обмінно: катіони, які знаходяться у ввібраному стані, переходять до ґрунтового розчину, а катіони з ґрунтового розчину — у ввібраний стан.
4.3.1. Закономірності фізико-хімічного вбирання
При обмінному вбиранні ґрунтом вбираються переважно катіони: заряд колоїдних частинок у більшості ґрунтів (за винятком червоноземів субтропіків і тропіків) від’ємний, а у катіонів — позитивний.
Обмінне вбирання катіонів відбувається в еквівалентній кількості.
Енергія вбирання різних катіонів залежить як від властивостей адсорбенту, так і від характеру катіонів. Одновалентні катіони (Na+, K+) вбираються і утримуються ґрунтом гірше за двовалентні (Mg2+, Ca2+), двовалентні — гірше за тривалентні (Аl3+, Fe3+). На енергію вбирання катіонів впливає також величина атомної маси іону.
Особливістю вбирання катіонів ґрунтом є своєрідна, порівняно зі звичайними гетерогенними реакціями, залежність від концентрації розчину, який реагує з ґрунтом, а при незмінній концентрації — від кількості розчину. В цих двох випадках немає прямої пропорційної залежності. Наприклад, при витисненні ввібраних катіонів з ґрунту одним і тим же розчином NH4Cl, але різної концентрації, порівняно з 0,01 н розчином буде витіснятися катіонів не в 10 разів більше, а значно менше. Чим нижче концентрація розчинів, тим вище вбирання катіонів і навпаки. При послідовному промиванні ґрунту розчином NH4Cl найбільша кількість амонію вбирається на початку процесу та найбільша кількість кальцію витісняється першими порціями цього розчину.
Характерною рисою будь-якої реакції є швидкість, яка залежить від ступеня дисоціації сполук, що реагують між собою. У явищах вбирання протікає гетерогенна реакція, де тверда фаза нерозчинна у воді, але процес вбирання відбувається настільки швидко, немов в ньому реагують майже повністю дисоційовані сполуки.
Явища вбирання не дають хімічних сполук, які б відповідали певній формулі.
Енергія вбирання залежить не тільки від властивостей катіона, який вбирається, але й від властивостей самого ґрунту.
4.4. Хімічне вбирання
Хімічне вбирання (закріплення аніонів у ґрунті). Прикладом хімічного вбирання є вбирання (точніше зв’язування) аніона PO4 3- катіонами кальцію, заліза, алюмінію внаслідок вторинних процесів, які відбуваються за схемою:
[ҐКВК]Cа2+ + NaH2PO4 → [ҐКВК] Na + CaHPO4 Ca3(PO4)2 Ca(H2PO4)2
Схема свідчить, що після взаємодії з розчинним фосфатом натрію кількість фосфорної кислоти в розчині зменшується, але не через вбирання її аніона поверхнею міцел, а лише завдяки вторинній реакції з кальцієм, витісненим з ґрунту, та утворенню при цьому важкорозчинних сполук фосфатів кальцію. Біологічне вбирання — засвоєння рослинами та мікроорганізмами елементів живлення з ґрунту. Засвоєні зольні елементи і азот акумулюються рослинами та мікробами в синтезованій ними органічній речовині і цим запобігають втратам з ґрунту, принаймні на період життя одного покоління організмів. Рослинність, асимілюючи величезну кількість розчинних і важкорозчинних поживних речовин ґрунту, запобігає їх подальшому вимиванню та навіть підтягує до верхніх шарів ґрунту вимиті сполуки, збагачуючи ними ґрунт.
Таблиця 4. Склад обмінно-увібраних катіонів торф’яно-болотного солончакового ґрунту
Генетичний горизонт |
Глибина, см |
Уміст обмінно-увібраних катіонів, мг-екв/100 г ґрунту |
Н гідр. мг-екв/100 г ґрунту |
|
Ступінь насиче- ності ос- новами, % |
Ступінь насиче- ності кальцієм, % |
||||||||
Ca2+ |
Mg2+ |
K+ |
Na+ |
Сума |
|
|
|
|
||||||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
||||
T1hks |
0-18 |
1,62 |
1,08 |
0,06 |
1,55 |
4,31 |
5,29 |
1,5 |
45 |
38 |
||||
T2(h)ks |
19-60 |
3,13 |
1,28 |
0,06 |
0,5 |
4,97 |
8,11 |
2,45 |
38 |
63 |
||||
DGlks |
61-115 |
3,18 |
1,59 |
0,1 |
0,87 |
5,74 |
0,68 |
2 |
89 |
55 |
||||
