Основні закономірності сорбційних процесів у ґрунтах

Розгляд можливих типів сорбційних взаємодій у ґрунтах показує, що грунт дуже складний поліфункціональній сорбент, на якому та ж сама речовина або іон може сорбуватися одночасно по декількох типах взаємодії. Це ускладнює як експериментальне дослідження сорбційних процесів у ґрунтах, так і застосування до ґрунтів відомих із фізичної і колоїдної хімії закономірностей для різноманітних видів сорбції. Все ж таки можливо встановлення деяких загальних закономірностей сорбції в ґрунтах, доцільності введення ряду кількісних параметрів, що характеризують сорбційні процеси. Для кількісної характеристики сорбції в ґрунтах використовують ряд показників.

Сорбційна ємність ґрунтів - максимальна кількість речовини, здатна сорбуватися ґрунтом. Через поліфункціональність ґрунту як сорбенту його сорбційна ємність буде неоднакова до різноманітних речовин, включаючи катіони. Наприклад, К⁺ одночасно може поглинатися за обмінним і необмінним типом, Nа⁺ - переважно обмінно, Zn²⁺ - за обмінним типом, а також за типом комплексоутворювальної і осадової сорбції. Тому поняття сорбційної ємності варто застосовувати до конкретних речовин або іонів.

Сорбційна ємність може досягати величезних значень для речовин, здатних до осадового поглинання за рахунок розчинення ґрунтових сполук і утворення термодинамічно більш стійких осадків з іоном, що надходить у грунт. Наприклад, взаємодія гіпсу з розчинним фосфатом, що йде за схемою

3CaSO₄ + 2HPO₄^2- → Ca₃(PO₄)₂ ↓+ 3SO₄^2- + 2H⁺,

може протікати аж до повного переходу гіпсу у фосфат.

Ємність катіонного обміну (ЄКО) - максимальна кількість катіонів, утримувана ґрунтом в обмінному стані. Це відносно стабільна величина для кожного ґрунту, проте і вона залежить від рН внаслідок амфолітоідності деякої частини ґрунтових поверхонь, а також від природи іонів, що беруть участь в обмінному поглинанні. У зв'язку з цим необхідна стандартизація методу визначення ЄКО. Поширений стандартний метод - визначення ЄКО по кількості поглиненого іона Ва²⁺ із буферного розчину при рН 6,5.

ЄКО залежить від типу ґрунту, утримання основних катіонопоглинаючих компонентів (глинисті мінерали, органічна речовина), гранулометричного складу і варіює в дуже широких границях. Можна зазначити лише переважні значення ЄКО для різноманітних ґрунтів.

Селективність іонного обміну. За інших рівних умов (концентрації в еквівалентних одиницях, рН і т.ін.) той самий грунт поглинає з розчинів, що містять суміш різноманітних іонів, неоднакові кількості як катіонів, так і аніонів. В основному витримується закономірність, відповідно до якої велику спорідненість до ґрунту мають іони з більш високим зарядом і з більшою масою. Почасти цю закономірність пояснюють характером гідратації і радіусом гідратованих іонів, хімічною спорідненістю, особливо для аніонів, і іншими причинами. У більшості типів ґрунтів наводять такі ряди катіонів і аніонів по зростанню здатності до обмінного поглинання:

Na⁺ < NH⁴⁺ £ K⁺ < Mg²⁺ £ Ca²⁺ < H⁺ < Al³⁺;

Cl^- » NO₃¯ < SO₄^2- < PO₄^3- (HPO₄^2-, H₂PO₄^-).

Проте ці ряди не є універсальні і можуть змінюватися в різноманітних ґрунтах і в залежності від умов - рН, температури, концентрації і т.ін.