Природа та види поглинальної здатності ґрунтів

На початку XIX ст. італійці Ламбрушіні й Герцері провели дос­лідження з поглинання грунтом поживних елементів із розчину, а та­кож забарвлених і пахучих речовин. Пізніше Гекстебль і Томсон вия­вили поглинання грунтом аміачних та інших солей, яке супроводжу­валося переходом у розчин кальцію. Це були передумови для ґрун­товних досліджень англійця Уея. Він довів, що при пропусканні через ґрунт солей калію й амонію ці основи поглинаються, а кислотні за­лишки залишаються в розчині, з'єднуючись з еквівалентною кількістю кальцію. Поглинальною здатністю володіє перегній і особливі міне­ральні сполуки цеоліти - розчинені в соляній кислоті силікати.

Пізніше К.К. Гедройц провів свої фундаментальні дослідження, на основі яких опублікував "Вчення про поглинальну здатність грунтів" (1922) і "Ґрунтовий поглинальний комплекс і ґрунтові ввібрані катіони, як основа генетичної класифікації грунтів" (1925). Крім того, вчення про поглинальну здатність грунтів додатково розроблено у наукових працях Г.Вігнера, С.Маттсона, М.І.Горбунова, О.Н.Соколовського.

Поглинальною здатністю грунту називається його властивість обмінно чи необмінно поглинати різні тверді, рідкі й газоподібні речовини або збільшувати їх концентрацію на поверхні ґрунто­вих колоїдних частинок.

К.К.Гедройц виділив п'ять її видів:

1. Механічна поглинальна здатність - це властивість ґрунтів поглинати

тверді частинки, що надходять із водним або повітряним потоком, розміри яких перевищують розміри ґрунтових пор. Вода при цьому очищається від завису, що дозволяє використати ґрунт для очищення питних і стічних вод. При будівництві зрошувальних систем властивість ґрунтів поглинати тверді частинки використо­вується для замулювання дна і стінок каналів із метою зменшення фільтрації (кольматаж каналів, водосховищ).

2.Хімічна поглинальна здатність - зумовлена утворенням внас­лідок проходження хімічних реакцій у грунті важкорозчинних сполук, які випадають із розчину в осад. Катіони і аніони, які надійшли до ґрун­ту затмосферними, поливними і ґрунтовими водами, утворюють із солями ґрунтового розчину нерозчинні або важкорозчинні сполуки:

[ГПК]Са²⁺+ Na2S04 -> [ΓΠΚ12Ν₃⁺ + CaS0₄i;

[ГПК]Са²⁺ + 2NaHC0₃ -> [ΓΠΚ]2Ν3+ + CaC0₃i;

А1(ОН)₃ + H₃P0₄ -> AlP0₄i+ 3H₂0.

3. Біологічне поглинання спричиняється здатністю живих організмів (корені рослин, мікроорганізми), які живуть у грунті, по­глинати різні елементи. Живі організми володіють вибірковою здат­ністю до елементів живлення.

4. Фізична поглинальна здатність - здатність грунту збільшу­вати концентрацію молекул різних речовин на поверхні тонкодис-персних частинок. Поверхнева енергія таких частинок виникає на границі дотику дисперсної фази з дисперсним середовищем і прагне до скорочення. Це реалізується шляхом: а) скорочення поверхні збільшених частинок або б) зменшення поверхневого натягу внаслі­док адсорбції на поверхні частинок деяких речовин. Речовини, які знижують поверхневий натяг, називаються поверхнево-активними (органічні кислоти, алкалоїди, велика кількість високомолекулярних сполук). Вони притягуються до поверхні тонкодисперсних частинок, тобто виявляють позитивну адсорбцію. Багато мінеральних солей, кислот, лугів підвищують поверхневий натяг води, викликаючи яви­ще від'ємної адсорбції, при якій концентрація цих речовин зменшуєть­ся з наближенням до поверхні частинки.

5. Фізико-хімічна, або обмінна поглинальна здатність -здатність грунту поглинати і обмінювати іони, що знаходяться на поверхні колоїдних частинок, на еквівалентну кількість іонів розчи­ну, що взаємодіє з твердою фазою грунту. Ця властивість грунту зумовлена наявністю у його складі так званого ґрунтового погли-нального комплексу (ГПК), зв'язаного з ґрунтовими колоїдами.

Головним механізмом фізико-хімічної, або обмінної поглиналь-ної здатності грунтів є процеси сорбції. Обмінна сорбція катіонів -це здатність катіонів дифузного шару ґрунтових колоїдів обмінюва­тися на еквівалентну кількість катіонів навколишнього розчину. Обмінними катіонами у грунті звичайно є: Са^:+, Mg²⁺, K⁺, Na⁺, АР, Mn^:+, Fe²⁺, Fe³⁺, H⁺. Головні закономірності сорбції катіонів:

1) еквівалентність обміну між поглинутими катіонами та катіона­
ми взаємодіючого розчину.

2) енергія поглинання катіонів у ряді різновалентних іонів
збільшується з підвищенням валентності іона:

Li ⁺ <Na⁺<K<NH₄<Cs ⁺ «Mg²⁺<Ca²⁺ «Al,⁺ <Fe³⁺.

Під енергією поглинання розуміють відносну кількість поглинан­ня катіонів ґрунтами при одній і тій самій концентрації в розчині.

3) енергія поглинання визначається радіусом не гідратованого іона: чим менший радіус, тим слабше зв'язується іон. Це пояснюється більшою щільністю заряду, а значить, і більшою гідратованістю іона. Гідратні оболонки зменшують їх чутливість до електростатичного тяжіння.

Усередині рядів іонів однієї валентності енергія поглинання збільшується з підвищенням атомної маси та атомного номера.

Ґрунти здатні сорбувати також і аніони. Сорбція аніонів зале­жить від заряду, будови і хімічних властивостей ґрунтового погли-нального комплексу. Сорбція аніонів викликається позитивним за­рядом колоїдних часток гідроксидів заліза, алюмінію. За здатністю сорбуватись на ґрунтових частинках аніони розміщуються так: СІ ~ NO," < SO,²" « P O / < SiO/-< ОН .

3 4 4 4

При збільшенні в грунтовому поглинальному комплексі алю­мінію, заліза і в присутності відколів ґрунтових мінералів, при зни­женні pH середовища сорбція аніонів збільшується.

Аніони С\ і N03 практично не поглинаються ґрунтом. У по­глинанні аніонів велику роль відіграють процеси солеутворення. При взаємодії розчинних солей утворюються нові нерозчинні у воді солі (сульфати, карбонати, фосфати), які переходять у тверду фазу. Так поглинаються ґрунтом іони Н₂Р0₄~, НР0₄²~, Р0₄³_. Та механізм по­глинання ґрунтом фосфат-іонів складний і різноманітний.

Поиск по сайту: