Т. Р. Рыспеков, Б. Д. Балғышева
Топырақтардағы сіңірілуі үдерістері. Топырақтың сіңіру кешенінің (ТСК) құрамы мен құрылымы. Топырақтың сіңіру қабілетінің түрлері
жүктеу/скачать 0,83 Mb.
|
treatise140794
| 1.8. Топырақтардағы сіңірілуі үдерістері. Топырақтың сіңіру кешенінің (ТСК) құрамы мен құрылымы. Топырақтың сіңіру қабілетінің түрлері
Табиғи ортаны зерттеген кезде біз егжей-тегжейлі зерттелінген үлкен әрі алуан түрлі материалға жолығамыз. Топырақ күрделі үш фазалы жүйе (газды, сұйық, қатты) ретінде табиғаттың зерттеудің мол қорына ие. Топырақта жүретін функционалды үдерістердің бір бөлігі химиялық терминдерді, заңдарды және химиялық реакция теңдеулерін қолдана отырып, сипатталынады. Коллоидты химияның көптеген түсініктері мен заңдылықтары топырақ коллоидтары мен топырақтардың сіңіру қабілетін зерттеу кезінде сәтті қолданылды. Осыларды топырақтануда қалай жүретінін түсіндіруге болады. Мысалы, топырақтағы реакцияның теңдеуін өрнектеу үшін [ТСК2-]Са2+белгілеулері мен қосылған затты қолданады. Топырақтың ерітіндіден әр түрлі затардың иондары мен молекулаларын сіңіру және оларды ұстап тұру қабілеті оның сіңіру қабілеті деп аталады. Бұл қабілет әр түрлі топырақтардың топырақты коллоидтарының құрамы мен құрылымының алуан түріне байланысты. Топырақтардың физикалық-химиялық немесе алмастыру, сіңіру қабілетінің негізгі механизмі сорбция үдерісі болып табылады. Н+ немесе Н3О+ (оксоний) ионы аномальді берік сіңіріледі, оның шағын өлшеміне және көптеген аниондарымен әлсіз диссоциацияланған қосылысты беру қабілетіне байланысты. Сіңіру қатарында тұрақты қалыпта Н+ жоқ, себебі, оның сіңірілуі көбінесе қатты фазаның (сорбенттің) құрамына байланысты. Сорбент ионы мен электролитті ионының алмасу үдерісі 5 сатыдан тұрады (Р. Гельферих, 1968): 1 – ерітіндіден ығыстыратын ионның қатты фаза бетіне жылжуы; 2 – қатты фазаның ішінде ығыстыратын ионның алмасу нүктесіне дейін жылжуы; 3 – қосарлы алмасудың химиялық реакциясы; 4 – қатты фаза ішіндегі ығыстыратын ионның алмасу нүктесінен бетіне қарай жылжуы; 5 – ығыстыратын ионның беттен ерітіндіге қарай жылжуы. Топырақтардағы катионды алмасудың жылдамдығы негізінен ішкі диффузды үдерістермен анықталады. Жоғары сіңіру энергиясына ие катиондар сіңірілетін жағдайда берігірек ұсталады және қиынырақ орын ауыстырады. Сіңірілген катиондардың 75-85%-ы бірінші 3-5 минутта десорбциацияланады, сосын күрт баяулайды және 2-3 тәулікке дейін жалғасады. Топырақтан ығыстырылып шығарылуы мүмкін барлық сіңірілген (алмасқан) катиондардың жалпы санын жұту сыйымдылығы немесе катионды алмасудың сыйымдылығы (КАС) деп аталады және 100 г топырақтағы миллиграмм-эквиваленттерде өрнектеледі. КАС топырақтағы коллоидты және коллоид алды фракцияның мөлшеріне, олардың беттерінің құрылымына, топырақтың сіңіру кешенінің табиғатына, орта реакциясына тәуелді. Коллоидты және коллоид алды бөлшектердің сіңіру кешенінің құрамына кіретін дисперсиялық дәрежесі артқан кезде катиондардың сіңіру сыйымдылығы артады. Топырақтың сіңіру кешенінің органикалық бөлігі минералдыға қарағанда елеулі түрде үлкен сіңіру сыйымдылығына ие. Монтмориллонитті топ минералдарының жоғары сіңіру сыйымдылығы ылғалдандыру кезінде аралық тегіс кеңістіктердің кеңеюіне және аралық тегіс кеңістіктерде орналасқан катиондардың өзара әрекет ететін ерітінділердің катиондарына алмасуына байланысты. Топырақтың сіңіру кешенінің құрамы мен құрылымы. ТСК-нің құрамына топырақты коллоидтар, яғни, коллоидтар қасиеттеріне ұқсас бірқатар қасиеттерге ие, алайда неғұрлым аз физикалық-химиялық сіңіру қабілетіне ие 0,00025 мм-ден аз бөлшектер және 0,001 мм-ге дейінгі ірі бөлшектер кіреді. Топырақты коллоидтар органикалық, минералды және органикалық-минералды деп бөлінеді. Органикалық коллоидтар көбінесе қарашірікті заттармен (қарашірікті қышқылдар, фульвоқышқылдар және олардың тұздары) көрсетілген. Минералды коллоидтардың құрамына кристалды қосылыстар, негізінен балшықты минералдар (каолинитті және монтмориллонитті топтар мен гидрослюдалар тобы) да, аморфты да (кремний қышқылы, жартылай оксидтер және т.б.) кіреді. Органикалық коллоидтар мен балшықтар минералдарының катиондарды алмаспалы сіңіру қабілеті олардың теріс зарядына байланысты. Темір мен алюминийдің гидрооксидтері оң зарядқа ие. Қалған топырақты коллоидтар теріс зарядталған. Сондықтан көптеген топырақтардың катиондарды алмаспалы сіңіру қабілеті аниондарды сіңіруіне қарағанда күштірек көрсетілген. Органикалық коллоидтарда (қарашірікті заттарда) теріс заряд пен катиондардың алмаспалы сіңіруіне қабілеті оларға қышқылды (ацидоидты) қасиеттер беретін карбоксильді топтармен (СООН) және фенолды гидроксильді (ОН) топтармен байланысты; олардағы сутек басқа катиондармен ауыстырылған. Гумин қышқылы молекуласындағы төрт карбоксильді топ Н+ иондарын диссоциациялауы және оларды рН-тың әр түрлі мәндерінде басқа катиондарға алмастыра алады – Н+ бірінші ионы рН 4,5 болғанда, екіншісі – рН 7, үшінші мен төртіншісі – рН 9 және одан жоғары болғанда орын алмасады. Фенолды гидроксильдердегі сутек тек күшті сілтілік ортада реакциялар кезінде негіздермен ығыстырыла алады. Сәйкесінше, алмаспалы сіңірудегі қышқыл және бейтарап реакциялар кезінде гумин қышқылы молекуласының екі карбоксильді тобы ғана қатысады. Олардағы сутек рН 7-ден төмен болғанда ұсақталуға және сәйкес гуматтарды түзе отырып, басқа катиондармен (мысалы, Са2+) орын алмасуға қабілетті. Топырақты ерітіндімен өзара әрекеттесу кезінде қарашірікті заттармен байланысты негіздер басқа кез келген катиондарға ауыса алады: СОО СООК R Ca + 2KCl ↔ R + CaCl2 COO COOК жүктеу/скачать 0,83 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|