Ґрунтознавство

За ступенем спорідненості до води розрізняють гідрофильні (висока спорідненість) і гідрофобні (низька спорідненість) колоїди. Гідрофобні властивості ґрунтовим колоїдам, що проявляються, зокрема, у зниженій змочуваності, можуть надавати органічні речовини типу ліпідів, якщо вони покривають поверхню ґрунтових часток.

Процеси поглинання, що протікають у ґрунтах, об'єднують найрізноманітніші явища як сорбційної природи, так і не пов'язані безпосередньо із сорбцією на частинках ґрунту. Під поглинальною здатністю варто розуміти здатність ґрунту затримувати сполуки або частини їх, що знаходяться в розчиненому стані, а також колоїдально розпилені частинки мінеральної й органічної речовини, живі мікроорганізми і грубі суспензії. Сукупність компонентів ґрунту, що беруть участь у процесах поглинання, називається ґрунтовим поглинаючим комплексом (ГПК). Основну частину ГПК складають ґрунтові колоїди. Виділяють 5 видів поглинальної здатності: механічну, фізичну, фізико-хімічну (обмінну), хімічну і біологічну.

Механічна поглинальна здатність – це властивість ґрунту, як усякого пористого тіла, затримувати у своїй товщі частинки крупніші ніж система пор. При такому розумінні механічне поглинання не відносяться до розряду сорбційних процесів. Проте в останній час досліджено широке коло так званих внутрішньодифузних процесів у ґрунтах, наприклад дифузії крупних молекул органічних або органо-мінеральних сполук у порові простори ґрунтових часток, міжпакетні шари глинистих мінералів і слюд і наступним механічним (або в поєднанні з іншими силами) удержанням молекул. Оскільки дані процеси призводять до перерозподілу розчиненої речовини між фазами системи, вони безумовно можуть бути віднесені до сорбції.

Фізична поглинальна здатність являє собою зміну концентрації молекул розчиненої речовини на поверхні твердих часток ґрунту. Одним із видів фізичного поглинання є молекулярна сорбція, яка може бути обумовлена різними видами фізичної взаємодії молекул із різнорідною поверхнею твердої фази ґрунту. Добре вивчена сорбція ґрунтом дипольних молекул води, багатьох газів, органічних сполук, у тому числі пестицидів. Фізичне поглинання всіх перерахованих сполук грає важливу роль у стабілізації властивостей ґрунту, виконанням ним важливих санітарно-захисних функцій.

До фізичного поглинання відносять також негативну сорбцію ґрунтом хлоридів і нітратів, сутність якої зводиться до зниження концентрації електроліту в межах не розчинюючого обсягу молекулярно-сорбованої води, внаслідок чого концентрація електроліту в обсязі несорбованої води зростає.

Фізико-хімічна здатність складається у властивості ґрунту обмінювати деяку частину катіонів, що утримуються у твердій фазі на еквівалентну кількість катіонів ґрунтового розчину. Катіонний обмін у ґрунті протікає за схемою:

[ППК] + 5 КСl  [ППК] + СаСl2 + МgCl2 + НСl

Таким чином, під фізико-хімічним поглинанням у ґрунтах розуміють іонообмінну сорбцію або, конкретніше, обмін катіонів у ґрунтах, для якого характерна еквівалентність і повна оборотність.

Проте, якщо враховувати усі види поглинання в ґрунтах, у цей вид поглинальної здатності доцільно включити необмінне поглинання (сорбцію) катіонів на мінеральних сорбентах ґрунти внаслідок ізоморфних заміщень, а також обмінне поглинання аніонів.

Необмінне поглинання катіонів виявлено у всіх типах ґрунтів і в різному ступені проявляється, певно, для всіх катіонів. Проте найбільшою мірою необмінно сорбіруються катіони калію й амонію. Необмінне поглинання катіонів у більшому ступені виражено в сильногумусованих ґрунтів і ґрунтів важкого механічного складу.

Обмінне поглинання (сорбція) аніонів виражено в кислих ґрунтів, багатих колоїдними формами півтораоксидів або іншими, наприклад органічними, амфолитоідами. У таких ґрунтах передбачається наявність позитивно заряджених поверхонь.

Хімічна поглинальна здатність складається в утворенні важкорозчинних осадів при взаємодії окремих компонентів ґрунтового розчину. У цьому випадку має місце утворення нової твердої фази.

До цього виду поглинальної здатності доцільно віднести утворення осадів на поверхнях ґрунтових частинок при взаємодії іонів, здатних до взаємного осадження, один із яких знаходиться в поглиненому стані (наприклад, обмінно-сорбовані катіони). Така сорбція одержала назву осадової.

До хімічного виду поглинання відносять і комплексоутворювальну сорбцію полівалентних катіонів із ґрунтового розчину при їхній взаємодії із сорбованою органічною речовиною за рахунок утворення координаційних зв'язків. Процеси хімічного поглинання грають істотну роль у формуванні глиногумусових компонентів або взаємодії алюмосилікатів із гумусовими сполуками. В утворенні сполук даного типу значна роль належить і адгезіоним взаємодіям мінеральних і гумусових компонентів. Під адгезією розуміють склеювання поверхонь різноманітного складу і будови під дією різних сил.

Наведемо приклади різноманітного виду хімічної поглинальної здатності в ґрунтах.

1. Утворення нової твердої фази, наприклад, реакція в ґрунтовому розчині з фосфатом

2Al3+ + Ca (H2PO4) 2 → 2AlPO4↓ + Ca2+ + 4H+

2. Осадова сорбція фосфатів, наприклад, на поверхні важкорозчинних гідроксидів

[Al (OH) 3]n + CaHPO4 → [Al (OH) 3]n-1 AlPO4 + H2O + Ca2+ + 2OH-

 

Цей тип взаємодії грає важливу роль в утворенні органо-мінеральних колоїдів ґрунтів.

Біологічна поглинальна здатність виражається в поглинанні ґрунтовою біотою і коренями рослин речовин із ґрунтового розчину. Процеси біологічного поглинання, змінюючи концентрацію і склад ґрунтового розчину, істотно впливають на численні сорбційні рівноваги, що складаються в ґрунті, і стан сорбційного комплексу ґрунту.

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