В катионите, представляющем собой гелеобразную систему, состоящую из крупных мицелл, обмен ионов обусловлен двумя одновременно протекающими процессами: сорбцией катионов из умягчаемой воды на твердой фазе катионита и десорбцией вытесняемых катионов из мицелл катионита в воду. Обмен катионов происходит в строго эквивалентных соотношениях. Энергия вхождения различных катионов в катионит по величине их динамической активности может быть охарактеризована для одинаковых условий следующим рядом: Ыа+ < 1МН4+ «с К+ сМ?2+<:Са2+, то есть чем больше заряд катиона, тем больше его энергия вхождения в катионит. Для катионов одинаковой валентности энергия вхождения зависит от степени их гидратации. Что касается энергии вхождения иона водорода в катион, то она в 17 раз больше, чем у N3+, и в 4 раза больше, чем у Са2+.[ ...]
Состав обменных катионов зависит от типа почвообразования, состава материнской породы, иногда от состава грунтовых вод, если последние залегают близко к поверхности. Состав поглощенных катионов пахотных почв в определенной степени можно регулировать с помощью средств химизации в направлении повышения плодородия.[ ...]
Состав обменных катионов в верхней неразложившейся и. слаборазложившейся части подстилки довольно однороден на всех участках. Содержание поглощенного Са понижено под лесом (проба 2). Под луговиком на 2-летней вырубке (проба 3) отмечена несколько пониженная по сравнению с другими участками насыщенноость основаниями.[ ...]
Анализ обменных катионов. В почвах, кроме химических элементов, жестко закрепленных в составе минералов и растворенных в почвенном растворе, имеются элементы сорбированные на поверхности дисперсных, преимущественно коллоидных, частиц (диаметр меньше 0,0001 мм), представляющих почвенный поглощающий комплекс (ППК). Они обмениваются с химическими элементами почвенного раствора и находятся в равновесии с актуальными природными условиями Так, в стенных и сухостепных почвах основными в поглощающем комплексе являются катионы Са2+, К 2+, М;Г и К+, а в лесных почвах вместо Кат могут появляться ионы водорода и алюминия. Состав ППК может изменяться после погребения.[ ...]
В почве обменные катионы могут переходить в необменное состояние несколькими путями [28]: вследствие биологического и химического поглощения, образования новых минералов, которые будут удерживать катионы в решетке, и путем «старения» и кристаллизации гелей при высушивании. Поглощение магния живыми микроорганизмами носит временный характер, и, по-видимому, размер этого поглощения относительно невелик.[ ...]
В состав обменных катионов, как правило, входят в небольших количествах обменный алюминий и водород.[ ...]
В составе обменных катионов под луговиком на 2-ле-тней вырубке обнаруживается заметное уменьшение доли обменного Са, по-видимому, в связи с повышенной его подвижностью и расходованием оснований развивающимся луговиком. В целом для пробы 3, вследствие заметно проявляющегося здесь в условиях повышенного увлажнения анаэробного процесса разложения подстилки, имеет место увеличение доли обменного водорода и алюминия и снижение в связи с этим насыщенности основаниями.[ ...]
Поскольку обмен катионов у каолинита совершается только на внешней поверхности микрокристаллов, то обменное поглощение увеличивается по мере уменьшения размера частиц: чем они мельче, тем больше их поверхность. У минералов монтмориллонитовой группы обмен катионов происходит не только на поверхности, но и внутри микрокристаллических частиц, в меж-пакетных промежутках. Поэтому у них способность к обменному поглощению с уменьшением размера частиц возрастает слабее. Реакции обмена катионов у минералов каолинитовой группы идут быстрее, но поглотительная способность их, даже при высокой степени дисперсности, значительно меньше, чем у минералов монтмориллонитовой группы.[ ...]
Таким образом, катионит, обогащенный обменными катионами натрия вновь получает способность умягчить жесткую воду.[ ...]
Реакции обмена катионов при взаимодействии почвы с раствором протекают с большой скоростью, равновесие устанавливается очень быстро в течение нескольких минут. Объясняется это тем, что обмен катионов происходит в основном на поверхности мелкодисперсных частиц почвы. Скорость реакции обмена обусловливает быстрое поглощение в почве катионов, внесенных с растворимыми удобрениями (азотными и калийными), на катионы, ранее поглощенные почвой (Са”, Мй” и др.). Правда, в естественных условиях, когда объем почвенного раствора по отношению к твердой фазе почвы невелик, достижение полного равновесия при реакции обмена катионов, как показали исследования Н. И. Горбунова и других, замедляется. Но практически и в этих условиях равновесие наступает (во влажной почве) в течение короткого срока.[ ...]
Для вытеснения обменных катионов из ППК используются растворы хлористого аммония, хлористого натрия, хлористого калия и уксуснокислого аммония.[ ...]
Не только разные катионы, но и один и тот же катион поглощается почвой и удерживается в ней с неодинаковой силой. Так, при обработке почвы раствором КН4С1 первые порции содержащегося в ней обменного кальция вытесняются сравнительно быстро, а последние — очень медленно. Согласно исследованиям Н. И. Горбунова, 80—85% суммы обменных катионов вытесняются из почвы сравнительно легко, а 15—20% очень прочно удерживаются в поглощенном состоянии. Чем выше насыщенность почвенного поглощающего комплекса тем или иным катионом, тем легче он переходит в раствор. Растениям более доступны катионы, которые легче вытесняются в раствор из твердой фазы почвы. Различная прочность связывания и неодинаковая подвижность поглощенных почвой катионов обусловлена составом и строением сорбирующих частиц. Разные составные части поглощающего комплекса удерживают катионы неодинаково.[ ...]
Состав поглощенных катионов (ПК) почв и глинистых отложений плейстоцена имеет специфические особенности. Емкость обмена серых лесных почв минимальна; в среднем она составляет 18,3 мг-экв/100 г, при крайних значениях 8,5—30, иногда (в гумусовом горизонте) до 40— 45 мг-экв/100 г (рис. 14). В составе обменных катионов доминирующими являются кальций (24-97%) и магний (7,7-75,7%). Доля натрия и калия не превышает 10% (39,5 мг/100 г), обычно она составляет 2—4% (15— 20 мг/100 г). Отношение гСа+2/(г!Ча+ + гК+) варьирует от 4,6 до 38,7 (в среднем 20,5).[ ...]
Как говорилось выше, обмен катионов происходит не только на поверхности коллоидных частиц, (экстрамицеллярпый обмен), но и внутри частиц, обладающих микропорозйостью (интрамицеллярный обмен). Минералы группы каолинита, имеющие незначительное свободное расстояние между пакетами кристаллической решетки (2,8 А), поглощают катионы только наружной поверхностью кристалла. У минералов же группы монтмориллонита свободное пространство между пакетами значительно больше (в сухом состоянии 9,4 А, при набухании возрастает до 21 А), что делает возможным проникновение в это пространство даже сравнительно крупных ионов. Катионы, поглощенные интрамицеллярно, по-видимому, труднее вытесняются в раствор в обмен на другие катионы.[ ...]
Влияние поглощенных (обменных) катионов на сорбцию фенолов явно связано со способностью последних образовывать с катионами различных металлов комплексные соединения. Если в образовании таких соединений участвуют свободные катионы почвенного раствора, то могут возникать растворимые комплексы и в таком виде многие металлы, в том числе переходные (или тяжелые металлы), активно мигрируют в почвенном профиле и в ландшафте. Почва при этом освобождается от загрязнения тяжелыми металлами, хотя природные воды испытывают вторичное загрязнение. В этом также проявляется противоречивость многих почвенно-химических процессов.[ ...]
Общее содержание всех обменных катионов, кроме Н+ и А13 +, называют суммой обменных оснований. В зависимости от наличия в составе ППК ионов водорода и алюминия различают почвы насыщенные (Н+ и А13+ отсутствуют) и ненасыщенные основаниями.[ ...]
В почвах, имеющих много обменных катионов кальция и магния и высокую буферность, подвижность марганца снижается. Это имеет место на черноземных почвах. Но на подзолистых почвах с малой подвижностью кальция и магния и низкой буферностью подвижность марганца возрастает. При кислой реакции, недостаточной аэрации и сильном увлажнении почвы или в присутствии сероводорода или редуцирующих продуктов обмена веществ микроорганизмов доля 2-валентного марганца возрастает. Концентрация марганца в почвенном растворе может быть столь высокой, что у растений возникают повреждения. При реакции же от нейтральной до слабощелочной и сильном иссушении почвы равновесие смещается в пользу более высоковалентных форм марганца и тем самым ухудшается обеспечение им растений.[ ...]
Метод основан на вытеснении обменных катионов из почвы раствором хлористого бария и последующем определении поглощенного бария, эквивалентного емкости поглощения, по реакции с титрованным раствором серной кислоты.[ ...]
Снижение жесткости воды методом катионного обмена основано на способности некоторых природных или искусственных веществ, практически нерастворимых в воде, обменивать находящиеся в их составе ионы Ыа+ и Н+ на ионы Са2+ и Л 2+, обусловливающие жесткость воды. Процесс обмена катионов рассматривается в настоящее время как обратимая гетерогенная химическая реакция, протекающая на поверхности твердой фазы катионита. Обмен катионов происходит в строго эквивалентных соотношениях. Скорости реакции обмена ионов катионита и достижения полного равновесия весьма велики. Благодаря этому допустимы большие скорости фильтрования умягчаемой воды через катиониты.[ ...]
При умягчении добавочной воды натрий-катион и р о в а н и ем или водород-к атиониро в анием фильтрованием воды через слой зернистого материала-катионита происходит обмен катионов натрия №+ или водорода Н+ на содержащиеся в воде катионы кальция Са+2 и магния Мд2+ в результате чего вода лишается растворенных в ней солей жесткости. В умягченной воде остаются лишь натриевые соли, обладающие большой растворимостью и не образующие вследствие этого карбонатных отложений в системе. Количество анионов, содержащихся в умягченной воде (С1 , НС0 ",802 и др.), при натрий-катионировании остается практически неизменным; при водород-катионировании содержание в воде сульфатного иона ЗО2- возрастает эквивалентно количеству введенной серной кислоты.[ ...]
Основная характеристика катионита — его обменная способность или емкость, определяющая количество катионов, которые может обменить катионит в течение одного цикла. Емкость катионита выражается в грамм-эквивалентах катионов, задержанных на 1 м3 катионита, находящегося в рабочем состоянии и разбухшего после пребывания в воде. Говоря о емкости катионита, следует различать две емкости — полную и рабочую.[ ...]
Сущность метода заключается в извлечении обменных катионов водорода и алюминия из почвы раствором хлористого калия концентрации 1 моль/дм" при соотношении почвы и раствора 1 : 2.5 и последующем потенциометрическом титровании фильтрата гидроокисью натрия до pH 8,2.[ ...]
Сущность процессов катионирования состоит в обмене катионов жесткости на катионы Кта+ или Н+ при фильтровании воды через слой катионита.[ ...]
Вместо ненасыщенности можно было бы говорить об «обменной кислотности», так как здесь речь идет о кислотности, возникающей в растворах нейтральных солей благодаря обмену катионов этих солей на водород (или алюминий) поглощающего комплекса. Понятие же «гидролитическая кислотность» не является вполне определенным, так как величина его будет зависеть от степени щелочности того раствора, с помощью которого мы будем насыщать почву основаниями.[ ...]
Это свойство почвы связано с наличием в пей частиц почвенного поглощающего комплекса — это мелкодисперсная коллоидная часть почвы, смесь минеральных (алгомосиликатных) п органических (гумино-кых) соединений. На их поверхности в адсорбированном (поглощенном) состоянии находятся катионы. Некоторая часть коллоидов почвы в определенных условиях может быть заряжепа положительно, поэтому на них в поглощенном адсорбированном состоянии будут находиться анноны. Обменные катионы в анионы — это одапт из важнейших источников питания для растений. Катионы и анионы, находящиеся в поглощенном состоянии па частицах почвенного поглощающего комплекса, могут обмениваться на иопы, адсорбированные на поверхности клеток корня. Особенно успешно проходит этот процесс при тесном контакте между коллоидами почвы и клетками корпя (контактный обмен). Доступность поглощенных катионов зависит от ряда условий: 1) от степени насыщенности почвы дапным катионом. Чем относительно больше данного катиона (по отпошеишо ко леем другим поглощенным катионам) находится в почве, тем с мепь-шей силой он удерживается и легче поступает в клетки корпя; 2) от насыщенности данным катионом поверхности клеток корпя растения. Чем больше эта насыщенность, тем меньше способность клеток корня к его поглощению. Насыщенность клеток катионом зависит от быстроты его продвижения внутрь растения, а также от скорости его использования. Чем интенсивнее процессы обмепа веществ в растении, чем больше его темпы роста, тем выше его способность к поглощению катионов; 3) от содержания воды в почве. Показано, что обмен ионов между коллоидами почвы и клетками корпя осуществляется легче в том случае, когда поверхность соприкосновения увлажнена.[ ...]
Как отмечалось выше, катионитовый метод умягчения воды основан на способности катионита заменять обменный катион другими катионами, находящимися в воде (рис. 303). Работа установки по катионированию воды состоит из следующих процессов: умягчения воды, осуществляемого фильтрованием через слой катионита, взрыхления катионита пропусканием воды снизу вверх с интенсивностью 3—7 л/с • м2 для предотвращения его слеживания, регенерации катионита и отмывки его от продуктов регенерации и остатков регенерационного раствора.[ ...]
Таким образом, под физико-химическим поглощением в почвах К. К. Гедройц понимал ионообменную сорбцию или, конкретнее, обмен катионов в почвах, для которого характерны эквивалентность и полная обратимость.[ ...]
Ряд исследователей (Соколовский, 1938; Ковда, 1963, Можейко, 1965, и др.) склонны считать, что солонцы е преобладанием в составе обменных катионов магния являются реликтовыми. Пептизация коллоидов под действием обменного натрия происходила на более ранних стадиях формирования солонцовых почв. В последующем при их рассолении натрий вымывался и относительно накапливался магний как более стабильный ион, чем кальций.[ ...]
Выщелоченные черноземы характеризуются (см. рис. 13, 14) емкостью обмена 13,8—37,5, при средней величине 26,3 мг-экв/100 г. В составе обменных катионов преобладает кальций (75,7—94%). Содержание магния колеблется от 3,2 до 19,5%, редко магний является доминирующим (до 94,3%). Количество одновалентных катионов — от 3,3 до 12,3 мг-экв./ЮО г (20,8-81,2 мг/100 г).[ ...]
Наиболее яркое и важное следствие техногенного засоления почв - изменение емкости коллоидных систем и качественного состава обменных катионов (табл.П-13).[ ...]
Наиболее важными свойствами монтмориллонита являются их высокая поглотительная способность, сильно выраженная способность к обмену катионами и высокая удельная поверхность. Емкость поглощения монтмориллонита равна 60—120мг • экв/100 г вещества. Указанные свойства монтмориллонита определяют его исключительное значение для формирования плодородия почв. Так, песчаная почва, в которой нет монтмориллонита, обладает малой поглотительной способностью и легко допускает вымывание питательных веществ. И наоборот, легкие почвы, в которых присутствует монтмориллонит, имеют гораздо лучший пищевой и водный режимы. Последнее связано с гидрофильностью (способностью связывать воду) и большой удельной поверхностью этого минерала.[ ...]
В воздушно-сухом состоянии почвы, богатые коллоидами, обладают более водопрочной структурой также в том случае, если они насыщены обменным кальцием, однако для почв, бедных коллоидами, наблюдается обратная зависимость. Вопрос о влиянии состава обменных катионов на противоэрозионную стойкость почв нельзя считать полностью решенным из-за недостатка данных по противоэрозионной стойкости почв природной солонцеватости разной степени выраженности.[ ...]
Ионообменный комплекс песчано-глинистых и карбонатных пород характеризуется общим преобладанием магния и кальция над натрием, однако содержание натрия в обменном комплексе мезо-кайнозойских пород больше, чем в обменном комплексе пород пермо-триаса. Содержание обменных катионов следующее: магния чаще всего 11-14; кальция 6-9 (иногда до 12-14); натрия - единицы мг-экв/100 г (в породах триаса до 9 мг-экв/100 г и более).[ ...]
Суть влияния процессов комплексообразования на сорбционные и ионообменные процессы нетрудно понять из следующего. Известно, что по способности к сорбции и ионному обмену катионы и анионы образуют следующие ряды: Ме4+ > Ме3+ > Ме2+ > Ме+, А4- > А3- > А2+ > А" Комплексообразование в системе Ме” —Ат приводит к образованию соединений с меньшим и даже противоположным зарядом. Например, в системе Ве2+— Р" образуется ряд: Ве2 + , ВеР+, ВеР®, ВеРзгВеР!"". Поэтому способность бериллия к сорбции и катионному обмену уменьшается в ряду: Ве2+ > ВеР+ >ВеР?.[ ...]
Качество почвы. Экстракция следов элементов, растворимых в воде. Качество почвы. Определения потенциальной катионообменной емкости и способных к обмену катионов с применением буферного раствора хлорида бария при pH 8,1.[ ...]
Емкость поглощения зависит от содержания в почвах коллоидов и их природы. Чем больше в почве гумусовых веществ и ила, содержащего минералы монтмориллонитовой группы, тем выше ЕКО. Состав обменных катионов и степень насыщенности основаниями отражают особенности почвообразовательных процессов.[ ...]
Эдафические (от греч. ейарЬоБ — почва)факторы — почвенные условия произрастания растений. Они делятся на химические — реакция почвы, солевой режим почвы, элементарный химический состав почвы, обменная способность и состав обменных катионов; физические — водный, воздушный и тепловой режимы, плотность и мощность почвы, ее гранулометрический состав, структура и др.; биологические — растительные и животные организмы, населяющие почву (Хрусталев, Матишев, 1996). Из них важнейшими экологическими факторами являются влажность, температура, структура и пористость, реакция почвенной среды, засоленность.[ ...]
Процессы, протекающие в фильтре, отрегенерированном «голодной» нормой кислоты, можно представить следующим образом. При пропускании воды через верхние слои катионита, практически содержащие лишь обменные катионы водорода, проходят реакции обмена, типичные для обычных водород-катионито-вых фильтров. В результате образуются сильные минеральные кислоты и угольная кислота.[ ...]
Качественные изменения происходят и в составе поглощенного комплекса (ПК) глинистых пород. Вне влияния техногенеза на геологическую среду глинистые породы характеризуются повышенными значениями емкости ПК до 40—45 ммоль/100 г. В составе обменных катионов доминирующими являются кальций (до 97%) и магний (7,0— 75%). Доля натрия и калия не превышает 2—4%. Под прудом-накопителем (после прекращения сброса стоков) в результате катионообменных процессов между породой и нефтяными рассолами в глинистых осадках, слагающих основание пруда, концентрация натрия и калия достигает 100-250 мг/100 г (10-53,5%). Доля кальция снижается до 60-47%.[ ...]
Основными аналитическими диагностическими показателями являются: показатели состава — содержание и состав гумуса, валовой состав минеральной части, содержание карбонатов, легкорастворимых солей, подвижных форм элементов питания и др.; показатели свойств — реакция, емкость катионного обмена и состав обменных катионов, биологическая активность; физические свойства (плотность, структура) и др.[ ...]
Тип III многослойного литологического строения; представлен чередованием слоев песчаных и глинистых отложений казанского и татарского ярусов верхней перми, нижнего и среднего триаса, сформированных в континентально-лагунных условиях. В P2t2 наблюдаются слои и прослои известняков. Характерные минералого-геохимические особенности пласта: очень незначительная загипсованность (преимущественно десятые доли %); тяжелые металлы представлены главным образом гидроокислами; водные вытяжки пород имеют как правило гидрокарбонатный кальциево-магниевый состав; среди обменных катионов преобладают кальций и магний. В литологическом строении зоны аэрации принимают участие элювиальноделювиальные четвертичные отложения, представленные суглинками, глинами, супесями, дресвяными образованиями моашостью до 5-10 м. Водопроводимость пласта от единиц до 50-80 м/сут и более. Коэффициент фильтрации - 0,1-15 м/сут. Пласт распространен на правобережье р.Урал. Вследствие некоторых особенностей вертикального строения водоносного пласта на различных участках территории - глинистости и карбонатности пород, типа проницаемости пород, литологического строения зоны аэрации - тип III подразделен на три подтипа.[ ...]
Полиморфность твердой фазы почвы обуславливает ее рыхлость (газо- и влагопроницаемость) и большую суммарную поверхность частиц: 3-5 м2/г у песчаных почв, 30-150 м2/г у супесчаных и суглинистых и до 300-400 м2/г у глинистых. Наименьшие размеры имеют коллоиды почвы - их диаметр измеряется сотыми долями микрометра. Благодаря большой суммарной поверхности почвенные частицы, особенно коллоидная фракция, обладают высокой поглотительной способностью. На частицах этой фракции происходит поглощение электролитов, образование малорастворимых и нерастворимых солей, выпадающих в осадок и примешивающихся к твердой фазе почвы, обмен катионами между твердой фазой и почвенными растворами.[ ...]
Взаимодействие воды с присутствующими в ней взвешенными минеральными веществами может быть различным. Часто она является химически связанной с породами, попадающими в нее при размыве берегов или в результате смыва поверхностного покрова, она способна также образовывать адсорбционные стабилизирующие слои на поверхности частиц. Химически связанная вода — кристаллизационная, конституционная и частично цеолит-ная — участвует в построении кристаллической решетки минералов, и для ее удаления требуется расход большого количества энергии. Адсорбированная частицами вода по затрате энергии, необходимой для ее выделения, разделяется на три группы: 1) наиболее прочно связанная, находящаяся под воздействием координационно-ненасыщенных атомов в кристаллической решетке; 2) прочно связанная, гидратирующая обменные катионы частиц породы; 3) слабо связанная, группирующаяся вокруг адсорбционных центров и образующая полислойные пленки с водородными связями.[ ...]