Sorption et échange d'ions

La sorption et l'échange d'ions aux surfaces minérales et organiques régulent la rétention et la libération des nutriments, des métaux et des contaminants dans les sols et les sédiments.

Definition

L'étude de l'accumulation d'ions et de molécules aux interfaces solide-solution dans les sols et les sédiments, incluant l'échange d'ions réversible et l'adsorption spécifique.

Scope

Ce sujet aborde l'échange de cations et d'anions sur des surfaces chargées, l'adsorption spécifique et la complexation de surface des métaux et des oxyanions, les isothermes de sorption et la répartition des composés organiques, ainsi que la dépendance de ces processus vis-à-vis du pH, de la force ionique et des propriétés de surface.

Core questions

• Qu'est-ce qui distingue l'échange d'ions non spécifique de l'adsorption spécifique ?
• Comment le pH et la force ionique contrôlent-ils la sorption ?
• Comment les données de sorption sont-elles décrites par les isothermes et les modèles de complexation de surface ?
• Pourquoi les contaminants organiques se répartissent-ils dans la matière organique du sol ?

Key theories

Complexation de surface et échange d'ions

La rétention des ions englobe un échange électrostatique faible et réversible sur des sites à charge permanente et une adsorption spécifique forte et dépendante du pH par complexation de surface sur des oxydes à charge variable, offrant une description unifiée de la sorption dans les sols.

Mechanisms

La charge négative permanente des argiles est le moteur de l'échange cationique réversible, tandis que les sites d'oxydes à charge variable et les sites de bordure forment des complexes de surface à sphère interne et externe dont la force dépend du pH et de l'ion. Les composés organiques non polaires se répartissent principalement dans la matière organique du sol, décrits par des coefficients de partage liés à la teneur en carbone organique.

Clinical relevance

La sorption et l'échange d'ions déterminent la biodisponibilité, le lessivage et la mobilité des nutriments et des contaminants, et sont essentiels pour prédire leur transport et concevoir des stratégies de remédiation.

History

Des premières études sur l'échange de bases dans les sols, le domaine a progressé grâce à la modélisation de la complexation de surface et à la confirmation spectroscopique des mécanismes de liaison à la fin du XXe siècle.

Key figures

• Garrison Sposito
• Donald L. Sparks

Seminal works

• sparks2003
• sposito2008

Frequently asked questions

Qu'est-ce que la capacité d'échange cationique ?

C'est la quantité de cations échangeables qu'un sol peut retenir sur ses surfaces chargées négativement, une mesure clé de sa capacité à retenir les nutriments.