Сорбция и ионный обмен

Сорбция и ионный обмен на минеральных и органических поверхностях контролируют удержание и высвобождение питательных веществ, металлов и загрязняющих веществ в почвах и отложениях.

Definition

Изучение накопления ионов и молекул на границах раздела твердое тело-раствор в почвах и отложениях, включая обратимый ионный обмен и специфическую адсорбцию.

Scope

Эта тема охватывает катионный и анионный обмен на заряженных поверхностях, специфическую адсорбцию и поверхностное комплексообразование металлов и оксианионов, изотермы сорбции и распределение органических соединений, а также зависимость этих процессов от pH, ионной силы и свойств поверхности.

Core questions

• Что отличает неспецифический ионный обмен от специфической адсорбции?
• Как pH и ионная сила контролируют сорбцию?
• Как данные сорбции описываются изотермами и моделями поверхностного комплексообразования?
• Почему органические загрязнители распределяются в органическом веществе почвы?

Key theories

Поверхностное комплексообразование и ионный обмен

Удержание ионов охватывает слабый, обратимый электростатический обмен на участках с постоянным зарядом и сильную, pH-зависимую специфическую адсорбцию посредством поверхностного комплексообразования на оксидах с переменным зарядом, обеспечивая единое описание сорбции в почве.

Mechanisms

Постоянный отрицательный заряд на глинах обусловливает обратимый катионный обмен, в то время как оксидные и краевые участки с переменным зарядом образуют внутри- и внешнесферные поверхностные комплексы, прочность которых зависит от pH и иона. Неполярные органические соединения распределяются в основном в органическом веществе почвы, что описывается коэффициентами распределения, связанными с содержанием органического углерода.

Clinical relevance

Сорбция и ионный обмен определяют биодоступность, выщелачивание и подвижность питательных веществ и загрязняющих веществ, а также имеют центральное значение для прогнозирования переноса и разработки методов ремедиации.

History

От ранних исследований обмена оснований в почвах область развивалась благодаря моделированию поверхностного комплексообразования и спектроскопическому подтверждению механизмов связывания в конце 20 века.

Key figures

• Garrison Sposito
• Donald L. Sparks

Seminal works

• sparks2003
• sposito2008

Frequently asked questions

Что такое катионообменная емкость?

Это количество обмениваемых катионов, которое почва может удерживать на своих отрицательно заряженных поверхностях, что является ключевым показателем ее способности удерживать питательные вещества.