Ионный почвенный обмен

Поглощение катионов. Поглощение почвой катионов осуществляется путем ионной (обменной) сорбции и необменной фиксации, химического и биологического поглощения.

Обменная сорбция – способность катионов диффузного слоя почвенных коллоидов обмениваться на эквивалентное количество катионов соприкасающегося с ними раствора. Обмен протекает по уравнению

[ППК] + 5KCl « [ППК]5К⁺ + CaCl₅ + MgCl₂ + HCl.

Основные закономерности этой реакции следующие:

1. Обмен происходит в эквивалентных количествах по законам обменных химических реакций.

2. Любой поглощенный катион может быть вытеснен и заменен другим катионом почвенного раствора.

3. Энергия поглощения и вытеснения катионов зависит от валентности и атомной массы и толщины гидратационной оболочки. Наиболее распространенные в почве катионы дают следующий ряд:

.

чем меньше радиус ионов с одинаковой валентностью, тем в большей степени они гидратированы и тем меньшей энергией поглощения обладают. Например, способность катиона натрия к внедрению меньше, чем способность катионов аммония и калия. Гидроксоний (Н₃О⁺), имеющий больший радиус, поглощается почвенными коллоидами интенсивнее, чем другие одновалентные катионы.

4. Обменное поглощение носит обратимый характер.

5. Скорость обмена обусловлена строением ядер коллоидных частиц, свойствами и строением кристаллических решеток глинистых минералов. Емкость обменного поглощения катионов максимальна среди глинистых минералов группы монтмориллонита и вермикулита вследствие подвижной кристаллической решетки и значительных межпакетных промежутков, в которых также сорбируются катионы. Такой тип поглощения называется интрамицеллярным, и для него характерна мгновенная скорость обменной реакции. Минимальная емкость обменного поглощения катионов и замедленная скорость обмена минералов группы каолинита связана с тем, что поглощение катионов происходит только на наружной поверхности кристаллической решетки (экстрамицеллярный тип поглощения).

В составе обменных катионов всех почв присутствуют Ca²⁺, Mg²⁺ и в небольших количествах K⁺ и . Кроме того, в некоторых почвах содержится катион H⁺ и Al³⁺ или Na⁺. В зависимости от состава обменных катионов К.К. Гедройц разделил все почвы на две группы: почвы, насыщенные основаниями, в составе обменных катионов преобладают Ca²⁺, Mg²⁺ и Na⁺, и почвы, не насыщенные основаниями, содержащие наряду с Ca²⁺ и Mg²⁺ катионы H⁺ и Al³⁺.

Суммарное количество обменных катионов называется емкостью обменного поглощения катионов (емкостью поглощения почвы) и выражается в миллиграмм-эквивалентах на 100 г почвы. емкость обменного поглощения характеризует количество коллоидов, их состав и поглотительную способность почвы и зависит от реакции среды, которая определяет общую величину z-потенциала коллоидов. Для сравнительной характеристики почв используется емкость поглощения почвы при рН = 7 (табл.6 и 7).

Таблица 6