Основные закономерности обменного поглощения катионов (часть 2)
7-09-2011, 13:35
Реакции обменного поглощения в почвах подчиняются закону действующих масс: чем больше концентрация в растворе вытесняющего катиона и чем меньше в нем содержание катионов, переходящих в раствор из почвы, тем больше вытесняющего катиона поглотится почвой.
Реакции обмена катионов при взаимодействии почвы с раствором (при широких отношениях между ними) протекают с большой скоростью, равновесие устанавливается в течение нескольких минут. Объясняется это тем, что обмен катионов происходит в основном на поверхности мелкодисперсных частиц почвы. 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 др., замедляется. Но практически и в этих условиях равновесие наступает (во влажной почве) в течение короткого срока. Скорость реакции обмена обусловливает быстрое поглощение в почве катионов, внесенных с растворимыми удобрениями (азотными и калийными), в обмен на катионы, ранее поглощенные почвой.
Разные катионы с неодинаковой энергией поглощаются почвой и удерживаются в поглощенном состоянии. Чем больше атомная масса и заряд катиона, тем сильнее он поглощается и труднее вытесняется из почвы другими катионами. Следовательно, энергия поглощения катионов возрастает с увеличением валентности. Двух- и трехвалентные катионы несут большие электрические заряды и поэтому сильнее притягиваются коллоидными частицами, чем одновалентные. В пределах одинаковой валентности энергия поглощения катионов возрастает с увеличением их атомной массы. Из одновалентных катионов только аммоний представляет исключение. Имея меньшую массу, чем натрий, он по энергии поглощения занимает третье место.
Возрастание энергии поглощений катионов с увеличением их атомной массы объясняется тем, что с ростом атомной массы и размера катионов уменьшается степень их гидратации. Так, негидратированные одновалентные катионы имеют следующие радиусы (в нм): Li+ — 0,078, Na+ — 0,098, NH4+ — 0,143, К+ — 0,133, а размер этих катионов с гидратационной оболочкой равен соответственно (по Иенни): 1,003; 0,79; 0,537; 0,532. Чем больше величина иона без гидратационной оболочки, тем меньше его размер в гидратированном состоянии. Слабогидратированные катионы сильнее притягиваются поверхностью коллоида. Наличие большой гидратационной оболочки уменьшает энергию поглощения катиона. Поэтому чем менее гидратирован катион, тем прочнее его удерживает коллоидная частица и тем легче он вытесняет более гидратированные (и поэтому слабее удерживаемые) катионы.
Реакции обмена катионов при взаимодействии почвы с раствором (при широких отношениях между ними) протекают с большой скоростью, равновесие устанавливается в течение нескольких минут. Объясняется это тем, что обмен катионов происходит в основном на поверхности мелкодисперсных частиц почвы. 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 др., замедляется. Но практически и в этих условиях равновесие наступает (во влажной почве) в течение короткого срока. Скорость реакции обмена обусловливает быстрое поглощение в почве катионов, внесенных с растворимыми удобрениями (азотными и калийными), в обмен на катионы, ранее поглощенные почвой.
Разные катионы с неодинаковой энергией поглощаются почвой и удерживаются в поглощенном состоянии. Чем больше атомная масса и заряд катиона, тем сильнее он поглощается и труднее вытесняется из почвы другими катионами. Следовательно, энергия поглощения катионов возрастает с увеличением валентности. Двух- и трехвалентные катионы несут большие электрические заряды и поэтому сильнее притягиваются коллоидными частицами, чем одновалентные. В пределах одинаковой валентности энергия поглощения катионов возрастает с увеличением их атомной массы. Из одновалентных катионов только аммоний представляет исключение. Имея меньшую массу, чем натрий, он по энергии поглощения занимает третье место.
Возрастание энергии поглощений катионов с увеличением их атомной массы объясняется тем, что с ростом атомной массы и размера катионов уменьшается степень их гидратации. Так, негидратированные одновалентные катионы имеют следующие радиусы (в нм): Li+ — 0,078, Na+ — 0,098, NH4+ — 0,143, К+ — 0,133, а размер этих катионов с гидратационной оболочкой равен соответственно (по Иенни): 1,003; 0,79; 0,537; 0,532. Чем больше величина иона без гидратационной оболочки, тем меньше его размер в гидратированном состоянии. Слабогидратированные катионы сильнее притягиваются поверхностью коллоида. Наличие большой гидратационной оболочки уменьшает энергию поглощения катиона. Поэтому чем менее гидратирован катион, тем прочнее его удерживает коллоидная частица и тем легче он вытесняет более гидратированные (и поэтому слабее удерживаемые) катионы.