platinum_angel
New Member
Download miễn phí Giáo trình Khoa học đất - Hấp phụ của đất
Các cation kim loại hấp phụ trên bề mặt hạt đất theo ba cơ chế trong hình 5.3. Ái lực
tương đối của một cation kim loại đã cho đối với chất hấp phụ là đất phụ thuộc phức tạp vào
thành phần của dung dịch đất. Nhưng tính chọn lọc của đất đối với một cation kim loại bị hấp
phụ có thể được giải thích bằng các khái niệm: sự tạo phức bề mặt cầu nội, cầu ngoại và đám
ion khuếch tán. Như đã nói ở mục 5.2, thứ tự giảm dần tương đối lực tương tác giữa ba cơ chế
hấp phụ này là: sự tạo phức cầu nội > sự tạo phức cầu ngoại > đám ion khuếch tán. Đối với sự
tạo phức bề mặt cầu nội, cấu trúc điện tử của cation kim loại và nhóm chức bề mặt rất quan
trọng, ngược lại đối với đám ion khuếch tán thì chỉ có hoá trị của cation kim loại và điện tích
bề mặt là cần để xác định ái lực hấp phụ. Sự tạo phức bề mặt cầu ngoại ở vị trí trung gian,
trong đó hoá trị có thể là yếu tố quan trọng nhất, nhưng tác động tăng cường hoá học lập thể
của sự cố định cation trong một phức chất hoàn toàn xác định cũng đóng vai trò quyết định ái lực
Để tải bản Đầy Đủ của tài liệu, xin Trả lời bài viết này, Mods sẽ gửi Link download cho bạn sớm nhất qua hòm tin nhắn.
Ai cần download tài liệu gì mà không tìm thấy ở đây, thì đăng yêu cầu down tại đây nhé:
Nhận download tài liệu miễn phí
Tóm tắt nội dung tài liệu:
ông đượcliên kết vào các phức chất bề mặt nhưng vẫn được hấp phụ bởi các hạt đất, đó là đám ion
khuếch tán (hình 5.3). Các ion này chuyển động tự do trong dung dịch đất trong khi vẫn giữ đủ
gần với bề mặt chất rắn để tạo ra điện tích bề mặt hữu hiệu sD làm cân bằng sP. Trong phạm
vi phân tử, điện tích bề mặt hữu hiệu này có thể được chia ra cho mỗi đám ion khuếch tán theo
phương trình:
(5.5)
trong đó Zi là hoá trị của ion, ci(x) là nồng độ của ion tại điểm x trong dung dịch đất và coi là
nồng độ của ion trong dung dịch đất ở đủ xa bề mặt hạt bất kỳ nào để tránh hấp phụ bằng đám
ion khuếch tán. Tích phân trong phương trình 5.5 là trên toàn bộ thể tích V của dung dịch đất
tiếp xúc với khối lượng mS của các hạt đất. Do vậy phương trình 5.5 thay mặt cho số lượng
điện tích của ion i trong dung dịch đất: nếu ci(x) = coi thì sẽ không có sự đóng góp của ion i
cho sD. Lưu ý rằng phương trình 5.5 áp dụng cho tất cả các ion trong dung dịch đất, kể cả H+
và OH- và sD là tổng của tất cả các sDi. Tổng này cần thiết để cân bằng sP giữ cho đất trung
hoà về điện:
sP + sD = 0 (5.6)
Phương trình 5.6 biểu thị cân bằng của điện tích bề mặt đối với một loại đất.
5.4. Các điểm điện tích không (zero)
Các điểm điện tích không là các giá trị pH mà tại đó một hay nhiều thành phần của điện
tích bề mặt trong phương trình 5.6 bị triệt tiêu. Ba điểm điện tích không quan trọng nhất được
tổng hợp trong bảng 5.1. Điểm điện tích không (PZC – point of zero charge) tổng quát nhất là
giá trị pH mà tại đó tổng điện tích thực của hạt bị triệt tiêu: sP = 0. Tại giá trị pH này, không
có điện tích thực nào được đóng góp bởi các ion bị hấp phụ bằng đám khuếch tán theo phương
81
trình 5.6. Điều kiện này có thể được xác định bằng thực nghiệm bằng cách thiết lập giá trị pH
mà tại đó các hạt đất không chuyển động trong một điện trường được áp dụng (“đo độ linh
động điện di”) hay tại đó sự sa lắng xuất hiện trong huyền phù của các hạt đất (“đo sự keo
tụ”). PZC báo hiệu không có các ion bị hấp phụ chuyển động tự do và sự tăng lực giữa các hạt
tạo ra các tác dụng đông tụ. Vì thế PZC đóng một vai trò quan trọng trong sự hình thành hạt
kết của đất và trong sự giữ các ion được hấp phụ chống lại sự rửa trôi, đặc biệt ở các loại đất
có điện tích thay đổi. Người ta thường thấy rằng những đất này có xu hướng phong hoá đến
các giá trị pH gần với PZC.
Bảng 5.1 Một số điểm điện tích không
Ký hiệu Tên Điều kiện định nghĩa
PZC Điểm điện tích không sP = 0
PZNPC Điểm điện tích proton thực bằng không sH = 0
PZNC Điểm điện tích thực bằng không sIS + sOS + sD = 0
Điểm điện tích proton thực bằng không (PZNPC – point of zero net proton charge) là
giá trị pH mà tại đó sH bị triệt tiêu. Hình 5.4 minh hoạ việc đo PZNPC đối với đất Oxisol. Lưu
ý rằng đặc điểm chung của sH là giảm khi giá trị pH tăng (tức là DsH/DpH luôn âm). Xu
hướng này tồn tại không kể đến thành phần hay lực ion của dung dịch đất và độc lập với bản
chất của các hạt đất (vô cơ hay hữu cơ…).
Tương tự PZNPC, người ta có thể định nghĩa điểm điện tích thực bằng không (PZNC –
point of zero net charge) là giá trị pH mà tại đó điện tích ion bị hấp phụ thực bị triệt tiêu, khác
với điện tích ion được đặc trưng bởi sH. Nếu q+ và q- tương ứng biểu thị số mol điện tích
cation và anion bị hấp phụ thì q+ = q- tại PZNC. Điểm điện tích không này cũng được minh
hoạ ở hình 5.4. Trong ví dụ này, đất Oxisols được bão hoà Na+ và Cl-; sau đó các giá trị của
qNa và qCl được đo bằng một hàm của pH thay đổi trong khi lực ion được giữ không đổi.
PZNC là giá trị pH khi qNa = qCl. Trong thực tế thường dùng “các ion chỉ số” như các ion này
trong việc xác định PZNC. Rõ ràng, giá trị của PZNC sẽ phụ thuộc vào sự lựa chọn các ion chỉ
số, mặc dù kinh nghiệm cho thấy sự phụ thuộc này rất nhỏ nếu các ion được chọn chỉ được hấp
ho ặ
c
Nền NaCl 9 mol Nền NaCl 9 mol m-3
82
Hìn
h 5.4 Điểm điện tích proton thực bằng không (PZNPC) đối với đất Oxisol. L. Charlet,
1986
phụ không đặc trưng (“chất điện phân trung tính”). Ví dụ các ion như Li+, Na+, Cl-, ClO và
NO3. Lưu ý rằng theo các khái niệm trong mục 5.2,
q+ - q- º sIS + sOS + sD = 0 (pH = PZNC) (5.7)
tại PZNC (mặc dù sIS sẽ không đóng góp nếu đất được bão hoà bằng một chất điện phân
trung tính). Như vậy các ion được hấp phụ linh động tồn tại ở PZNC, trong khi chúng không
tồn tại ở PZC. Hiện tượng này có thể có quan hệ mật thiết với sự giữ các ion dinh dưỡng trong
đất. Các giá trị đặc trưng của PZNC cho khoáng đất được liệt kê ở bảng 5.2.
Bảng 5.2 Các giá trị đặc trưng của PZNC đối với các khoáng vật đất
Khoáng vật đất PZNC Khoáng vật đất PZNC
Thạch anh 2,0-3,0 Gơtit 7,0-8,0
Birnesit 1,5-2,5 Hematit 8,0-8,5
Kaolinit 4,0-5,0 Gipxit 8,0-90
Các quan hệ chung giữa mật độ điện tích bề mặt thành phần và các điểm điện tích
không có thể nhận được từ phương trình 5.6 khi dùng các định nghĩa trong bảng 5.1. Ví dụ,
nếu pH = PZNPC, thì:
so = -(q+ - q-) (pH = PZNPC)
(5.8)
theo phương trình 5.4 và định nghĩa “ion bị được hấp phụ” trong mục 5.2. Phương trình 5.8 nói
rõ rằng các ion bị hấp phụ, ngoài H+ hay OH- góp phần vào sH, làm cân bằng điện tích cấu
trúc ổn định khi pH = PZNPC. Do vậy so có thể được xác định bằng cách điều chỉnh pH tới
điểm điện tích không này và xác định điện tích ion được hấp phụ thực. Phương pháp này có thể
được sử dụng mà không cần điều chỉnh pH nếu |sH| << |so| trong các loại đất có điện tích ổn
định.
Trong một ví dụ khác, xem xét các phương trình 5.6 và 5.7 tại PZC. Tại giá trị pH này,
sD = 0. PZNC sẽ xuất hiện ở cùng giá trị pH nếu và chỉ nếu sIS + sOS cũng bị triệt tiêu theo
phương trình 5.7. Do vậy PZC = PZNC chỉ khi điện tích thực của phức bề mặt triệt tiêu tại
PZNC. Nếu các cation và anion trong các phức bề mặt cân bằng điện tích tại PZNC, sẽ không
cần sự đóng góp của đám ion khuếch tán và PZC cũng sẽ đạt được. Lưu ý rằng nếu một chất
điện phân trung tính được dùng để xác định PZNC, thì cần phân các ion được hấp phụ
thành các loại phức cầu ngoại và đám ion khuếch tán để xem liệu PZC có bằng PZNC không.
Cuối cùng, điều kiện pH = PZC được áp dụng vào các phương trình 5.5 và 5.6 có thể
được biểu diễn trong phương trình:
83
sH = - (so + sIS + sOS) (pH = PZC) (5.9)
Vì sH thay đổi nghịch đảo với pH, giá trị pH mà tại đó phương trình 5.9 giữ vững phải tăng lên
khi sIS + sOS tăng họăc giảm khi sIS + sOS giảm. Do vậy nếu sIS + sOS tăng do sự hấp phụ
các ion K+ thêm vào bằng phức bề mặt cầu nội (hình 5.2) thì sH tại PZC sẽ giảm theo phương
trình 7.9 và bản thân PZC sẽ tăng vì DsH/DpH luôn âm. Quy luật chung là: sự hình thành phức
chất bề mặt sẽ làm thay đổi PZC theo cùng chiều hướng giống như sự thay đổi điện tích thực
của phức chất bề mặt.
Sự hấp phụ thêm các cation bằng phức chất bề mặt do vậy sẽ tăng PZC, ngược lại sự
hấp phụ thêm các anion bằng phức chất bề mặt sẽ làm giảm PZC. Lưu ...