Из Википедии, бесплатной энциклопедии
  (Перенаправлен с катионообменной емкости )
Перейти к навигации Перейти к поиску

Катионообменная емкость ( CEC ) - это мера того, сколько катионов может удерживаться на поверхности частиц почвы. [1] Отрицательные заряды на поверхности частиц почвы связывают положительно заряженные атомы или молекулы (катионы), но позволяют им обмениваться с другими положительно заряженными частицами в окружающей почвенной воде. [2] Это один из способов, которыми твердые вещества в почве изменяют химический состав почвы. CEC влияет на многие аспекты химии почвы и используется как мера плодородия почвы , поскольку указывает на способность почвы удерживать несколько питательных веществ (например, K + , NH 4 + , Ca 2+) в доступной для растений форме. Это также указывает на способность удерживать катионы загрязнителей (например, Pb 2+ ).

Определение и принципы [ править ]

Катионный обмен на поверхности частицы почвы

Катионообменная емкость определяется как количество положительного заряда, которое может быть обменено на массу почвы, обычно измеряемое в смоль с / кг. В некоторых текстах используются более старые эквивалентные единицы me / 100g или meq / 100g. ЕКО измеряется в молях электрического заряда, поэтому катионообменная емкость 10 смоль c / кг может удерживать 10 смоль катионов Na + (с 1 единицей заряда на катион) на килограмм почвы, но только 5 смоль Ca 2+. (2 единицы заряда на катион). [1]

Катионообменная способность возникает из-за различных отрицательных зарядов на поверхности частиц почвы, особенно глинистых минералов и органических веществ почвы . Филосиликатные глины состоят из слоистых листов оксидов алюминия и кремния . Замена атомов алюминия или кремния другими элементами с более низким зарядом (например, Al 3+, замененным на Mg 2+ ) может придать структуре глины чистый отрицательный заряд. [2] Этот заряд не включает депротонирование и, следовательно, не зависит от pH и называется постоянным зарядом. [1] Кроме того, края этих листов обнажают много кислых гидроксильных групп.группы, которые депротонируются, оставляя отрицательные заряды на уровне pH во многих почвах. Органическое вещество также вносит очень значительный вклад в катионный обмен из-за большого количества заряженных функциональных групп . ЕКО обычно выше у поверхности почвы, где содержание органических веществ выше, и уменьшается с глубиной. [3] ЕКО органического вещества сильно зависит от pH. [1]

Катионы адсорбируются на поверхности почвы за счет электростатического взаимодействия между их положительным зарядом и отрицательным зарядом поверхности, но они сохраняют оболочку из молекул воды и не образуют прямых химических связей с поверхностью. [4] Таким образом, обменные катионы образуют часть диффузного слоя над заряженной поверхностью. Связывание относительно слабое, и катион может легко вытесняться с поверхности другими катионами из окружающего раствора.

PH почвы [ править ]

Влияние pH почвы на катионообменную способность

Количество отрицательного заряда от депротонирования гидроксильных групп глины или органического вещества зависит от pH окружающего раствора. Увеличение pH (т.е. уменьшение концентрации катионов H + ) увеличивает этот переменный заряд и, следовательно, также увеличивает катионообменную емкость.

Измерение [ править ]

Принцип измерения ЕКО в почве

Катионообменная способность измеряется путем замещения всех связанных катионов концентрированным раствором другого катиона, а затем измерения либо вытесненных катионов, либо количества оставшегося добавленного катиона. [1] Барий (Ba 2+ ) и аммоний (NH 4 + ) часто используются в качестве катионов обменника, хотя доступны многие другие методы. [4] [5]

Измерения CEC зависят от pH и поэтому часто проводятся с использованием буферного раствора с определенным значением pH. Если этот pH отличается от естественного pH почвы, измерение не будет отражать истинное значение CEC при нормальных условиях. Такие измерения CEC называют «потенциальным CEC». В качестве альтернативы измерение pH естественной почвы называется «эффективным CEC», что более точно отражает реальное значение, но может затруднить прямое сравнение между почвами. [1] [5]

Типичные значения [ править ]

Катионообменная способность почвы определяется составляющими ее материалами, которые могут сильно различаться в зависимости от их индивидуальных значений CEC. Таким образом, CEC зависит от исходного материала, из которого образовалась почва, и от условий, в которых она развивалась. Эти факторы также важны для определения pH почвы, который имеет большое влияние на CEC.

Типичные диапазоны ЕКО почвенных материалов [1] [6] [7]
Среднее значение CEC (pH 7) для некоторых почв США на основе таксономии почв USDA [8]
Порядок таксономии почвЦИК (смоль c / кг)
Ультисоли3.5
Альфизоли9
Сподосолы9,3
Entisols11,6
Моллисоли18,7
Вертисоли35,6
Гистосоли128

Базовая насыщенность [ править ]

Насыщение основанием выражает процент потенциального CEC, занятого катионами Ca 2+ , Mg 2+ , K + или Na + . [1] [4] Их традиционно называют «катионами оснований», потому что они не являются кислотными, хотя они не являются основаниями в обычном химическом смысле. [1] Насыщение основанием обеспечивает индекс выветривания почвы [4] и отражает доступность катионных питательных веществ для обмена для растений. [1]

Анионообменная емкость [ править ]

Положительные заряды минералов почвы могут удерживать анионы по тому же принципу, что и катионный обмен. Поверхности каолинита, аллофана, оксидов железа и алюминия часто несут положительный заряд. [1] В большинстве почв катионообменная емкость намного больше, чем анионообменная емкость, но обратное может происходить в сильно выветренных почвах [1], таких как ферралсоли ( оксизоли ).

Ссылки [ править ]

  1. ^ а б в г д е е ж з я j к л Брэди, Найл С .; Вейл, Рэй Р. (2008). Природа и свойства почв (14-е изд.). Река Аппер Сэдл, США: Пирсон.
  2. ^ a b Биркеланд, Питер У. (1999). Почвы и геоморфология (3-е изд.). Оксфорд: Издательство Оксфордского университета.
  3. ^ Зех, Вольфганг; Шад, Питер; Хинтермайер-Эрхард, Герд (2014). Böden der Welt (на немецком языке) (2-е изд.). Берлин: Springer Spektrum.
  4. ^ a b c d Schaetzl, Randall J .; Томпсон, Майкл Л. (2015). Почвы: генезис и геоморфология (2-е изд.). Кембридж: Издательство Кембриджского университета.
  5. ^ a b Пансу, Марк; Готейру, Жак (2006). Справочник по анализу почвы . Берлин: Springer-Verlag. С. 709–754.
  6. ^ Кэрролл, Д. (1959). «Катионный обмен в глинах и других минералах». Бюллетень Геологического общества Америки . 70 (6): 749–780. DOI : 10.1130 / 0016-7606 (1959) 70 [749: ieicao] 2.0.co; 2 .
  7. ^ «Катионы и катионообменная способность» . Проверено 23 июня 2017 года .
  8. ^ Holmgren, GGS; Мейер, МВт; Чейни, Р.Л .; Дэниэлс, РБ (1993). «Кадмий, свинец, цинк, медь и никель в сельскохозяйственных почвах Соединенных Штатов Америки». Журнал качества окружающей среды . 22 (2): 335–348. DOI : 10,2134 / jeq1993.00472425002200020015x .

Общие ссылки [ править ]

Ramos, FT; Dores EFGC; Вебер OLS; Бебер DC; Кампело младший JH; Maia JCS (2018) «Органическое вещество почвы удваивает катионообменную способность тропической почвы при нулевой обработке почвы в Бразилии». J Sci Food Agric. 10.1002 / jsfa.8881