Hấp phụ của đất

Hấp phụ là đặc tính của đất có thể hút được các chất rắn, chất lỏng hoặc chất khí hoặc làm tăng nồng độ của các chất đó trên bề mặt của hạt keo đất. Đất có khả năng hấp phụ là nhờ keo đất có tỷ diện lớn nên có năng lượng bề mặt lớn. Vì vậy keo đất đóng vai trò quyết định đối với sự hấp phụ của đất. Thành phần keo đất khác nhau sự hấp phụ của đất diễn ra khác nhau và có ảnh hưởng rất lớn đến độ phì nhiêu đất. 5.1 Các...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Hấp phụ của đất Chương 5 HẤP PHỤ CỦA ĐẤT Hấp phụ là đặc tính của đất có thể hút được các chất rắn, chất lỏng hoặc chất khí hoặclàm tăng nồng độ của các chất đó trên bề mặt của hạt keo đất. Đất có khả năng hấp phụ là nhờkeo đất có tỷ diện lớn nên có năng lượng bề mặt lớn. Vì vậy keo đất đóng vai trò quyết địnhđối với sự hấp phụ của đất. Thành phần keo đất khác nhau sự hấp phụ của đất diễn ra khácnhau và có ảnh hưởng rất lớn đến độ phì nhiêu đất.5.1 Các nhóm chức bề mặt Ở bảng 3.6 đã liệt kê các nhóm chức quan trọng nhất của hợp chất mùn trong đất. Vídụ nhóm cacboxyl - COOH và nhóm hydroxyl phenol - OH của nhân thơm, cả 2 nhóm này cóthể phân ly ra 1 proton và trở nên tích điện âm trong dung dịch đất. Người ta cho rằng trong sốcác nhóm chức có trong các hợp chất hữu cơ polyme hoá để hình thành mùn đất có một vàinhóm sẽ tồn tại trên bề mặt phân cách giữa chất hữu cơ của đất ở thể rắn và dung dịch đất. Cácđơn vị phân tử này là các nhóm chức bề mặt, chúng thò ra từ bề mặt của thể rắn vào dung dịchđất. Trong trường hợp chất hữu cơ đất, các nhóm chức bề mặt tất yếu phải là các đơn vị phântử hữu cơ. Nói chung chúng có thể liên kết được với hoặc chất rắn hữu cơ, hoặc với chất rắnvô cơ và có sự sắp xếp cấu trúc nào đó để có thể liên kết được với các phân tử nhỏ thay vì cácvật liệu polyme như mùn đất hoặc các khoáng vật sét. Không giống như trạng thái đối với cácphân tử nhỏ, các nhóm chức trên bề mặt không thể bị pha loãng vô cùng, ngay cả trong dungdịch huyền phù. Trừ phi chất nền mang chúng bị phân huỷ, các nhóm chức bề mặt tồn tại độclập trong một khoảng nhất định không kể đến huyền phù của chất nền có thể bị pha loãng nhưthế nào. Các nhóm chức bề mặt trên các các chất rắn vô cơ cũng thường gặp trong đất. Ví dụtrong hình 4.3 cho thấy 1 phân tử nước mang điện tích dương liên kết với 1 ion Al3+ ở mặtngoài của khoáng vật gipxit (phía trên bên trái). Sự kết hợp của cation kim loại và phân tửnước ở bề mặt phân cách là vị trí axit Lewis (Lewis acid site) vì cation kim loại đó được gọi làaxit Lewis (Lewis acid). Axit Lewis là tên đặt cho các cation kim loại và các proton khi cácphản ứng của chúng được suy xét từ hình phối cảnh của các quỹ đạo điện tử của các ion. Cácvị trí axit Lewis cũng có thể tồn tại trên bề mặt của gơtit (hình 2.5) nếu các ion Fe3+ mặt ngoàiđược liên kết với các phân tử nước ở đó. Vì vậy hydroxit kim loại cũng như mép bề mặt củacác khoáng vật sét như kaolinit (hình 5.1) có thể phơi bày các vị trí axit Lewis về phía dungdịch đất. Những nhóm chức bề mặt này rất dễ tham gia phản ứng, vì các phân tử nước mang 73 Hình 5.1 Các nhóm chức bề mặt trên các silicát dạng lớp: lỗ hổng siloxan (trái), vị trí axit Lewis Al(III).H2O , các nhóm aluminol và sinanol (phải).điện dương hầu hết không ổn định và dễ dàng trao đổi với một anion hữu cơ hoặc vô cơ trongdung dịch đất, khi đó nó có thể hình thành một liên kết bền vững hơn với cation kim loại đó. Vídụ các phương trình 3.15 và 3.16 là phản ứng trao đổi phối tử - phản ứng trao đổi giữa nhómcacboxyl của mùn với một vị trí axit Lewis hydroxit kim loại. Nhóm chức bề mặt vô cơ nhiều nhất và có khả năng phản ứng trong các hạt sét của đấtlà nhóm hydroxyl được phơi bày ở mép mặt ngoài cùng của 1 khoáng vật. Loại nhóm OH nàyđược tìm thấy trên các oxyt, oxihydroxit và hydroxit (hình 2.5), trên các khoáng vật sét (hình5.1) và trên các khoáng vật silicat vô định hình như alophan. Thường các nhóm OH bề mặt củakhoáng vật có thể được phân biệt dựa trên cơ sở hoá học lập thể và các loại nhóm OH bề mặtkhác nhau này có các đặc tính (ví dụ, khả năng phản ứng của chúng với các proton) tách chúngra khỏi các nhóm OH bên trong cấu trúc của khoáng vật đó. Các đặc điểm chung của nhóm hydroxyl bề mặt vô cơ có thể được minh hoạ bằng ví dụgơtit mà cấu trúc phân tử của nó đã được trình bày ở hình 2.5 và 5.2. Bề mặt của gơtit baogồm chủ yếu các mặt phẳng được phơi bày định hướng khác nhau. Các nhóm OH bề mặt trêncác mặt phẳng này được biểu thị bằng các chữ A, B và C (hình 5.2). Nhóm hydroxyl loại A làion oxy trước đây được phối trí với 1 cation Fe3+ trong cấu trúc của khoáng vật và đã đượcthu thêm 1 proton do phơi bày ra dung dịch nước giống như 1 nhóm bề mặt. Nhóm hydroxylloại C được tạo thành bằng cách tương tự nhưng nó được phối trí với 2 cation Fe3+. Nhómhydroxyl loại B thì giống như hydroxyl của cấu trúc khoáng vật được phối trí với 3 cationFe3+ (hình 2.5), nhưng được phơi bày trên 1 bề mặt. Ba nhóm OH này biểu lộ khả năng phảnứng khác nhau: chỉ các nhóm hydroxyl loại A được tìm thấy có thể thu thêm hoặc phân ly racac proton và tạo phức với các cation kim loại. Các khoáng vật sét cũng phơi bày các nhóm OH phối trí đơn độc trên mép bề mặt đượctạo ra khi tinh thể khoáng vật bị vỡ một phần. Ví dụ các ...