Capacita' di scambio cationica
Capacita' di scambio cationica
Si definisce come la somma dei cationi scambiabili sulle superfice dello
scambiatore espressa in m.e./100 g di materiale. E' funzione della carica netta
(permanente+variabile) e quindi del pH (la determinazione va fatta a ph
tamponato).
I cationi scambiabili sono quelli sostituibili per trattamenti brevi con
soluzione saline (i cationi non scambiabili sono quelli interstrato di
fillosilicati non espandibili (fissati) e cationi di reticoli cristallini).
Il grado di saturazione basica (G.S.B.) e' il rapporto tra basi di
scambio (Na+ K+ Ca+ MG+) e C.S.C. (varia col pH).
Teoria del doppio strato elettrico
il principio dell'elettroneutralita' non chiarisce la forma dello strato
cationico. Varie teorie
- monostrato di Helmholtz
- modello diffuso di Gouy-Champman (calcolo delle equazioni di Boltzmann per cationi ed
anioni con relativi gradienti di concentrazione (i cationi tendono ad
allontanarsi causa la loro energia cinetica); lo spessore e' pari alla distanza
in cui il potenziale cade a zero);
- Doppio strato di Stern che considera le dimensioni delle particelle
e la loro idratazione; primo strato monostrato e parallelo
simile quello di Helmholtz (starto di Stern) e secondo strato esterno di Gouy;
lo spessore varia in base a:
- concentrazione della fase liquida (maggiore e' concentrata piu' lo
strato si stringe scendendo la pressione osmotica)
- carica del catione (aumentando la carica aumentano forze Coulumbiane
e si stringe lo strato).
In base a questo se la concentrazione aumenta (scarsita di acqua) i cationi
vengono assorbiti piu' fortemente risultando meno disponibili (cfr effetti
positivi fisici irrigazione acque salmastre e effetti negativi sostituzione Ca+
con Na+). Lo spessore sara' inversamente proporzionale alla carica dello ione,
alla costante dielettrica e alla radice della concentrazione della fase
liquida.
Fattori di scambio e fattori d'equilibrio
I cationi vengono assorbiti con forze variabili (trattando scambiatore-Na e
Sc-K con NH4+ si libera piu Na che K) e cio' dipende da:
- carica del catione (maggiore e' la carica maggiore le forze di
attrazione)
- diametro ionico (minore e' il diametro, maggiore e' l'energia di
idratazione, minori saranno le interazioni tra scambiatore e complesso
fortemente idratato). Diminuendo l'energia di idratazione aumenta la
percentuale di catione che occupa lo strato di Stern. Si ricordi l'empempio del
trimetil ammonio poco idratato molto assorbito. Per ioni organici
caratteristiche che aumentano l'idratazione diminuiscono la forza di
assorbimento (es trietanolammonio).
- energia con cui le specie cationiche sono legate allo scambiatore (presenza
di altre specie cationiche difficilmente scambiabili (Al3+ rispetto Na+)
aumentano la facilita' di allontanamento del catione assorbito.
Si ootiene quindi la serie liotropica: Li+ < Na+ < K+ < Rb+ < Cs+ <
Mg2+ < Ca2+ < Sr2+ < Ba2+.
Inoltre l'equilibrio dipoende dalle caratteristiche dello scambiatore:
- densita' di carica (m.e./cm2) (maggiore e' la densita' maggiore e'
l'affinita' per gli ioni a carica maggiore ad es. la vermiculite adsorbe +
calcio rispetto la vermiculite trattate con la stessa soluzione di Na+ e Ca++).
Un aumento di pH aumenta le cariche aumenta la densita' e favorisce
adsorbimento cationi con + carica.
- adsorbimenti preferenziali (illiti e vermiculite adsorbono K+ e NH4 negli
spazi interstrato facendogli pertdere acqua di idratazione rendendoli non
disponibili) la forza di attrazione supera quella di idratazione. Le
vermiculiti adsorbe Mg++ all'interno del reticolo di molecole di H2O
nell'interstrato; se [Mg++] bassa viene preferito come normale il Ca++ ma se
aumenta la concentrazione si innalza l'adsorbimento di Mg++ (suoli ricchi di
vermiculite ricchi di Mg scambiabile). Anche la S.O. assorbe preferenzialmente
cationi a carica maggiore.
Aspetti quantitativi
si arriva alla definizione del S.A.R.