2009 01 024353

O. W iMłi S. J. DullY I'Amur ittufowuŁ*. ^.rujw 2U)? ISBN    O by PWN 2040

364

14. Chemia środowiskowa koloidów i powierzchni

Układ koloidalny, taki jak jezioro lub rzeka, zawierający zawiesinę cząstek iłu, jest trwały, ponieważ małe naładowane cząstki wzajemnie się odpychają. Poruszając się chaotycznie w ciekłym ośrodku nic mogą zbliżyć się dostatecznie, aby pokonać odpychające siły między ładunkami powierzchniowymi i połączyć się w większe agregaty, zdolne do osiadania. W rezultacie tworzy się stabilna zawiesina koloidu.

Istnieje szereg mechanizmów, które powodują destabilizację koloidów i ich strącanie z roztworu. Jednym z powodów destabilizacji jest duże stężenie elektrolitu w wodzie. Stanowi on bowiem źródło przeciw jonów, które gromadząc się przy powierzchni ciała stałego skutecznie redukują grubość podwójnej warstwy elektrycznej. Dostępność wielu przeciw-jonów gwarantuje, żc są one obecne w dużym stężeniu, co sprawia, że potencjał szybko spada do zera (rys. 14.7). Dobrze znana i ważna sytuacja, w której te procesy przebiegają, występuje przy ujściu rzeki do oceanu. Często obserwuje się tutaj sedymentację związaną z destabilizacją koloidów rzecznych, gdy spotykają się z mocno zasoloną wodą morską.

Wymiana jonowa związana z adsorpcją elektrostatyczną

Ponieważ wiele koloidów występujących w środowisku ma ujemny ładunek powierzchniowy. elektrostatyczne przyciąganie kationów i tworzenie warstwy podwójnej jest ważnym zjawiskiem i zazwyczaj jest opisywane jako proces wymiany jonowej. W zmieniających się warunkach środowiskowych te przeciwjony mogą zostać wymienione na inne. Na przykład jony potasu z roztworu mogą wymienić jony sodu z powierzchni fazy stałej.

koloid ' • Na^f -f K ‘ (aq) ^ koloid - K⁴ + Na+(aq>    (14.1)

Położenie stanu równowagi tej reakcji zależy od charakteru koloidu oraz od charakteru (głównie gęstości ładunku) i stężenia jonów w pobliżu cząstek koloidalnych. W glebie i w osadach względne znaczenie kationów zajmujących centra jonowymienne zazwyczaj maleje w następującym szeregu: Ca' > Mg^:+ > K^f > Na⁴. W środowisku o niskim pH te zaadsorbowanc jony mogą częściowo zostać wymienione na Al^,+ i/lub II~, ponieważ te dwa jony stają się ważnymi składnikami roztworu w silnie kwasowych warunkach. Miara liczby ujemnie naładowanych centrów jonowymiennych (równej liczbie ładunków dodatnich, które mogą pomieścić) w danej ilości materiału jest nazywana zdolnością jonowymienną tego materiału i jest wyrażana w ccntymolach ładunków dodatnich na powierzchni na kilogram ciała stałego (cmol( f-) • kg^-1 J. O tej bardzo istotnej właściwości gleby będziemy mówić w rozdz. 18. Czasami mierzy się zdolność aniono-wymienną koloidów o dodatnim ładunku powierzchniowym.

14.2

DO ZAPAMIĘTANIA

Małe cząstki koloidalne mają bardzo dużą powierzchnię właściwą. Naładowana powierzchnia przyciąga przeciwnie naładowane jony z przylegającego do niej roztworu. co prowadzi do powstania podwójnej warstwy elektrycznej na granicy faz ciało stałc-roztwór. Wynika stąd wykazywana przez cząstki koloidów zdolność wymiany jonów.