2.2. Физико-хімічні властивості грунтів

2.2.1. Розчинність грунтів

Розчинністю ґрунтів називається їх здатність розчинятися під дією природних вод або інших розчинів. В процесі розчинення молекули води, володіючи дипольною будовою, руйнують кристалічну будову мінералів. При цьому іони переходять у воду і утворюють водні розчини. У результаті розчинення і подальшого винесення речовин, складаючих частину твердої компоненти ґрунтів, відбувається зміна стану і властивостей, а також збільшення у масиві пусток різного розміру.

Розчинення ґрунтів відбувається різними шляхами. Пряме розчинення розвивається при безпосередньому зіткненні води, що рухається у порах або тріщинах (або будь-якого іншого розчину) з розчиненими мінералами, що містяться у ґрунті.

Воно зростає при збільшенні швидкості руху підзем­них вод. Дифузійне розчинення (вилуговування) на відміну від прямого розчинення не пов'язано з безпосередньою взаємодією потоку вільної води, що рухається, на розчинні мінерали. Воно є мимовільним процесом руху іонів у поровому розчині під впливом різниці концентрацій в різ­них ділянках масиву ґрунтів, що призводить до зміни складу твердої частини ґрунту і порових вод.

Процеси дифузійного розчинення грають важливу роль у гли­нястих ґрунтах, що характеризуються украй незначною водопро­никністю і значною кількістю зв'язаної і іммобілізованої води. У них перенесення розчиненої речовини при фільтрації порового розчину дорівнює, а часто набагато менше дифузійного. В піщаних, грубоуламкових ґрунтах і тріщинуватих ґрунтах з жорсткими зв'язками кристалізації, водопроникність яких значна, переважає процес прямого розчинення водорозчинних компонентів і перенесення їх шляхом фільтрації.

Дифузійне розчинення ґрунтів є достатньо повільним процесом у порівнянні з швидкістю прямого розчинення. Пе­ренос речовин у результаті цього процесу описується першим зако­ном дифузії Фіка. Коефіцієнт дифузії є кількістю речовини, що проходить за одиницю часу через одиницю площі перетину дифузійного потоку при градієнті концентрації, рівному одиниці. Він вимірюється у м2/с (система СІ) і визначається експериментально для кожного типу ґрунтів, виходячи з час­них рішень законів Фіка. Коефіцієнт дифузії зв'язних ґрунтів при їх пластичній консистенції не дивлячись на відмінність грануломет­ричного і мінерального складів і густини, має порядок (5 - 10)х10^-7 см2/с; із зменшенням вологості вона знижується. У повітряно-сухих ґрунтах при рішенні практичних задач у зв'язку з малою швидкістю дифузії речовин вона не враховується.

Розчинність ґрунтів визначається їх хіміко-мінеральним складом і структурними особливостями, розчинювальною здатністю розчинника (поверхневих і підземних вод або інших розчинів), а також термодинамічними умовами. Всі типи ґрунтів незалежно від хіміко-мінеральних особливостей і характеру зв'язків між складаючими породу елементами, в тому або іншому ступені розчинні. Абсолютно нерозчинних ґрунтів не існує. Проте з практи­чної точки зору найбільший інтерес представляє розчинність карбонатних (вапняк, доломіт, міл), сульфатних (гіпс, ангідрит) і галоїдних (галіт, сильвін, сильвініт, карналіт) порід, а також деяких інших типів порід (мармур, засолені глинясті і лесові породи і ін.), в які входять галіт, гіпс, кальцит і близькі до них мінерали.

Розчинність мінералів з іонним типом зв'язків, до числа яких відносяться всі названі з'єднання, визначається енергією їх кристалічних структур, тобто роботою, що вимагається для руйнування зв'язків і видалення іонів, що входять в її склад на відстанях, при яких можна нехтувати електростатичною взаємодією. Розчинність залежить і від розчинювальної здатності розчинника. Розчинність галоїдів, сульфатів і карбонатів, наприклад в бензолі, в десятки і сотні разів нижче, ніж у воді. Це пояснюється тим, що молекула води має значний дипольний момент і високе значення діелектричної проникності і, отже, високу енергію гідратації.