2.2.2. Адсорбційні властивості грунтів

Дисперсні ґрунти при русі крізь них різних рідин або газових сумішей частково затримують ті речовини, що містяться в них, внаслідок чого з цих розчинів або газових сумішей поглинаються окремі іони, молекули, цілі колоїдні або глинясті частинки. Ця властивість ґрунтів називається поглинювальною, або адсорбційною здатністю.

Поглинання має складну природу і звичайно складається з кількох спільно протікаючи процесів, в результаті яких відбувається зміна складу, структури і властивостей ґрунтів. Розрізняють п'ять видів поглинювальної здатності: механічну, фізичну, фізико-хімічну, хімічну і біологічну.

Фізико-хімічна поглинювальна здатність ґрунтів є обмінною. Природа решти чотирьох видів адсорбційної здатності інша - в цих випадках при взаємодії розчинів з ґрунтами з перших поглинається ряд речовин, причому це поглинання не супроводиться якими-небудь обмінними реакціями.

Механічна поглинювальна здатність ґрунтів проявля­ється у здатності ґрунтів, як пористого тіла, затримувати частинки, зважені у воді, при фільтрації її крізь ґрунтову товщу. Для кожного ґрунту існує гранична величина частинок, вище за яку жодна з них не профільтровуватиметься крізь шар ґрунту. Частинки меншого розміру будуть частково профільтровувати, а частково затримуватися ґрунтом унаслідок: 1) переривчастості пір; 2) неправильної, різноманітної їх форми; 3) існування молекулярного тяжіння у дрібних частинок, яке збільшується із зменшенням їх діаметра. В останньому випадку з механічним поглинанням поєднується один з видів фізичної поглинювальної здатності.

Фізична поглинювальна здатність ґрунтів. Цей вид поглинання є здатністю ґрунтів адсорбувати з водних розчинів або суспензій деякі речовини унаслідок молеку­лярних взаємодії, які виникають між ними і ґрунтовими частинками. При цьому не відбувається хімічної взаємодії між поглиненою речовиною і ґрунтовими частинками.

Вологий ґрунт це дисперсну систему, у якій вода, що містить розчинені солі, може розглядатися як дисперсійне середовище, а тверді мінеральні і органічні части­нки - як дисперсна фаза. Поверхнева енергія такої системи вимірюється твором поверхневого натягнення, що виникає на межі зіткнення дисперсної фази з дисперсійним середовищем, на величину сумарної поверхні всіх частинок дисперсної фази. Всяка дисперсна система прагне зменшити свою поверхневу енергію. В системі «ґрунтові частинки + вода» зменшення її може відбуватися як унаслідок зменшення величини сумарної поверх­ні, так і за рахунок зменшення поверхневого натягнення води. Обидва ці випадку приводять до прояву фізичної поглинювальної здатності ґрунтів.

Прагнення дисперсної системи знизити поверхневу енергію призводить до того, що концентрація речовин, що викликають зниження поверхневого натягнення (багато органічних сполук - орга­нічні кислоти, спирти, високомолекулярні речовини і ін.) збільшується у шарі, безпосередньо примикаючому до поверхні дисперсних частинок. Це явище носить назву позитивної адсорбції.

Речовини, що підвищують поверхневе натягнення (більшість неорганічних солей, кислот і підстав а також деякі органічні з'єднання з великою кількістю гідроокисів у молекулі), викликають явище негативної адсорбції, при якій концентрація розчину зменшуватиметься за мірою наближення до межі розділу фаз. При позитивній адсорбції більшою мірою поглинаються молекули розчиненої речовини, при негативній - розчинника.

Фізико-хімічна обмінна здатність ґрунтів. Єство фі­зико-хімічної обмінної здатності ґрунтів полягає в тому, що при взаємодії їх з розчином якої-небудь речовини деяка кі­лькість іонів зникає з розчину, а замість них у розчині в екві­валентних кількостях з'являються інші іони. Наприклад, при взаємодії глинястого ґрунту з розчином СаСl частина іонів каль­ція зникає з розчину. Проте при аналізі розчину можна легко переконатися, що в ньому з'явилися інші катіони, наприклад Mg2+, Na+, або К+, сумарна кількість яких еквівалентна кількості Са2+.

Фізико-хімічна обмінна здатність ґрунтів у значній мірі визначається їх дисперсністю: чим вище ступінь дисперсності ґрунту, тим вище його обмінна здатність. Збільшення місткості обміну із зростанням дисперсності у одних мінералів виражено різко, у інших - відсутній, що визначається як гранулометричним, так і мінеральним складом ґрунтів.

Біологічна поглинювальна здатність ґрунтів характерна головним чином для верхніх горизонтів ґрунтової товщі. Саме тут у результаті життедіятель­ності макро- і мікроорганізмів відбуваються формування і накопичення нових речовин, які можуть домішуватися до твердої компоненті, знаходитися у поровом розчині або газовій суміші. Вибірковість і активність цього виду поглинання викликає зміну зовнішнього виду ґрунтів, їх фізичного стану і властивостей. Роль біологічного поглинання особливо помітна при звітрюванні гірських порід, а також на початкових етапах формування осадових товщ.