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什麼是表面吸附作用離子交換吸附作用

發布時間:2025-03-15 11:09:05

A. 陽離子交換作用

岩石顆粒的表面往往帶負電荷,因此能吸附某些陽離子。當某種成分的地下水與岩石顆粒接觸時,水中某些陽離子被岩石顆粒表面吸附,以代替原來被吸附的陽離子,而原來被吸附的陽離子則進入水中,改變了地下水的化學成分,這種作用稱為陽離子交換吸附作用。

陽離子交換的強度取決於很多因素,其中主要的是岩石的粒度、交換陽離子的性質、介質的pH值和水中電解質的濃度。

1.粒度

一般岩石的粒度越細,它的交換性能越強。因此,在黏土和黏土岩中,陽離子交換對水化學成分的影響明顯。

2.離子性質

不同陽離子的吸附能不同,在其他條件相同的情況下,吸附能的大小取決於它們的離子價,離子價越高吸附能越強,並易留在岩石上。如果陽離子的電價相同,吸附能隨原子量的增加而增大。部分離子吸附能強弱的順序如下:

H+>Fe3+>Al3+>Ba2+>Ca2+>Mg2+>K+>Na+

由上可見,Ca2+的吸附能大於Na+,因此在自然界中常可見到地下水中的Ca2+交換吸附岩石顆粒表面的Na+

水文地球化學基礎

陽離子交換吸附作用在含水層中廣泛地進行,並且對改變地下水的化學成分及地下水的性質有重大意義。這種作用使硬度大的地下水變為硬度小的軟水,形成低礦化度的鈉水,如SO4—Na型、HCO3—Na型以及一些其他過渡型水。

3.pH值

在陽離子交換反應中,氫離子有著特殊的作用。它的交換能量不僅高於一價的陽離子,還高於二價和三價的陽離子。介質的pH值影響陽離子的吸附數量,水中的氫離子越多,對其他陽離子進入膠狀綜合體的阻力越強。增加與土壤處於平衡狀態的溶液pH值,土壤的交換性能增強。當介質的pH值由6增加到11時,交換容量增加1~2倍。

4.電解質濃度

離子交換吸附作用並不僅決定於離子的性質,在吸附交換過程中,水中電解質濃度也起著重要作用,濃度大的離子比濃度小的離子易被吸附。因此,如果鈉的濃度相當大時,吸附綜合體中的部分鈣離子將被鈉離子排擠出去,水中的Na+與岩石顆粒表面的Ca2+就發生交換吸附的現象,例如海水入侵過程中的Na+與Ca2+的交換吸附。

水文地球化學基礎

天然水中的交換主要是陽離子交換,而不是陰離子交換。這是由於岩石和土壤的膠體成分主要是由SiO2、Al2O3和其他帶負電的膠粒所組成,它們吸附帶正電的陽離子。除陽離子吸附外,在某些情況下也能發生陰離子吸附作用(例如磚紅壤),但是對這種過程研究很少。

B. 表面絡合吸附和離子交換吸附哪個能力大

表面吸附作用指的是在固體表面有吸附水中溶解及膠體物質的能力,比表面積很大的活性炭等具有很高的吸附能力,可用作吸附劑。吸附可分為物理吸附和化學吸附。如果吸附劑與被吸附物質之間是通過分子間引力(即范德華力)而產生吸附,稱為物理吸附;如果吸附劑與被吸附物質之間產生化學作用,生成化學鍵引起吸附,稱為化學吸附。離子交換實際上也是一種吸附。物理吸附和化學吸附並非不相容的,而且隨著條件的變化可以相伴發生,但在一個系統中,可能某一種吸附是主要的。

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