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什么是表面吸附作用离子交换吸附作用

发布时间:2025-03-15 11:09:05

A. 阳离子交换作用

岩石颗粒的表面往往带负电荷,因此能吸附某些阳离子。当某种成分的地下水与岩石颗粒接触时,水中某些阳离子被岩石颗粒表面吸附,以代替原来被吸附的阳离子,而原来被吸附的阳离子则进入水中,改变了地下水的化学成分,这种作用称为阳离子交换吸附作用。

阳离子交换的强度取决于很多因素,其中主要的是岩石的粒度、交换阳离子的性质、介质的pH值和水中电解质的浓度。

1.粒度

一般岩石的粒度越细,它的交换性能越强。因此,在黏土和黏土岩中,阳离子交换对水化学成分的影响明显。

2.离子性质

不同阳离子的吸附能不同,在其他条件相同的情况下,吸附能的大小取决于它们的离子价,离子价越高吸附能越强,并易留在岩石上。如果阳离子的电价相同,吸附能随原子量的增加而增大。部分离子吸附能强弱的顺序如下:

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

由上可见,Ca2+的吸附能大于Na+,因此在自然界中常可见到地下水中的Ca2+交换吸附岩石颗粒表面的Na+

水文地球化学基础

阳离子交换吸附作用在含水层中广泛地进行,并且对改变地下水的化学成分及地下水的性质有重大意义。这种作用使硬度大的地下水变为硬度小的软水,形成低矿化度的钠水,如SO4—Na型、HCO3—Na型以及一些其他过渡型水。

3.pH值

在阳离子交换反应中,氢离子有着特殊的作用。它的交换能量不仅高于一价的阳离子,还高于二价和三价的阳离子。介质的pH值影响阳离子的吸附数量,水中的氢离子越多,对其他阳离子进入胶状综合体的阻力越强。增加与土壤处于平衡状态的溶液pH值,土壤的交换性能增强。当介质的pH值由6增加到11时,交换容量增加1~2倍。

4.电解质浓度

离子交换吸附作用并不仅决定于离子的性质,在吸附交换过程中,水中电解质浓度也起着重要作用,浓度大的离子比浓度小的离子易被吸附。因此,如果钠的浓度相当大时,吸附综合体中的部分钙离子将被钠离子排挤出去,水中的Na+与岩石颗粒表面的Ca2+就发生交换吸附的现象,例如海水入侵过程中的Na+与Ca2+的交换吸附。

水文地球化学基础

天然水中的交换主要是阳离子交换,而不是阴离子交换。这是由于岩石和土壤的胶体成分主要是由SiO2、Al2O3和其他带负电的胶粒所组成,它们吸附带正电的阳离子。除阳离子吸附外,在某些情况下也能发生阴离子吸附作用(例如砖红壤),但是对这种过程研究很少。

B. 表面络合吸附和离子交换吸附哪个能力大

表面吸附作用指的是在固体表面有吸附水中溶解及胶体物质的能力,比表面积很大的活性炭等具有很高的吸附能力,可用作吸附剂。吸附可分为物理吸附和化学吸附。如果吸附剂与被吸附物质之间是通过分子间引力(即范德华力)而产生吸附,称为物理吸附;如果吸附剂与被吸附物质之间产生化学作用,生成化学键引起吸附,称为化学吸附。离子交换实际上也是一种吸附。物理吸附和化学吸附并非不相容的,而且随着条件的变化可以相伴发生,但在一个系统中,可能某一种吸附是主要的。

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