Hidrológiai Közlöny 1984 (64. évfolyam)
3. szám - Dr. Öllős Géza–dr. Kollár György: A derítés tervezésének elméleti alapjai
130 Hidrológiai Közlöny 1984. 3. sz. Dr. öllős G.—dr. Kollár Gy.: A derítés tervezése kémia alapján tervezhetők. Ilyen vonatkozásban elsősorban — a hidrolízis-reakciók és — a hidrolízis termékek kolloid részecskékkel való kölcsönhatás-mechanizmusai játszák az alapvető szerepet. 2. Az Al-ion vízkémiája A vízbe adagolt alumíniumsó oldódik, közben hidrolízis termékek keletkeznek, az oldat pH-ja pedig csökken. Ennek oka az, hogy az egymást követő hidrolízis folyamatokban az alumínium tulajdonképpen savként hat. (Matijevic et al. 1964, 1968; Rubin et al. 1968, Hanna et al. 1970). Az Al 3 +-ra vonatkozó hidrolízis folyamatlépcsők kapcsolatának fő sajátosságait a 2. ábra érzékelteti. (Hayden et al., Rubin et al. 1974). Az alumínium-ion vízkémiája meglehetősen — komplexes — sokféle folyamatú, hiszen az A1(0H) 3 csapadék képződését megelőzően számos hidrolízis termék keletkezik. Az Al 3+ hidrolízis típusait és azok kolloid részecskékkel lehetséges kapcsolatait azonban fontos ismerni, mert a derítés alapvető részfolyamatai — a koaguláció, — a restabilizáció alapmechanizmusai csak ezen ismeretek birtokában ítélhetők meg. Az alumíniumsók vízbeli oldódásakor, a folyamat részletesebb elemzésekor kitűnik, hogy az Al 3+ fémion hidratál, hat vízmolekulával fém-hidroxokomplexet, A1(H 20)| +- alkot. Ez számos hidrolízis termékkel léphet reakcióba és a hat H 20molekulát az OH- ligandumok helyettesítik. Például az első hidrolízis reakció gyakran a következő egyensúlyi állapottal jellemezhető: Al(H,0)f+ H 20^A1(H 20) 50H 2+ + H 30 + (1) A H 30 + ion egyszerűsítve H + ionnak vehető. Az OH- ligandumokat egyéb vízmolekulákba is behelyettesítve, pozitív-, negatív- és semleges felületi töltésű hidrolízis termékek keletkezhetnek: Al(H 2O) 50H 2 + -~A1(H 20) 40H+ -A1(H 20) 30H 3— A1(H 20) 20H" Az Al-ionhoz kapcsolódó H 20 ligandumokat - A1(H 20)0H 2~ aioh 3-. (2 ) pH növekeúes Al ,3+ A10H 2+ At (OH). Al(OH): w //w AI 8(0H)^ más i polinukleárok AI00H kristályos fázisok •ai 20 3 2. ábra. Az Al 3 +-hidrolízis folyamatának kapcsolata Abb 2. Beziehung des Prozesses der AI 3 + -Hydrolyse újra elhanyagolva, az A1(H 20) 50H 2 + az AIOH 2+ formában írható fel. Az előző termékekből, számos hidrolízis termékkel polimerek képződhetnek: Al 1 3(OH)5+, Al 7(OH)'+, Al 8(OH)|+, Al 6(OH) 3 5 + Az Al 3 + hidrolízis termékek képződéséhez tartozó fő folyamatok (Matijevic 1973; Rubin 1974). — A fém-hidroxo-komplexek jól adszorbeálódnak felületeken és azok töltéseit megváltoztatják, ellenkező töltésűre is módosíthatják. — Amint az (1) egyenlet mutatja, a hidrolízis reakciók H +-ionokat szabadítanak fel, így az oldat pH-ja csökken. — A különböző hidrolízis termékek koncentrációját a végső H + ionok koncentrációja, vagyis a pH szabályozza. — Az aluminát-ion, AI(OH) 4~, mint ionos termék, a lúgos pH tartományban a szilárd hidroxiddal, Al(OH) 3 egyensúlyban van (Hayden, Rubin 1974). Az egyensúly feltétele: Al(OH) a + H 20—Al(OH)" + H H (4 — Bizonyos pH tartományban az Al(OH) 3-val a következő fő reakciótermékek vannak egyensúlyban : Al 3 +, Al(OH) 2 +, Al 8(OH)J+, Al(OH)- (5) Ezekre nézve az egyensúlyi egyenletek és az egyensúlyi állandók közelítőleg: _ [A10H 2 +]{H + }_ 55 ^M- [AF+ ] [Al 3+] [A1 8(OH)*+]{H + } 2 0 *K *K 8.20" {H +} [Al 3 + ]8 .10-08.7 ; ^Q+10.40 [Al 3 +] *Kso=[Al 3 +]{OH~} 3=10~ 3 163 *K 4=[A1(OH)-]{H + }=1012 3 5 (6) (7) (8) (9) (10) Ezekben az egyenletekben a H + aktivitást a {H +}, a koncentrációt pl. a [Al(OH) 4~forma fejezi ki. A fémhidroxidok, Me(OH) n oldhatósága, amint az előzőekből kitűnik, általánosságban tehát a következő disszociáció-reakcióval jellemezhető [Rubin, 1974]: Me(OH) n«Me n+ + nOH-, (11) így a reakció egyensiilyi állandója: K So = {Me n + }{ OH- } n. (12) A reakció mint hidrolízis is felírható: Me n+ + nH 2O^Me(OH) u + nH+, (13) s így az egyensúlyi állandó: {H + }n Keo {Me n +} (14)
