Hidrológiai Közlöny, 2019 (99. évfolyam)

2019 / 4. szám

71

Nagy G., Nagy L.: Kötött talajok diszperzitása - a jelenség háttere, a mértékadó hézagtényező alkalmazhatósága

ábra). A leírt kapcsolat a diffúz kettős réteg tulajdonságaival magyarázható.

3. ábra. Vonzó és taszító erők kapcsolata (Kézdi 1972 és Mitchell 1974 alapján)

Figure 3. Attractive and repulsive forces (after Kézdi 1972 and Mitchell 1974)

Minden ásványi fázis jellemzője, hogy a felületükön lévő szabad vegyértékek folytán ionok, illetve gyökök és molekulák megkötésére képesek, és ez a képesség exponenciálisan növekszik a szemcseméret csökkenésével, azaz a fajlagos felület növekedésével. Az adszorpciót létrehozó erő nagysága, jellege és a megkötődés folyamata alapján kis és közepes hatótávolságon belül fizikai adszorpciónak, Coulomb-erők hatására ioncserének, ha pedig a két fázis között kémiai reakció jön létre, kemiszorpciónak nevezik (Filep 1988). Talajok esetén ezek a folyamatok általában a szemcsék felszínén megkötött szol vátrétegben játszódhatnak le. A talaj ásvány, a felületén megkötött szolvátréteggel és a benne található ionokkal alkotja a micellát. A talaj szolvátrétegének kationösszetételét a talaj oldat koncentráció és a kémiai összetétel határozza meg, ezek változása hatására jöhet létre kation csere.

Talajokban a legfontosabb kicserélhető kationok a Ca2+, Na+, Mg2+, K+, AI3 , H+, melyek közül az első négyet lúgos kémhatásuk miatt kicserélhető bázisnak is nevezik. Amennyiben a felület és az ion között specifikus kölcsönhatás nincs, annak a rendjét, hogy a felületen milyen ionok adszorbeálnak, vagy milyen ionok cserélődnek ki, a liotróp sor határozza meg. Általánosan érvényes továbbá, hogy a nagyobb vegyértékű ionok, valamint azonos vegyértékű ionok közül a kevésbé hidratáltak kötődnek erősebben (Filep 1988).

fázis belsejében tapasztalhatóktól (Filep 1988). Ez a határréteg tulajdonságaiban eltért mind a szemcse, mind a folyadék fázis tulajdonságaitól, és az itt lejátszódó folyamatok (ioncsere, adszorpció) azok, amelyek az anyagok tulajdonságait döntően befolyásolják (Szabó 1999).

Az elektroneutralitás alapján a talajásvány negatív töltését a határrétegben lévő pozitív kationoknak kell ellensúlyozniuk. A határréteg leírását és az ottani töltésviszonyokat számos elmélet (Helmholtz, Gouy-Chapman, Stern) írja le. Közös jellemzőjük, hogy a kettősréteget egy, a felülettől távolodva csökkenő potenciálú közegnek írják le. A potenciál-eloszlás a diffúz rétegben Szabó (1999) alapján a (1) egyenlettel írható le:

Vx = % ■ exp(-/c -x), (1)

azaz, a potenciál a felület mentén (4J0) a távolsággal (x) exponenciálisan csökken, a csökkenés mértéke pedig Mitchell (1974) alapján a (2) összefüggés szerint írható le:

k —

8n-T]0-e2-v2

D-k-T

(2)

ahol is:

• 770 az ion koncentráció (1 cm3 térfogatra jutó ionmennyiség);

• e az elemi töltés (1,6 • 10-19 Coulomb);

• v az ionérték (vagy vegyérték);

• Da dielektromos állandó (vagy permittivitás);

• /ca Boltzmann állandó (1,38 ■ 10 — 23 J/K);

• T a hőmérséklet.

Carey (2014) a diszperzív talajok kutatásakor kitér a kettős rétegben elhelyezkedő ionok szerepére. Túllép azon, hogy az ionos összetétel széles skálája határozza meg a talaj viselkedését, és a diszperzív tulajdonságot a szemcsék között található nátrium és kalcium ionok arányához kapcsolja. Ez alapján, amennyiben a kalciumion jelenléte a domináns, a diszperzió nem jön létre, ugyanis a két vegyértékű, viszonylag kisméretű (ionsugarú) kalcium ionok a szomszédos szemcsék negatív töltéseihez kötődhetnek, ezáltal stabil talaj szerkezetet eredményezve (4. ábra).

4. ábra. Különböző ionok kötődése az agyagszemcsékhez (Carey 2014 alapján)

Figure 4. Connection of different ions to clay platelets (after Carey 2014)

Abban az esetben, ha vegyesen található meg a talajoldatban nátrium- és kalciumion, míg a két vegyértékű kalcium mindkét szomszédos felülethez tud kötődni (5. ábra), az egy vegyértékű nátrium csak az egyikhez.

A kolloidok felületén az adszorpciós folyamatok következtében a talajkolloid és a folyadékfázis között határrétegjön létre, melyben az ionkoncentráció eltér mindkét

Amennyiben a minta víztartalma megnő, a nátrium sokkal nagyobb vízburkot képes megkötni maga körül, mint azt a kalcium teszi, ennek következtében az agyagré-