Katjonu apmaiņas kapacitāte

Katjonu apmaiņas kapacitāte (CEC — cation exchange capacity) ir kopējais apmaiņas katjonu daudzums jeb kopējais negatīvais lādiņš, ko substrāts spēj saistīt ar virsmas lādiņu pie attiecīgas vides reakcijas pH.[1] Saistītie katjoni var tikt aizstāti ar citiem, piemēram, K var tikt aizstāts ar Ca un pretēji. Jo lielāka CEC, jo lielāks negatīvais lādiņš un vairāk katjonu var tikt saistīti.[2]

Katjonu apmaiņas kapacitāti lieto, lai raksturotu augsnes auglību, augu barības vielu aizturēšanas spēju un augsnes spēju aizsargāt gruntsūdeņus no katjonu piesārņojuma.[3]

Katjonu apmaiņas pamatā ir mālu minerālu un humusvielu negatīvi lādētās virsmas, uz kurām tiek absorbēti un aizturēti pozitīvi lādēti joni, kas ir atkarīga no pH, augsnes tekstūras, māla veida un humusvielu satura.[3]

MērvienībasLabot

SI sistēmā katjonu apmaiņas kapacitātes mērvienība ir centimoli ūdeņraža uz kilogramu sausa substrāta (cmol/kg), taču parasti tiek lietota mērvienība — ūdeņraža miliekvivalenti uz 100 g sausa substrāta (meq+/100g).

Augsnes CECLabot

Katjonu apmaiņas kapacitāte ir dinamiska augsnes ķīmisko sistēmu komponente, kas ietekmē augsnes struktūras stabilitāti, augu barības vielu pieejamību, augsnes pH un augsnes ķīmisko līdzsvaru mijiedarbībā ar augsnes mēslojumu.[4] Tā raksturo arī augsnes auglību — spēju saistīt apmaiņas katjonusCa, Mg, K, Cu, Zn un Fe. Jo lielāka CEC, jo auglīgāka augsne.[5]

Augstākas CEC vērtības piemīt mazak erodētām augsnēm, kurās primārie minerāli lēnām tiek erodēti, atbrīvojot augu barības vielas.[6]

Iežu granulometrija un CECLabot

CEC pieaug, samazinoties minerālu daļiņu izmēriem, kas skaidrojams ar īpatnējās virsmas pieaugumu.

Smiltīm CEC vērtība ir ļoti zema, turpretim mālam tā ir vislielākā.[6]

pH un CECLabot

Augstāka katjonu apmaiņas kapacitāte ir bāziskā vidē un zemāka — skābā vidē, jo katjoni tiek aizvietoti ar ūdeņraža jonu.[7]

Ja augsnei ir augsta CEC vērtība un tā satur daudz Ca, Mg, K un Na jonu, ir nepieciešams ievērojams daudzums H jonu, lai būtiski izmainītu pH, kā arī augsnes ķīmiskās un fizikālās īpašības — augsnei piemīt liela buferkapacitāte. Līdzīgi — ja augsne ar augstu CEC vērtību satur daudz H jonu, ir nepieciešams liels daudzums bāzisko katjonu, lai izmainītu tās īpašības.[6]

Mālu CECLabot

Mālu minerāliem piemīt augsta CEC, piemēram, smektītiem — 100—150, illītam — 10—40 un kaolinītam 3—15 cmol/kg[7] to ķīmiskās struktūras dēļ. Visaugstākā CEC ir montmorilonītam (smektītu grupas mālam), turpretim viszemākā — ļoti erodētam kaolinītam. Mālu CEC uzlabojas, ja tajā ir liels humusvielu saturs.[8]

1:1 struktūras māla minerāliem (kaolinīts) ir zemāka CEC, nekā 2:1 struktūras māla minerāliem (smektīti, illīts, vermikulīts, muskovīts)[9][10][11][12]

Humusvielu CECLabot

Humusvielām CEC ir lielāka nekā māliem — 200—400 cmol/kg[7], jo to koloīdiem ir liels negatīvais lādiņš. Humusvielu CEC ir 2—5 reizes lielāka kā montmorilonītam un līdz pat 30 reizes lielāka kā kaolinītam.[8]

Skatīt arīLabot

AtsaucesLabot

  1. Andreas Bauer, Bruce D. Velde. Geochemistry at the Earth’s Surface. Berlin : Springer Berlin Heidelberg, 2014. ISBN 978-3-642-31359-2. Skatīts: 2016. gada 6. martā.
  2. «Fundamentals of Soil Cation Exchange Capacity (CEC)». Skatīts: 2016. gada 6. martā.
  3. 3,0 3,1 Nyle C. Brady, Raymond R. Weil. The Nature and Properties of Soils, 13th ed. New York : Pearson Education, Inc., 2002.
  4. P. A. Hazelton, B. W. Murphy. Interpreting Soil Test Results: What Do All the Numbers Mean. Melbourne : CSIRO Publishing, 2007.
  5. Ross, D. S.; Ketterings, Q. (2011). "Recommended methods for determining soil cation exchange capacity.". Recommended Soil Testing Procedures for the Northeastern United States 493.: 75-85.
  6. 6,0 6,1 6,2 «Cation Exchange Capacity (CEC)». Skatīts: 2016. gada 6. martā.
  7. 7,0 7,1 7,2 Gelderman, R. (2013). "Basics of soil fertility". Nutrient, Soil and Water Management Conference.
  8. 8,0 8,1 «Cation exchange capacity». Arhivēts no oriģināla, laiks: 2016. gada 18. martā. Skatīts: 2016. gada 6. martā.
  9. A. Meunier. Clays. Berlin : Springer-Verlag, 2005.
  10. A. Stinkule. Māli Latvijas zemes dzīlēs. RTU, 2014.
  11. Martin-Garcia, J. M.; Delgado, G.; Parraga, J. F.; Gamiz, E.; Delgado, R. (1999). "Chemical, mineralogical and (micro)morphological study of coarse fragments in Mediterranean Red Soils". Geoderma 90: 23-47.
  12. Peinemann, N.; Amiotti, N. M.; Zalba, P.; Villamil, M. B. (2000). "Minerales de arcilla en fracciones limo de horizontes superficiales de suelos de diferente mineralogia". Ciencia del Suelo 18 (1): 69-72.