سعة تبادل الكاتيون

📅 آخر تحديث: ٣١ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٣١ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 9 صور
الموسوعة الحرة

سعة تبادل الكاتيون ( CEC ) هي مقياس لعدد الكاتيونات التي يمكن الاحتفاظ بها على أسطح جسيمات التربة. [1] ترتبط الشحنات السالبة على أسطح جسيمات التربة بالذرات أو الجزيئات المشحونة إيجابيا (الكاتيونات)، ولكنها تسمح لها بالتبادل مع جسيمات أخرى مشحونة إيجابيا في مياه التربة المحيطة. [2] هذه إحدى الطرق التي تغير بها المواد الصلبة في التربة كيمياء التربة. تؤثر CEC على العديد من جوانب كيمياء التربة، وتستخدم كمقياس لخصوبة التربة ، حيث تشير إلى قدرة التربة على الاحتفاظ بالعديد من العناصر الغذائية (مثل K + و NH 4 + و Ca 2+ ) في شكل متاح للنبات. كما يشير أيضًا إلى القدرة على الاحتفاظ بكاتيونات الملوثات (مثل Pb 2+ ).

التعريف والمبادئ

تبادل الكاتيونات على سطح جسيمات التربة

تُعرَّف سعة تبادل الكاتيون بأنها كمية الشحنة الموجبة التي يمكن تبادلها لكل كتلة من التربة، وعادةً ما تُقاس بوحدة cmol c /kg. تستخدم بعض النصوص وحدات معادلة أقدم me/100g أو meq/100g. تُقاس سعة تبادل الكاتيون بمول الشحنة الكهربائية، لذا فإن سعة تبادل الكاتيون البالغة 10 cmol c /kg يمكن أن تحتوي على 10 cmol من كاتيونات الصوديوم ( بوحدة شحنة واحدة لكل كاتيون) لكل كيلوجرام من التربة، ولكن 5 cmol Ca 2+ فقط (وحدتان من الشحنة لكل كاتيون). [1]

تنشأ سعة تبادل الكاتيون من شحنات سالبة مختلفة على أسطح جسيمات التربة، وخاصة تلك الخاصة بمعادن الطين والمواد العضوية في التربة . تتكون طينات السيليكات الرقائقية من صفائح متعددة الطبقات من أكاسيد الألومنيوم والسيليكون . يمكن أن يؤدي استبدال ذرات الألومنيوم أو السيليكون بعناصر أخرى ذات شحنة أقل (على سبيل المثال استبدال Al 3+ بـ Mg 2+ ) إلى إعطاء بنية الطين شحنة سالبة صافية. [2] لا تنطوي هذه الشحنة على إزالة البروتونات وبالتالي فهي مستقلة عن الرقم الهيدروجيني ، وتسمى الشحنة الدائمة. [1] بالإضافة إلى ذلك، تعرض حواف هذه الصفائح العديد من مجموعات الهيدروكسيل الحمضية التي يتم إزالة بروتوناتها لترك شحنات سالبة عند مستويات الرقم الهيدروجيني في العديد من الترب. تساهم المادة العضوية أيضًا بشكل كبير في تبادل الكاتيون، نظرًا لعددها الكبير من المجموعات الوظيفية المشحونة . تكون CEC أعلى عادةً بالقرب من سطح التربة، حيث يكون محتوى المادة العضوية أعلى، وتنخفض مع العمق. [3] تعتمد CEC للمادة العضوية بشكل كبير على الرقم الهيدروجيني. [1]

يتم امتصاص الكاتيونات على أسطح التربة عن طريق التفاعل الكهروستاتيكي بين شحنتها الموجبة والشحنة السالبة للسطح، لكنها تحتفظ بغلاف من جزيئات الماء ولا تشكل روابط كيميائية مباشرة مع السطح. [4] وبالتالي تشكل الكاتيونات القابلة للتبادل جزءًا من الطبقة المنتشرة فوق السطح المشحون. يكون الارتباط ضعيفًا نسبيًا، ويمكن إزاحة الكاتيون بسهولة من السطح بواسطة كاتيونات أخرى من المحلول المحيط.

درجة حموضة التربة

تأثير درجة حموضة التربة على قدرة تبادل الكاتيون

تعتمد كمية الشحنة السالبة الناتجة عن نزع بروتونات مجموعات هيدروكسيل الطين أو المادة العضوية على درجة حموضة المحلول المحيط. تؤدي زيادة درجة الحموضة (أي تقليل تركيز كاتيونات الهيدروجين ) إلى زيادة هذه الشحنة المتغيرة، وبالتالي زيادة سعة تبادل الكاتيون أيضًا.

قياس

مبدأ قياس CEC في التربة

يتم قياس سعة تبادل الكاتيون عن طريق إزاحة جميع الكاتيونات المرتبطة بمحلول مركّز من كاتيون آخر، ثم قياس الكاتيونات النازحة أو كمية الكاتيون المضاف المحتفظ به. [1] غالبًا ما يتم استخدام الباريوم (Ba 2+ ) والأمونيوم (NH 4 + ) ككاتيونات متبادلة، على الرغم من توفر العديد من الطرق الأخرى. [4] [5]

تعتمد قياسات CEC على الرقم الهيدروجيني، وبالتالي يتم إجراؤها غالبًا باستخدام محلول منظم بقيمة pH معينة. إذا كان هذا الرقم الهيدروجيني يختلف عن الرقم الهيدروجيني الطبيعي للتربة، فلن يعكس القياس CEC الحقيقي في ظل الظروف العادية. تسمى قياسات CEC هذه "CEC المحتملة". بدلاً من ذلك، يُطلق على القياس عند الرقم الهيدروجيني الأصلي للتربة "CEC الفعالة"، والتي تعكس القيمة الحقيقية بشكل أكثر دقة، ولكنها قد تجعل المقارنة المباشرة بين الترب أكثر صعوبة. [1] [5]

القيم النموذجية

تتحدد سعة تبادل الكاتيون في التربة من خلال المواد المكونة لها، والتي يمكن أن تختلف بشكل كبير في قيم CEC الفردية الخاصة بها. وبالتالي، تعتمد CEC على المواد الأم التي تطورت منها التربة، والظروف التي تطورت فيها. هذه العوامل مهمة أيضًا لتحديد درجة حموضة التربة، والتي لها تأثير كبير على CEC.

النطاقات النموذجية لـ CEC لمواد التربة [1] [6] [7]
النطاقات النموذجية لـ CEC لمواد التربة[1][6][7]
متوسط ​​CEC (pH 7) لبعض الترب في الولايات المتحدة الأمريكية استنادًا إلى تصنيف التربة التابع لوزارة الزراعة الأمريكية [8]
ترتيب تصنيف التربة CEC (سمول ج /كجم)
أولتيسولز 3.5
ألفيسولس 9
سبودوسولس 9.3
انتسولز 11.6
موليسولز 18.7
فيرتيسولز 35.6
الهيستوسولات 128

تشبع القاعدة

يعبر تشبع القاعدة عن النسبة المئوية لـ CEC المحتملة التي تشغلها الكاتيونات Ca 2+ و Mg 2+ و K + أو Na + . [1] [4] يُطلق عليها تقليديًا "كاتيونات قاعدية" لأنها غير حمضية، على الرغم من أنها ليست قواعد بالمعنى الكيميائي المعتاد. [1] يوفر تشبع القاعدة مؤشرًا لتجوية التربة [4] ويعكس توفر العناصر الغذائية الكاتيونية القابلة للتبادل للنباتات. [1]

قدرة تبادل الأنيون

يمكن للشحنات الموجبة للمعادن في التربة أن تحتفظ بالأنيونات بنفس مبدأ تبادل الكاتيون. غالبًا ما تحمل أسطح الكاولينيت والألوفين وأكاسيد الحديد والألومنيوم شحنات موجبة. [1] في معظم الترب تكون سعة تبادل الكاتيون أكبر بكثير من سعة تبادل الأنيون، ولكن يمكن أن يحدث العكس في الترب شديدة التجوية، [1] مثل الفيرالسول ( الأوكسيسول ).

مراجع

  1. ^ abcdefghijkl Brady, Nyle C.; Weil, Ray R. (2008). طبيعة وخصائص التربة (الطبعة الرابعة عشرة). Upper Saddle River، الولايات المتحدة الأمريكية: بيرسون.
  2. ^ أ ب بيركلاند، بيتر دبليو. (1999). التربة ومورفولوجيا الأرض (الطبعة الثالثة). أكسفورد: مطبعة جامعة أكسفورد.
  3. ^ زيك ، وولفجانج. شاد، بيتر. هنتيرماير-ايرهارد، جيرد (2014). بودن دير فيلت (بالألمانية) (الطبعة الثانية). برلين: سبرينغر سبيكتروم.
  4. ^ أ ب ج د شاتزل، راندال ج.؛ تومسون، مايكل ل. (2015). التربة: التكوين والتضاريس (الطبعة الثانية). كامبريدج: مطبعة جامعة كامبريدج.
  5. ^ ab Pansu, Marc; Gautheyrou, Jacques (2006). Handbook of Soil Analysis . Berlin: Springer-Verlag. ص 709-754. Bibcode :2006hsa..book.....P.
  6. ^ كارول، د. (1959). "تبادل الكاتيون في الطين والمعادن الأخرى". نشرة الجمعية الجيولوجية الأمريكية . 70 (6): 749-780. doi :10.1130/0016-7606(1959)70[749:ieicao]2.0.co;2.
  7. ^ "الكاتيونات وسعة تبادل الكاتيونات" . تم الاسترجاع في 23 يونيو 2017 .
  8. ^ Holmgren, GGS; Meyer, MW; Chaney, RL; Daniels, RB (1993). "الكادميوم والرصاص والزنك والنحاس والنيكل في التربة الزراعية في الولايات المتحدة الأمريكية". مجلة جودة البيئة . 22 (2): 335-348. Bibcode :1993JEnvQ..22..335H. doi :10.2134/jeq1993.00472425002200020015x.

المراجع العامة

راموس، ف. ت.؛ دوريس إي. إف. جي. سي؛ ويبر أو إل. إس؛ بيبر دي. سي؛ كامبيلو جونيور جيه. إتش؛ مايا جيه. سي. إس (2018) "المادة العضوية في التربة تضاعف سعة تبادل الكاتيون في التربة الاستوائية تحت الزراعة بدون حرث في البرازيل". مجلة علوم الأغذية والزراعة 10.1002/jsfa.8881

تم الاسترجاع من "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=سعة_التبادل_الكاتيوني&oldid=1227017351"
Original text
Rate this translation
Your feedback will be used to help improve Google Translate