Page 39 - Technogenic_Ils_Yanin

ности твердого тела, отличаются от сил, действующих в объеме воды, где они компенсируются со
всех сторон другими частицами. На поверхности они не скомпенсированы, и равнодействующая
направлена перпендикулярно поверхности внутрь. В результате поверхность получает возмож-
ность притягивать и удерживать частицы вещества из раствора. В зависимости от характера взаи-
модействия адсорбента с поглощенными частицами различают физическую и химическую ад-
сорбцию. Пpи химической адсорбции между твердым веществом и сорбируемыми частицами про-
исходят химические реакции, в результате которых возникают новые соединении. При физической
адсорбции совершается только физическое поглощение частиц на поверхности. Склонность к ад-
сорбции у разных растворенных в воде ионов различная, в общем случае она пропорциональна
заряду иона и величине его радиуса [9].
Два свойства коллоидных частиц имеют значение в сорбции ими химических элементов и со-
единений: заряд частиц и большая величина поверхности по сравнению с объемом. Коллоидные ча-
стицы несут электрический заряд, знак которого не одинаков для различных веществ, но одинаков
для всех частиц одного и того же коллоида в определенном растворителе [635]. В речных водах от-
рицательными электрическими зарядами обладают глинистые и гумусовые коллоиды, кремнезем,
диоксид марганца, сульфиды тяжелых металлов и др.; положительными – водные оксиды Fe, Al, Cr,
Ti, Zr и др. Наличие одноименных электрических зарядов является препятствием к сближению, аг-
регации и оседанию коллоидных частиц. Вследствие электростатического притяжения коллоиды
адсорбируют противоположно заряженные ионы. В то же время ионы, имеющие тот же заряд, что и
поверхность пород, в силу тех же причин занимают место, примыкающее к первому адсорбционно-
му слою. В результате образуется неподвижный двойной электрический слой, состоящий из внут-
ренних потенциалзадающих частиц и внешнего компенсирующего слоя. К двойному электриче-
скому слою примыкает подвижный внешний диффузионный компенсирующий слой, в котором об-
мен частиц с находящимися в растворе ионами протекает значительно интенсивнее [635]. Согласно
данной модели, взаимодействие между адсорбируемым веществом и поверхностью адсорбента все-
гда является чисто электростатическим. Существует также гипотеза, согласно которой адсорбция
почти аналогична комплексообразованию в растворе (на поверхности сорбента образуются ком-
плексы). Известные экспериментальные данные согласуются с обеими моделями, т. е. в природных
условиях сорбция может, судя по всему, осуществляться обоими механизмами. Активность адсорб-
ции электролитов зависит от заряда иона: чем больше заряд иона, тем интенсивнее он адсорбируется
из водного раствора. Однозарядные ионы, имеющие больший радиус, особенно способны к адсорб-
ции. Коллоиды обладают большой удельной поверхностью, что увеличивает сопротивление жид-
кости их падению и способствует их нахождению во взвешенном состоянии. Особенно активно
адсорбция осуществляется органическим веществом, оксидами и гидроксидами Fe, Mn, Al, неко-
торыми глинистыми минералами (которыми, как мы знаем, обогащена речная взвесь), имеющих в
силу тонкозернистости большую площадь поверхности и характеризующихся крайне высокой ад-
сорбционной емкостью и высоким адсорбционным сродством, например, к тяжелым металлам. В
табл. 13 приведены данные о площади поверхности и катионообменной емкости тех составляю-
щих почвы, которые играют важную роль в сорбционных явлениях (и практически всегда входят в
состав речной взвеси).
Главными внешними источниками поступления глинистых минералов и некоторых аморф-
ных веществ в реки являются почвы, тонкие фракции которых обогащены ими. Емкость катионно-
го обмена различных веществ изменяется в зависимости от рН и природы ионов, занимающих об-
менные позиции. Довольно часто оксиды и органические вещества образуют на глинистых части-
цах своеобразные пленки и характеризуются высокой емкостью катионного обмена [955], однако
поверхностный заряд (и, следовательно, емкость) их зависят от значений рН [176]. Как правило,
при очень низких значениях рН адсорбции почти нет, при высоких – все катионы активно сорби-
руются. Для каждого катиона и в меньшей степени для каждого субстрата существует довольно
узкий диапазон значений рН, при которых наблюдается переход от почти полного отсутствии ад-
сорбции к почти полной адсорбции. Считается, что в окислительных условиях сорбция на оксидах
Fe и Mn и на твердом органическом веществе является более важной, чем, например, на силика-
тах. Это в существенной мере связано с тем, что в природных водах, содержащих указанные окси-

39