| ostatní druhy sorpce |

fyzikálně chemická (výměnná)

| výměnná sorpce kationtů | nevýměnná sorpce kationtů (fixace) | výměnná sorpce aniontů |

            Její podstatou jsou elektrostatické síly, resp. vzájemná neutralizace opačně nabitých částic. Na jedné straně jsou to koloidní částice minerálního i organického podílu pevné fáze půdy, na druhé straně je to půdní roztok, obsahující  ionty živin. Na rozhraní obou těchto fází vznikají povrchové náboje a v důsledku toho i různé adsorpční jevy. Výměna iontů mezi pevnou a kapalnou fází půdy je reverzibilní proces. Soubor všech půdních koloidů se běžně označuje jako výměnný sorpční komplex, který je tvořen půdními koloidy (do 0,001 mm), vyznačujícími se některými vlastnostmi shodnými s koloidy. Půdní koloidy představují látky organické (humusové), minerální, jílové minerály, oxidy Al a Fe a organominerální.

            V půdách se vyskytují:

• záporně nabité acidoidy (jílové minerály, huminové kyseliny, kyselina křemičitá),

• kladně nabité bazoidy,

• amfolytoidy (amorfní hydráty sesquioxidů, bílkoviny aj.), které v kyselém disperzním prostředí uvolňují hydroxylové ionty - chovají se jako bazoidy a výměnou adsorbují záporně nabité anionty (např. H₂PO₄^-, HPO₄^2-, PO₄^3-, SO₄^2- aj.). Naopak v zásaditém prostředí uvolňují vodíkové ionty - chovají se jako acidoidy a výměnou adsorbují kladně nabité kationty z půdního roztoku např. Ca²⁺, Mg²⁺, K⁺, NH₄⁺ aj. Při určitém pH nastává izoelekrický bod a amfolytoid je neutrální. V našich půdách se většinou chovají jako bazoidy.

            Zjednodušené schéma koloidní organominerální micely uvádí obrázek vpravo nahoře. Ve středu je jádro, které se svým povrchem tvoří koloidní granuli. Na jejím povrchu je nabíjecí vrstva, která určuje náboj granule (záporně nabité). Pro zachování neutrality micely musí být k dispozici opačně nabité ionty, které tvoří vrstvu kompenzujících iontů (kationtů). Obě vrstvy tvoří elektrickou dvojvrstvu, která určuje povahu elektrokinetického potenciálu. Vrstva kompenzujících iontů se dělí na dvě části: na nepohyblivou vrstvu, která těsně přiléhá k nabíjecí vrstvě (Sternerova vrstva) a na difúzní vrstvu, nacházející se směrem k vnějšímu roztoku (Goyuova vrstva).

nahoru

Výměnná sorpce kationtů

            K výměnné sorpci kationtů dochází mezi půdním roztokem a iontovou dvojvrstvou fázového rozhraní minerálních a organických půdních koloidů vyvolaných difúzními ději. Její intenzita závisí na vlastnostech sorbentů, hodnotě pH půdního roztoku, koncentraci iontů a iontové síle, teplotě půdy, stupně hydratace iontů aj. Z minerálního podílu půdy jsou to hlavně jílové minerály, které se vyznačují touto schopností.

            U kaolinitů jsou těžištěm výměnné sorpce kationtů prakticky pouze volné valence kyslíku v místech přerušených vrstev mezi sousedními tetraedry. Podobný způsob výměnné sorpce kationtů je znám u většiny jílových minerálů.

            U jílových minerálů typu montmorillonitu k vzniku záporného náboje dochází:

a)    izomorfní záměnou pozitivního Si⁴⁺ v silikátových tetraedrech Al³⁺. Tím vznikne jeden volný záporný náboj, který může být kompenzován kladným nábojem.

                        (SiO₂)_n                                            [(SiO₂)_m-Si4+ + Al³⁺]^-

                   neutrální stav                            struktura s jedním záporným nábojem

b)   izomorfní záměnou iontů Al³⁺ ve vnitřní oktaedrické vrstvě jílového minerálu pozitivně nabitými dvojmocnými ionty Mg²⁺, Fe²⁺. Tato záměna je typická pro montmorillonit.

                        [Al(OH)₆]_n                             {[Al(OH)₆]_n-Al3+ + Mg²⁺}^-

          U těchto jílových minerálů spolu s vodou pronikají do lamel ve vodě rozpuštěné prvky (hydratované ionty), které se mohou vyměňovat za ionty nacházející se v těchto prostorách. Tím dochází k intramicelární sorpci živin i vnitřním povrchu jílových minerálů.

c)    K vzniku záporných nábojů dochází i oddisociováním H⁺ zejména na okrajích a hranách krystalové mřížky (extramicelární sorpce živin). V kyselých půdách (pH 5) k této sorpci nedochází, protože H⁺ ionty nedisociují.

d)   Záporný náboj vzniká odštěpením H⁺ z fenolických, hydroxylových nebo karboxylových skupin organických koloidů (huminové kyseliny).

            Výměna kationtů přímo závisí na zastoupení koloidně disperzních částic v půdě. Při výměně kationtů mezi půdním roztokem a sorpčním půdním komplexem dochází za určitých podmínek k rovnovážnému stavu. Změnou složení a koncentrace prvků v půdním roztoku (vlivem hnojení, závlahy, mineralizací organických hnojiv aj.) se rovnovážný stav narušuje. K obnovení rovnovážného stavu přecházejí kationty z půdního roztoku do sorpčního komplexu a opačně.

            Výměna kationtů probíhá mezi jednovalentními a vícevalentními ionty. K výměně kationtů dochází o stejné valenci (K⁺ - NH₄⁺, Ca²⁺ - Mg²⁺) nebo o různé valenci (Ca²⁺ - K⁺, Mg²⁺ - NH₄⁺ aj.).

            Jestliže výměna probíhá mezi kationty o stejné valenci platí, že při dosažení rovnovážného stavu je vzájemný poměr adsorbovaných kationtů proporcionální jejich vzájemnému poměru v půdním roztoku a nezávisí na jejich koncentraci. Pokud dochází k výměně mezi kationty o různé valenci, jsou vztahy složitější a uplatňuje se výrazně iontová síla půdního roztoku. Výměna kationtů se řídí zákonem o působení hmoty, který lze vyjádřit pro výměnu:

            Dále platí zásada, že intenzívněji jsou adsorbovány ionty o vyšší valenci. Intenzita adsorbce kationtů o stejné valenci závisí na jejich hydratačním obalu. Hydratační obal je tím větší, čím menší je velikost iontů.

Poloměry některých iontů v mm

- nejsou uvedeny v literatuře

            Ionty s malým poloměrem přitahují velké množství dipólů vody a mají tedy větší obal než ionty s velkými poloměry. Proto hydratované ionty stejného mocenství jsou slaběji adsorbovány (lyotropní řada):

                        Li⁺ <  Na⁺ <  K⁺ £  NH₄⁺ ;    Mg²⁺ <  Ca²⁺ ;    Al³⁺ <  Fe³⁺

            Hydratovanější ionty jsou lépe z výměnného sorpčního komplexu vytěsněny, poněvadž jsou slaběji poutány. Výjimkou je H⁺, který s H₂O tvoří H₃O⁺ o poloměru 0,135, proto je H⁺ adsorbován silněji než většina jednomocných a dvojmocných kationtů.

            Uvedené poznatky mají značný praktický význam. Při dostatku vláhy v půdě (jaro, podzim) půda intenzivněji adsorbuje dvojmocné kationty a adsorbce jednomocných kationtů se snižuje. Do půdního roztoku přechází K⁺, NH₄⁺, Na⁺. Při vysychání půdy je tomu naopak.

nahoru

Nevýměnná sorpce kationtů (fixace)

            Ionty některých živin (NH₄⁺, K⁺) mohou být v půdě sorbovány pevněji než-li výměnnou sorpcí, tzv. fixací. Je to ireverzibilní (nevratná) adsorpce kationtů některými složkami půdy. Fixaci podléhají ty ionty, které se vejdou (za sucha bez hydratačního obalu) do šestiúhelníkové dutiny mezi atomy kyslíku sousedící se šesti Si-tetraedry v krystalové mřížce vrstevných alumosilikátů a dále do mezivrstevných prostorů. Průměr dutiny je 0,28 nm. Z kationtů to jsou K⁺, NH₄⁺, H₃O⁺, Rb⁺, Ba²⁺, jejichž průměry jsou mezi 0,266-0,296 nm. Hydratace zvětšuje rozměr iontů (tabulka výše) a proto při vysychání bývá fixace větší.

            Z půdního roztoku jsou nejvíce fixovány NH₄⁺ a K⁺ ionty. Schopností fixovat kationty se vyznačují hlavně illity, montmorillonity, vermiculit. Fixované kationty mohou být rostlinami využívny. Zvláště fixovaný NH₄⁺ z hnojiv je opět během vegetace postupně rostlinami využíván (až do 75-80%).

nahoru

Výměnná sorpce aniontů

            V našich půdách probíhá v omezené míře. Je umožněna hlavně vznikem kladných nábojů na organických i minerálních koloidech v kyselém prostředí, kdy dochází k disociaci některých funkčních skupin (např. OH^-) a vzniklý kladný náboj koloidu může být neutralizovn záporným nábojem iontu z půdního roztoku (např. H₂PO₄^-).

            Rovněž některé amorfní gely a sraženiny v půdě vykazují určitou schopnost výměnné sorpce aniontů.

                        [Al(OH)₃]_n    Û    {[Al(OH)₃]_n-OH}⁺

                 neutrální struktura        struktura s jedním kladným nábojem

                                                    schopným vázat záporný náboj aniontu

            Vzhledem k relativně nízkému obsahu kladných nábojů v půdě je schopnost výměnné sorpce aniontů zvláště v neutrálních půdách malá a pohybuje se v rozpětí 1-5%.

nahoru

autor textu: Prof. Ing. Rostislav Richter, DrSc.

Schéma koloidní micely