9.1. Поняття про вбирну здатність грунту та її типи

Здатність твердої фази грунту вбирати тверді, рід- кі і газоподібні речовини називають вбирною здатністю. Грунт вби- рає речовини з грунтового розчину і грунтового повітря.

Вбирну здатність грунту грунтовно вивчав відомий грунтозна- вець К. К. Гедройц. Залежно від природи вбирання він виділив та- кі її типи.

Механічне вбирання відбувається під час фільтрації води крізь грунт. При цьому пори і капіляри затримують частки, розмір яких більший за діаметр капілярів. Завдяки механічному вбиранню лю- дина одержує чисту джерельну воду, а саме явище широко вико- ристовують при будівництві штучних фільтрів для очищення води.

Молекулярно-сорбційне, або фізичне, вбирання проявляється в тому, що на поверхні колоїдів грунту вбираються молекули речо- вин, які мають полярну будову. Прикладом фізичного вбирання є адсорбція грунтом молекул води. Вода, увібрана колоїдами грунту, називається гігроскопічною. Глинисті грунти, які містять в собі ве- лику кількість колоїдних часток, мають високу гігроскопічність, пі- щані, навпаки, є низькогігроскопічними.

Іонно-сорбційне, або фізико-хімічне (обмінне), вбирання — здатність грунту вбирати на поверхні колоїдних часток іони і обмі- нювати їх на еквівалентну кількість іонів грунтового розчину.

Хімічне вбирання зумовлено утворенням в грунтовому розчині важкорозчинних сполук, які випадають в осад. Катіони і аніони, які надходять у грунт з атмосферними опадами, добривами тощо, взаємодіють з солями грунтового розчину. В результаті утворю- ються нерозчинні або важкорозчинні сполуки. Наприклад:

1) CaCl₂ + Na₂CO₃ CaCO₃ + 2NaCl;

2) [ГВК^2–] Са²⁺ + Na₂SO₄  [ГBK^2–] 2Na⁺ + CaSO₄.

Біологічне вбирання зумовлене здатністю живих організмів, що населяють грунт, засвоювати хімічні елементи. Після відмирання організмів засвоєні ними хімічні елементи акумулюються у верхньо- му шарі грунту у складі органічних речовин.

9.2. Грунтові колоїди і грунтовий вбирний комплекс

Тонкодисперсна частина грунту (частинки розміром менше 0,001 мм) відіграє значну роль у фізико-хімічних процесах, що відбуваються у грунті. Колоїдна частина цієї фракції (частки розміром <0,0001 мм) має велику питому поверхню і високу вбир- ну здатність, яка відіграє дуже важливу роль у грунтоутворенні.

Незалежно від походження колоїди несуть на своїй поверхні заряд. Природа виникнення заряду у мінеральних колоїдів пояс- нюється так. Уламки більшості глинистих мінералів мають крис- талічну структуру. Всередині даного уламку енергетичні зв’язки між іонами, атомами чи групами атомів взаємно врівноважені, а на поверхні вони частково ненасичені. Поверхневі іони кристаліч- ної решітки діють на вільні іони грунтового розчину — відштовху- ють однойменні заряди або притягують іони з протилежним заря- дом. Явище притягання іонів колоїдною часткою називають сорб- цією (лат. sorbere—вбирання).

Сила сорбції окремого колоїду незначна. Проте при подрібнен- ні уламків, коли різко зростає питома поверхня частокданої маси, сумарний ефект дії поверхневих іонів стає значним. Заряд колоїдів органічних речовин виникає за рахунок дисоціації водневих іонів карбоксильних (СООН^—) і фенолгідроксильних (ОН^—) груп.

Якщо колоїдні частки знаходяться в розчині і взаємодіють з йо- го іонами, то вони набувають певної будови.

Будова колоїдної міцели. Поняття колоїдна міцела ввів у ко- лоїдну хімію швейцарський вчений грунтознавець Г. Вігнер. Осно- вою колоїдної міцели є ядро, яке являє собою складну сполуку аморфної або кристалічної будови різного хімічного складу.

На поверхні ядра розташований шар іонів, який визначає по- тенціал частки. Ядро міцели з цим шаром іонів називають гра- нулою. Між гранулою і розчином, що оточує колоїд, виникає елек- тричний потенціал, завдяки якому з розчину вбираються іони з про- тилежним зарядом. Так формується шар компенсуючих іонів. Таким чином, навколо ядра міцели утворюється подвійний електронний шар (рис. 17).

Іони компенсуючого шару, в свою чергу, розташовані навколо гранули двома шарами. Внутрішній — нерухомий шар, іони якого міцно утримуються на поверхні гранули. Гранулу разом з нерухо- мим шаром називають колоїдною часткою. Зовнішній шар компен-

суючих іонів називають ди- фузним. Іони цього шару мо- жуть еквівалентно обміню- ватись на іони грунтового розчину.

В грунтах одночасно на- явні мінеральні, органічні і органо-мінеральні колоїди Сукупність їх називають колоїдним, або грунтовим вбирним комплексом (КВК ГВК).

Рис. 17. Схема будови колоїдної міцели.

Грунтові колоїди утво- рюються в процесі вивітрю- вання гірських порід і грун- тоутворення в результаті подрібнення крупних часток або шляхом з’єднання мо- лекулярно подрібнених ре- човин. Їх стан підпорядко- ваний законам фізичної і колоїдної хімії. В грунтових колоїдних розчинах вони становлять дисперсну фазу, де дисперсним середо- вищем є вода. Між дисперсною фазою і дисперсним середовищем постійно відбуваються процеси взаємодії, існує динамічна рівно- вага.

Фізичні властивості грунту і його родючість залежать від скла- ду КВК і кількості увібраних іонів. Здебільшого в грунтах містять- ся мінеральні колоїди груп монтморилоніту і каолініту, органічні колоїди представлені гуміновими кислотами.