Talajkémia. Fizikai-kémiai alapfogalmak. Kémiai egyensúlyok. Reakciók kinetikája.

Átírás

1 Talajkémia A talaj alkotórészei szilárd, folyadék és gázfázis. Fizikai-kémiai alapfogalmak. Kémiai egyensúlyok. Reakciók kinetikája. Kémiai kötések. Oldódási egyensúlyok. Komplex vegyületek szerkezete. Vizes oldatok szerkezete, tulajdonságai. Sav-bázis elméletek. Protolitikus folyamatok. Kolloid rendszerek. A határfelület fogalma, tulajdonságai. Adszorpció, deszorpció. Ioncsere. Anyagok szorpciós tulajdonságai. Szorpciós izotermák, azok mérése. A talaj szorpciós puffer képessége. A talaj sav-bázis tulajdonságai A talajok redox tulajdonságai. Humuszanyagok. Transzport folyamatok a talajban. Táp és szennyező anyagok a talajban

2 A talaj alkotórészei, gázfázis Alapvetően levegőből áll, mely diffúzió útján jut el a talaj belsejében, a talaj élettevékenységének következtében CO 2 tartalma feldúsul a szabad levegőhöz képest. Kis mennyiségben gáz állapotú növényi produktumok is előfordulnak benne, pl. etilén. A talajlevegő összetételének eltérése a légkl gköréhez képestk -CO 2 koncentráci ció 0,2-14%, -O 2 -tartalom 12% vagy alatta akár r 0%, -NH 3, H 2 S, CH 4 stb. szerves bomlásb sból l származik.

3 A talaj alkotórészei, folyadék fázis Fő alkotórésze a víz, v azonban mivel mind a szilárd mind a gázfg zfázissal zissal egyensúlyban van benne oldott anyagok találhat lhatók. A gázfázisból l elsősorban sorban CO 2 -ot old, a szilárd fázisból l ionokat, szerves és s szervetlen molekulákat kat vesz fel.

4 A talaj alkotórészei, folyadék fázis Koncentráci ció,, aktivitás s fogalma: Aktivitás, olyan mennyiség g melyet használva a fizikaikémia összefüggések érvényben maradnak valódi oldatok esetében. Ozmózis zis jelenségek gek: P=RTln RTln(x A ) Vegyületek oldhatósága és s kicsapódása: sa: Oldhatósági szorzat: L=[A] ].[K]

5 A talaj alkotórészei, Szilárd fázis A talajképz pződés s alapanyaga A kőzetek k csoportosítása sa képződésük k szerint: Magmás Üledékes Átalakulási (metamorf)

6 A talaj alkotórészei, Szilárd fázis A kőzetek k aprózódása, fizikai és s kémiai k mállm llása. fizikai mállm llást vagy aprózódást (a kőzet k tömörst rsége és s szemcsemérete változik) v kémiai mállm llást (kémiai és ásványtani átalakulásokat, rétegenkénti nti átcsoportosulásokat sokat idéz z elő) biológiai mállm llást (a fizikai és s a kémiai k mállm llást a növényzet n nyzet élettevékenysége szabja meg).

7 A talaj alkotórészei, Szilárd fázis Kémiai mállm llás: oldási folyamatok A kőzetekben k lévől vízben jól j l oldódó anyagok kimosódnak, elsősorban sorban az alkálif lifémek és s az alkálif liföldfémek sóis szilikátok hidrolízis ziséből A A víz v z H + ionja a szilikát t K + ionját t lecseréli. li. Az így képzk pződő vegyület további hidrolitikus folyamatok következtk vetkeztében kovasav, Al(OH) 3, vagy átmeneti szilikát-boml bomlástermékek és s kovasav képződik. Ha a K + kapcsolódik az agyagásv svány-termékekhez, illit,, ha kioldódik, dik, kaolinit képzk pződése lép l p előtérbe. Trópusi területeken (sok csapadék, savas közeg, k gyorsan bomló szerves anyagok) több t kaolinit és s vas-, aluminium-oxihidr oxihidrát képződik, míg m Mérsékelt égövön n (kevesebb csapadék, alkalikus közeg) k több t illit és montmorillonit keletkezik.

8 A talaj alkotórészei, Szilárd fázis Kémiai mállm llás: savas oldatok hatására A talaj-alkot alkotókban kban jelen levő nedvesség g jelentős s mennyiségű CO2-t t képes k oldott állapotban tartani (szénsav). A kialakult savasságot az oldott savanyú szerves anyagok és s a protolitikus folyamatok tovább növelhetik. n A savas közeg k a hidrolízis során n keletkező vegyületekkel reakcióba lépnek, l azok elszáll llítását t (kioldódását) előseg segítik, ezáltal a lassú hidrolízis folyamatokat felgyorsítj tják, illetve az egyensúlyi folyamatokat eltolják. oxidáci ció során A jelenség g nagyon gyakori kísérője k a kémiai k mállm llásnak. A Fe 2+ Fe 3+ formává való oxidáci ciója oxid ill. hidroxid kiválást eredményez. A kiválás s (kicsapódás) s) a folyamatot a szilikát- bomlás s irány nyába tolja el. Az oxidáci ció tehát t felgyorsítja minden olyan szilikát t bomlását, mely ferro vasat tartalmaz. Az oxidáci ció jelentős s térfogatt rfogat-növekedéssel jár, j így a felület let fellazul, újabb anyag válik v hozzáférhet rhetővé az oxigén és s a nedvesség gszámára.

9 A talaj alkotórészei, Szilárd fázis Talajtani szempontból l jelentős ásványcsoportok: Kloridok, Szulfidok, Szulfátok, Nitrátok, tok, Foszfátok, Karbonátok, Oxidok, Szilikátok. pl. NaCl, KCl. pl. FeS 2 pl. CaSO 4, Na 2 SO 4 pl. NaNO 3, KNO 3 pl. Ca 5 (PO 4 ) 3 F, Fe 3 (PO 4 ) 2.8H 2 O pl. CaCO 3, CaMg(CO 3 ) 2 pl. goethit goethit, lepidokrokit,, hematit

10 A talaj alkotórészei, Szilárd fázis Szilikátok Vázszilikátok (vagy( tektoszilikátok tok) Szigetszilikátok tok (vagy( nezoszilikátok tok) Csoportszilikátok tok (vagy( szoroszilikátok tok) Gyűrűs s (vagy( cikloszilikátok tok) Lánc, szalagszilikátok (vagy( inoszilikátok tok) Rétegszilikátoktok (vagy filloszilikátok tok)

11 A talaj alkotórészei, Szilárd fázis, Szilikátok

12 A talaj alkotórészei, Szilárd fázis, Szilikátok Vázszilikátok (vagy( tektoszilikátok tok) Kvarc [SiO 2 ] 0

13 A talaj alkotórészei, Szilárd fázis, Szilikátok Szigetszilikátok tok (vagy( nezoszilikátok tok) Földpátok [AlSi 3 O 8 ] - KAlSi 3 O 8 NaAlSi 3 O 8 CaAl 2 Si 2 O 8

14 A talaj alkotórészei, Szilárd fázis, Szilikátok Vázszilikátok (vagy( tektoszilikátok tok) Földpátok ZEOLITOK Az alkáli liák és az alkáli li földff ldfémek vizes alumoszilikátjai

15 A talaj alkotórészei, Szilárd fázis, Szilikátok Szigetszilikátok tok (vagy( nezoszilikátok tok) [SiO 4 ] 4- Mg 2 SiO 4 Fe 2 SiO 4 Ca 2 SiO 4

16 A talaj alkotórészei, Szilárd fázis, Szilikátok Csoportszilikátok tok (vagy( szoroszilikátok tok) [Si 2 O 7 ] 6- Mg 3 Si 2 O 7 Fe 3 Si 2 O 7 Ca 3 Si 2 O 7

17 A talaj alkotórészei, Szilárd fázis, Szilikátok Gyűrűs s (vagy( cikloszilikátok tok) [Si 3 O 9 ] 6- (Ba,Ti)[Si 3 O 9 ]

18 A talaj alkotórészei, Szilárd fázis, Szilikátok Lánc, szalagszilikátok (vagy( inoszilikátok tok) Piroxének [Si 2 O 6 ] 4- (Mg,Fe Fe) 2 [Si 2 O 6 ]

19 A talaj alkotórészei, Szilárd fázis, Szilikátok Lánc, szalagszilikátok (vagy( inoszilikátok tok) Amfibolok [Si 4 O 11 ] 6- (Mg,Fe Fe) 3 [Si 4 O 11 ]

20 A talaj alkotórészei, Szilárd fázis, Szilikátok Rétegszilikátoktok (vagy filloszilikátok tok) [Si 4 O 10 ] 4- (Mg,Fe Fe) 2 [Si 4 O 10 ]

21 A talaj alkotórészei, Szilárd fázis, Szilikátok Másodlagos szilikátok Kaolinit csoport TO tipusú (1:1) tetraéder der-oktaéder, T: 10 Nem duzzadó,, erős s hidrogénhidak a rétegek r közöttk

22 A talaj alkotórészei, Szilárd fázis, Szilikátok Másodlagos szilikátok llit csoport, hidrocsillámok TOT (2:1) T: 30 Duzzadt, hidratált csillámok, K hatására csillámm mmá alakul

23 A talaj alkotórészei, Szilárd fázis, Szilikátok Másodlagos szilikátok Vermikulit csoport TOT (2:1) T: 150 Kisebb rétegtr tegtöltés, nagy belső felületek letek

24 A talaj alkotórészei, Szilárd fázis, Szilikátok Másodlagos szilikátok Szmektit csoport TOT (2:1) T: 100 Nagy rácskr csközi terek, erős s duzzadás

25 A talaj alkotórészei, Szilárd fázis, Szilikátok Vermikulit csoport átalakulása Szmektitté

26 A talaj alkotórészei, Szilárd fázis, Szilikátok Másodlagos szilikátok Klorit csoport TOT+O (2:1+1) T: 30 Önálló közbeiktatott Mg v. AlO réteg

27 Fizikai-kémiai alapfogalmak Belső energia, U Entalpia H=dU du+pdv Entrópia S Kémiai potenciál l m=m 0 +RTlnc Szabadenergia, df=du du-tds+mdn Szabadentalpia, dg=dh dh-tds+mdn Energia kontrollált lt reakciók k (redox( redox), Entrópia kontrollált lt reakciók k (oldódások, szorpció)

28 Kémiai egyensúlyok dg=0, df=0, minimum K: kezdeti, v:végs gső n 1.k 1 +n 2.k 2 =m 1.v 1 +m 2.v 2 reakció esetén n 1.µ k1 +n 2. µ k2 =m 1. µ v1 +m 2. µ v2 µ = µ 0.ln(c) ln ln v2, ( K ) = n1 µ 0k1 + n2 µ 0k2 m1 µ 0v1 - m2 µ 0v2 ( K ) = m1 ln( c ) + m2 ln( c ) n1 ln( c ) n2 ln( c ) v1 v2 k1 k 2 K = C C m1 v1 n1 k1 C C m2 v2 n2 k 2

29 Kémiai egyensúlyok, néhány alkalmazás Oldhatósági szorzat: A szilárd fázis koncentrációja állandó: K = [A]. [B] ahol: [A] és [B] az oldott anyagok koncentrációja Egyensúly eltolása: Bármelyik koncentráció megváltoztatására a többi koncentráció úgy változik, hogy a hányados értéke ne változzon C m1 C m2 K = v1 v2 C n1 C n2 k1 k 2

30 Kémiai egyensúlyok, néhány alkalmazás Víz-ion szorzat: A disszociálatlan víz koncentrációja állandó: [ + ] [ ] = 14 K = H OH 10 D, viz 20 o C-on és 100 kpa nyomáson [ ] H = OH [ ] ph = 14-pOH, ha ph = - log( [H + ] ) és poh = - log ( [OH - ] ) H + = H 3 O + = H 2n+1 O n +

31 Kinetika Reakciók kinetikája az egyensúly felé haladás s sebessége Kinetikailag kontrollált lt reakciók, k, folyamatos változv ltozások (humusz, élet stb ) Inhomogén n rendszerben a diffúzi zió sebessége erősen meghatározza a kémiai k reakciók sebességét.

32 Elsőrend rendű kinetika, Reakciók kinetikája dc dt egy lehetséges megoldás: = k c C = A(1 e kc ) Általában ezt használjuk ha nem ismerjük, vagy nem akarjuk figyelembe venni a többi t reakciópartner koncentráci ciójának változv ltozását. t. Ez a leggyakoribb a talajkémi miában.

33 Reakciók kinetikája Másodrendű kinetika, dc dt = k c c 1 2 Ebben az esetben két k t reakciópartner koncentráci cióját t vesszük k figyelembe a reakciósebess sebesség g számításánál. A talajkémi miában ritkábban alkalmazzuk.

34 Kémiai kötések Kovalens kötés: k Közös elektronpár az atomtörzsek körülk Poláros - ha az elektronok tartózkod zkodási valósz színűsége aszimmmetrikus Apoláros - ha az elektronok tartózkod zkodási valósz színűsége szimmmetrikus

35 Kémiai kötések Ionos kötés: k Elektronok teljesen átmennek az egyik atomról a másikra, m ionok keletkeznek Ionkristályok - pozitív és s negatív v ionok a kristályr lyrácsban egymás s töltt ltését közömbösítik

36 Kovalens kötés k - Kémiai kötések Ionos kötés: k Polarizáci ció: : kovalens kötés k s külsk lső hatásra poláros vagy ionos kötésbe k hajlik

37 Kémiai kötések Koordináci ciós s (donor akceptor) kötés: k Olyan kovalens kötés, k ahol a kötők elektronpárt rt az egyik résztvevr sztvevő adja

38 Kémiai kötések Van der Waals kötés: gyenge kötések k gyüjt jtőneve,, pl.: Molekulák k egymást polarizálva, lva, elektrosztatikus vonzás s keletkezik Az elektron mozgásából l származ rmazó átmeneti polarizáci ció miatt elektrosztatikusan vonzzák k egymást a molekulák. k. Részleges koordináci ciós s kötések k alakulnak ki

39 Komplex vegyületek szerkezete Komplex vegyületek Koordináci ciós s kötésekkel k kialakuló vegyületek, általában egy központi k atomot és s több t ligandumot tartalmaz, melyek körülveszik. k

40 Komplex vegyületek szerkezete Központi atom elektronhiányos nyos atomok vagy ionok, üres elektron pályp lyákkal pl. a P-mező fémjei és s félff lfémjei (Mg, Al,, B) és s D-mezD mező fémjei (Fe, Cu, Mn, Co, Zn, Ag, Au...) Ligandumok elektrondonorok H 2 O, OH -, NH 3, cianid, kelátok, szerves elektrondonorok

41 Komplex vegyületek szerkezete Komplexek térszerkezete t - geometrialag meghatározhat rozható,, egymást stól l legtávolabb elhelyezkedő ligandumok.

42 Hidrogénh nhíd d kötésk Kémiai kötések Speciális Van der Waals kötés s vízmolekulv zmolekulák k között. k Az elektronhiányos nyos hidrogén az oxigén n szabad elektronpárj rjával részleges koordináci ciós s kötést k alakít t ki.

43 Oldódási egyensúlyok Hidratáci ció,, szolvatáci ció Az oldott anyagot az oldószer molekulái orientáltan körbeveszik, k megakadályozva ezzel újbóli összetapadásukat, sukat, vizes oldatok esetén hidratáci cióról l beszélünk

44 Oldódási egyensúlyok Hidrátburok A hidratáci ció révén n kialakult diffúz z külsk lső határral rendelkező,, közel k gömbszimmetrikus g képződmény, melynek közepk zepében az oldott részecske találhat lható.

45 Oldódási egyensúlyok A hidratált ionok méretem A vizes oldatban ez a lényeges, l mivel hidratálva vannak az ionok. Minél l nagyobb a töltt ltés s annál l nagyobb Minél l kisebb az ion annál l nagyobb

46 Oldódási egyensúlyok Oldhatóság g feltétele tele Az oldandó anyag kristályr lyrácsának kötési k energiája kisebb mint az entrópia változv ltozás és hidratáci ciós s energia összege. Nagy energiaváltoz ltozás - melegszik az oldat Nagy entrópiav piaváltozás - lehűl l az oldat

47 Vizes oldatok tulajdonságai Hidrogén n híd h d rendszer, hidratáci ció A vízben v dinamikus egyensúlyban hidrogénh nhíd kötések alakulnak ki és s bomlanak el a molekulák k között. k Ennek hatására apró asszociátumok alakulnak ki és s bomlanak el folyamatosan.

48 Vizes oldatok tulajdonságai Ionmozgékonys konyságok (H, OH) Ionmozgékonys konyság g alatt értjük k egy adott ion sebességét t adott külsk lső erő hatására. A hidrogénh nhíd d rendszeren a hidrogén és hidroxid ionok úgy is elmozdulhatnak, hogy csak elektron ugrik át t egy molekuláról l az ionra. Ezért ezeknek az ionoknak a mozgékonys konysága sokkal nagyobb a többi t jelenlevő ionénál, és s ebből l adódóan an sok más m tulajdonsága is jelentősen különbk nbözik.

49 Vizes oldatok tulajdonságai Ionpárok rok,, molekula ionok A vizes oldatokban nem csak egyszerű ionok lehetnek, hanem részben r disszociálódott dott vegyületek is pl. HSO - 4, CuOH -, CaCl + stb. Különböző oldatok összekeverésével vel is képződhetnek ilyenek, ezeket ionpároknak nevezhetjük. A talajoldat tulajdonságain gainál figyelembe kell ezeket venni.

50 Vizes oldatok tulajdonságai Aktivitás s fogalma Hidratált és s más m s ionokkal kölcsk lcsönhatásban levő ionok és s molekulák k az oldatban úgy viselkednek, mintha kisebb lenne a koncentráci ciójuk. Azt az értéket, amely a számításokn soknál úgy viselkedik, mintha pontos koncentráci ció lenne, aktivitásnak nevezzük. Több módszer m ismeretes az aktivitás s közelk zelítő számítására és s mérésére. m re. Fizikai-kémiai módszerekkel csak ezt mérhetjm rhetjük.

51 Sav-bázis elméletek Arrhenius féle sav-bázis elmélet, let, hidrogénionok mozgása Sav az olyan molekula, amely hidrogén n iont képes leadni. Bázis B az, amely ezt képes k felvenni. A folyamat lényege, l hogy a sav protont ad a bázisnak. b

52 Sav-bázis elméletek Brönsted féle sav-bázis elmélet, let, minden anyag sav és s bázisb Minden protolítikus tikus folyamatban résztvevr sztvevő anyag egyszerre sav és s bázis b is lehet. A folyamat lényege, l hogy az erősebb sav protont ad át t az erősebb bázisnak. b

53 Sav-bázis elméletek Lewis féle elmélet let elektron donor-akceptorok A proton nem lényeges l a sav-bázis folyamatoknál. l. Bázis B az, amelyik elektronpárjait rjait képes megosztani, sav az, amely képes k ezeket részben r felvenni. A komplex vegyületek is sav-bázis folyamatokkal képződnek.

54 Sav-bázis elméletek Hidrolízis magyarázata Vizes oldatban az elektronhiányos nyos molekulák képesek kapcsolódni a vízmolekula v oxigénj njének nek szabad elektronpárj rjához.. Ezzel tovább polarizálva lva a molekulát, a víz v hidrogénj njét t még m pozitivabbá teszik, így az a hidrogénk nkötés s rendszeren keresztül átugorhat egy másik m vízmolekulv zmolekulára H 3 O-t t képezve. k

55 Kolloid rendszerek. Kolloid rendszer definíci ciója A felületen leten lezajló reakciók k számottev mottevővé válnak.

56 Kolloid rendszerek. Kolloidok típusait szuszpenziók - szilárd anyag folyadékban, a talaj leginkább erre hasonlít

57 Kolloid rendszerek. Kolloidok típusait szolok - mint az előző,, csak sokkal kisebbek a részecskék

58 Kolloid rendszerek. Kolloidok típusait emulziók - folyadék k folyadékban. pl. tej, olajos víz

59 Kolloid rendszerek. Kolloidok típusait aeroszólok - folyadék k vagy szilárd gázban. g pl. köd, füst f

60 Kolloid rendszerek. Kolloidok típusait habok - gáz z folyadékban vagy szilárd anyagban

61 Kolloid rendszerek. Kolloidok típusait micellák - molekula-asszoci asszociátumok folyadékban. pl. szappan, bizonyos esetben humuszanyagok

62 Kolloid rendszerek. Kolloid rendszerek megszűnése se Oldódás - a kolloid részecskr szecskék k valódi oldattá alakulnak Koaguláci ció - a kolloid részecskr szecskék összecsapódásasa

63 Kolloid rendszerek. Kolloidok előáll llítása Diszpergálás - aprítás s a kolloid mérettartományig Difformálás - nyújt jtással növelt n felület let pl. láncmolekulák, k, polimerek, Csapadékk kképzés - apró kristályok vagy folyadékcseppek képzk pződése kémiai k reakcióval Peptizáci ció - a szilárd fázis f kolloid rendszerré alakul úgy, hogy apró részecskék hidratálódnak dnak és s elválnak lnak egymást stól

64 Kolloid rendszerek. Fajlagos felület let fogalma, mérésem Tömegegységre gre eső felület let [m 2 /g]. Mérése: valamilyen ismert méretm retű anyagot kötünk meg a felületen, leten, az anyag mennyiségéből l számítjuk a felület let nagyságát.

65 Kolloid rendszerek. Kolloidok stabilitása sa Kizárólag kinetikailag kontrollált lt rendszer, termodinamikailag nem stabil a nagy felületi leti energiák k miatt, ami a nagy felületekb letekből l adódik. dik. A felület let borítotts tottságától és s a közeg k kémiai k tulajdonságától l függ f az élettartama.

66 A határfelület fogalma, tulajdonságai A felületi leti egyensúlyok. A felületen leten levő illetve megkötött tt anyagok leírása az oldatban levőkére nagyon hasonlít. Tudunk definiálni felületi leti energiát, koncentráci ciót t stb. Általában kémiai k egyensúlyok alakulnak a felület let és s az oldat között.

67 A határfelület fogalma, tulajdonságai Felületi leti töltt ltés Felületi leti töltt ltés - vizes közegben k a felület let a legtöbb esetben valamilyen töltt ltésfelesleggel bír.

68 A határfelület fogalma, tulajdonságai Agyagásv sványok állandó töltése Nem teljesen kompenzált helyettesítések sek az agyagásv svány rácsaiban. r A törésfelt sfelületeken leteken ez megjelenik. Általában negatív v töltt ltést ad a felületnek letnek

69 A határfelület fogalma, tulajdonságai Változó felületi leti töltt ltések, ph hatása a felületi leti töltésre Az agyagásv sványok szilikátok révén r n enyhén savasak, így az OH- okat erősebben kötik k mint a protont, ebből l következik, k hogy semleges ph-jú közegben negatív v töltt ltésűek.

70 A határfelület fogalma, tulajdonságai Változó felületi leti töltt ltések, ph hatása a felületi leti töltésre A töltt ltés s erősen függ f az oldat ph-jától, az egyensúlyok miatt.

71 A határfelület fogalma, tulajdonságai Felületi leti töltt ltés Felületi leti töltt ltés - vizes közegben k a felület let a legtöbb esetben valamilyen töltt ltésfelesleggel bír.

72 A határfelület fogalma, tulajdonságai Változó felületi leti töltt ltések, ph hatása a felületi leti töltésre PZC Point of Zero Charge,, magyarul izoelektromos pont. Az a ph érték k ahol a felület let töltése éppen nulla. Vagyis a megkötött tt kationok és s anionok töltt ltése megegyezik.

73 Adszorpció, deszorpció A folyadékf kfázisból l a felületen leten megkötődik anyag, a felületr letről l oldatba kerülést deszorpciónak nevezzük.

74 Adszorpció, deszorpció A folyadékf kfázisból l a felületen leten megkötődik anyag, a felületr letről l oldatba kerülést deszorpciónak nevezzük. Reverzibilis - ha a folyamat megfordíthat tható Irreverzibilis - ha deszorpció olyan lassú,, vagy annyira erős s a kötés k s a felületen, leten, hogy nem kell számolnunk vele. Kemiszorpció - a felületen leten a megkötésen kívül k még g kémiai k reakció is lejátsz tszódik Aktív v felület let - a szilárd fázis f adszorpcióra ra képes felülete, lete, ez mindig kisebb mint a teljes felület. let.

75 Adszorpció, deszorpció A felületi töltés és adszorpció összefüggése Agyagszemcsék felületi töltése, semlegeshez közeli ph-n negatív, tehát elsősorban a pozitív ionok adszorbeálódnak. A humuszanyagok felületi töltése a karboxil csoportok többsége miatt semlegeshez közeli phn szintén negatív, tehát elsősorban itt is a pozitív ionok adszorbeálódnak

76 Adszorpció, deszorpció Lokális töltésviszonyok a szemcsék felületén A felület bruttó töltése természetesen nem jelenti azt, hogy a másik töltésből nincs a felületen, csak több van az egyikből. Ez azt jelenti, hogy lokálisan pozitív felületrészeken képesek az anionok is megkötődni.

77 Adszorpció, deszorpció Szorpciós izotermák, azok mérése. Langmuir izoterma A felületi reakció: F + X = Q q k = Kémiai egyensúly a felületen: f x A a teljes, f az üres, q a betöltött felület felületi koncentrációja, x az oldat koncentráció A = f + q, a teljes felület vagy üres, vagy be van töltve q k = A k x q k x = ( A q) x q tovább rendezve : q ( k x) = A k x 1+ q A = 1 + k k x x

78 Adszorpció, deszorpció Szorpciós izotermák, azok mérése. Freundlich izoterma Egyértékű ionoknál pl K+ -> H+: A felületi reakció: q y F-Y + X = Q + Y, ioncsere reakció k = Kémiai egyensúly a felületen: f x A a teljes, f az y-nal töltött, q az x-szel töltött felület felületi koncentrációja, x, y az oldat koncentráció k = q q 2 q = k f f x x q =y, az x-szel töltött felület megegyezik y-nal Ha feltételezzük, hogy csak kismértékű az kicserélt felület változása, f=állandó és k'=(f.k)2 A végeredmény: q k ' x = k ' x 0.5

79 Adszorpció, deszorpció A talaj szorpciós puffer képessége 10 Strong Q 8 Adsorption Medium Surface concentration, mol.g c Desorption Week Solution concentration, mol.l -1

80 Adszorpció, deszorpció A talaj szorpciós puffer képessége A talaj adszorpciós, ioncserélő tulajdonságai miatt a talajoldatba kerülő kémiai anyagok koncentrációjában bekövetkező változásokat csökkenteni igyekszik. B, a pufferkapacitás, q a megkötött mennyiség, x az oldat koncentrációja q B = x

81 Adszorpció, deszorpció A talaj szorpciós puffer képessége Pufferkapacitás számítása az adszorpciós izotermákból A definiáló képlet alapján differenciálszámítással. Langmuir izotermánál Freundlich izotermánál ( ) c x x k k A x k x k A dx B = + = + = ( ) ( ) c x a a x k a x k dx B = = = 1 ' '

82 Adszorpció, deszorpció Kemiszorpció leírása le, általában csapadékképződés. Ez gyakran irreverzibilis folyamat, vagyis az adszorbeált anyagot nem kapjuk vissza az oldatkoncentráció csökkentésével. Kicsapódási sor: Cu 2+ > Ni 2+ > Co 2+ > Pb 2+ > Cd 2+ > Zn 2+ > Mg 2+ > Sr 2+ Matematikai leíráshoz az oldhatósági szorzat képletét használhatjuk, vagyis az oldatkoncentráció egy állandó értéket vesz fel.

83 Adszorpció, deszorpció A szorpció kinetikai leírása, szorpciós hiszterézis A felületre az anyagokat a diffúzió szállítja. Ez úgy jelentkezik, hogy adszorpciónál kisebb, deszorpciónál nagyobb lesz a felületi koncentráció az oldatban mérhetőnél. Ennek alapján egymás utáni adszorpció és deszorpció görbéje egy hurkot ír le, ez a szorpciós hiszterézis.

84 Kationcsere

85 Kationcsere A felületen elektrosztatikus erőkkel megkötött kationok kicserélhetők más kationokkal. Ez csak akkor érvényes, ha nincs más kémiai folyamat a felületen. Liotóp sor az adszorpció erőssége a talajban gyakran előforduló ionokra, csökkenő sorrendben a következő: H + > Fe 3+, Al 3+ > Ca 2+, Mg 2+ > K +, Na +

86 Kationcsere A hidrogénion a felületre igen gyorsan diffundál, és kis mérete, nagy fajlagos töltése miatt erősen kötődik. Egyébként az adszorpció erősségét a töltéssűrűség határozza meg. Donnan egyenlet z m Ao = z m Aads z m Bo z m Bads Azt fejezi ki hogy a felületen az ionok töltésük arányában cserélhetők ki.

87 Kationcsere Kationcserélő kapacitás, T-érték A talaj kation kötő képességét fejezi ki, azaz adott tömegű talaj mekkora töltést képes megkötni. Mértékegysége meq/100g. Mérési módszere: Adott ph-n a talaj felületén nem jellemzően előforduló, de erősen adszorbeálódó Ba 2+ ionokat adszorbeáltatunk, és mérjük az oldatból hiányzó Ba 2+ mennyiségét.

88 Kationcsere Kationcserélő kapacitás, T-érték A talaj kation kötő képességét fejezi ki, azaz adott tömegű talaj mekkora töltést képes megkötni. Mértékegysége meq/100g. Mérési módszere: Adott ph-n a talaj felületén nem jellemzően előforduló, de erősen adszorbeálódó NH 4+ ionokat adszorbeáltatunk, és mérjük az oldatból hiányzó NH 4 + mennyiségét.

89 Kationcsere

90 Kationcsere Kation adszorpció erőssége H + > Al 3+ ~ Fe 3+ > Ca 2+ ~ Mg 2+ > K + ~ NH 4+ > Na + Egyéb kettős töltésű ionok: Ni 2+ > Mg 2+ > Cu 2+ > Co 2+ > Zn 2+ > Cd 2+ > Sr 2+ > Pb 2+

91 Kationcsere Kicserélhető bázisok, S-érték A talaj felületén megkötött Ca 2+,Mg 2+,K +, Na + ionok által lekötött töltések fajlagos mennyisége. Mértékegysége meq/100g. Mérési módszere: A T-érték méréshez használt egyensúlyi BaCl 2 vagy NH 4 Cl oldatból az adott ionok koncentrációjának mérése.

92 A talaj sav-bázis tulajdonságai Talajoldat savanyúsága A talajoldat savanyúságát t a talaj felület letéről oldatba kerülő savanyító ionok és s a talajlevegő szén-dioxidj dioxidjából l képzk pződő szénsav okozza elsősorban. sorban. CO 2 + H 2 O = H 2 CO 3 = 2 H + + CO 2-3 (Egyéb b hatások, környezetszennyezk rnyezetszennyezés s pl. kén-k dioxid, nitrogénoxidok noxidok is hatnak rá). r

93 A talaj sav-bázis tulajdonságai Hidrogén n ioncsere egyensúlyok A hidrogén n a legerősebben adszorbeálódó kation, így a talaj felület letéről l mindem más m s iont ki tud szorítani, ha kellően en nagy az oldatbeli koncentráci ciója (az szerencsére kicsi általában). ph fölött f gyakorlatilag nincs adszorbeált hidrogén n ion a talaj felület letén n (a többi t kation koncentráci ciója, több t nagyságrenddel grenddel nagyobb).

94 A talaj sav-bázis tulajdonságai Háromértékű ionok savanyító hatása

95 Kationcsere Bázistelítettség,V% A talaj kicserélhető kationjainak bázikus ionokkal lefedett része százalékban. Kifejezi a talaj savbázis tulajdonságait. Számítási módszere: V = T S 100

96 A talaj sav-bázis tulajdonságai Háromértékű ionok savanyító hatása [Al(H 2 O) 6 ] 3+ = [Al(OH)(H 2 O) 5 ] 2+ + H + [Al(OH)(H 2 O) 5 ] 2+ = [Al(OH) 2 (H 2 O) 4 ] + + H + [Al(OH) 2 (H 2 O) 4 ] + = [Al(OH) 3 (H 2 O) 3 ] + H + [Al(OH) 3 (H 2 O) 3 ] = [Al(OH) 4 (H 2 O) 2 ] - + H + [Al(OH) 4 (H 2 O) 2 ] - = [Al(OH) 5 (H 2 O)] 2- + H + [Al(OH) 5 (H 2 O)] 2- = [Al(OH) 6 ] 3- + H +

97 A talaj sav-bázis tulajdonságai Háromértékű ionok savanyító hatása A háromh romértékű kationok a vizes oldatban aqua és hidroxo komplexekben tálalhatt lalhatóak. ak. Mindegyik elektronhiányos, nyos, így a komplexekben ligandumként nt levő vízmolekulák k hidrogénj njét t pozitívan polározz rozzák, melyek hidroxónium ionokat képezve k átugorhatnak egy másik m vízmolekulv zmolekulára.

98 A talaj sav-bázis tulajdonságai PH mérése, m vizes, KCl-os ph A talaj 1:2.5 kivonatából l indikátorkever torkeverékkel, kkel, vagy üvegelektróddal mérjm rjük. A vizes ph nagyobb, mert a K+-ionok lecserélik lik a savasságot okozó ionok egy részr szét a felületr letről. l. Üvegelektróddal mérve m a vizes ph nehezen reprodukálhat lható értéket ad. Ez minőségileg jellemzi a talaj savasságát.

99 A talaj sav-bázis tulajdonságai Összes aciditás,, 1m KCl oldat a szuszpenzió titrálása Mennyiségi jellemző a talaj savanyúságára. Adott, semlegességi gi ph értékig titráljuk lúggal l a talajszuszpenziót,, a fogyott lúg l mennyiségéből l számíthatjuk a savanyúságot. Az egyensúly beáll llása több t napig is tarthat. Ha kinetikai görbg rbét t veszünk fel az egyensúlyi fogyás s számíthat tható.

100 A talaj sav-bázis tulajdonságai Kicserélhet lhető aciditás,, 1m KCl oldat, a szűrlet titrálása Mennyiségi jellemző a talaj savanyúságára. Adott, semlegességi gi ph értékig titráljuk lúggal l a KCl-os talajkivonat szűrlet rletét. t. A fogyott lúg l g mennyiségéből l számíthatjuk a savanyúságot. Az egyensúly beáll llását t nem várjuk meg, adott ideig rázzuk r a talajt. Tájékoztató adat a kálium k ionokkal gyorsan kicserélhet lhető savanyúságr gról.

101 A talaj sav-bázis tulajdonságai Hidrolitos aciditás Ca- acetát t oldat, (szűrés) s) titrálása Mennyiségi jellemző a talaj savanyúságára. Adott, semlegességi gi ph értékig titráljuk lúggal l a Ca- acetátos tos talajkivonat szűrlet rletét. t. A fogyott lúg l g mennyiségéből l számíthatjuk a savanyúságot. Az egyensúly beáll llását t nem várjuk meg, adott ideig rázzuk r a talajt. Ebben az esetben az acetátion tion hidrolízis révén r megköti a lecserélt lt savanyúságot, eltolva ezzel az egyensúlyt a deszorpció irány nyába. Kinetikai szempontból l az előző megjegyzések érvényesek.

102 A talaj sav-bázis tulajdonságai Savanyodás s hatása a talajoldat összetételére (Al( Al, nehézf zfémek, agyagmozgás) A A kationokat a nagy koncentráci cióban jelen levő hidrogénionok kicserélik a liotóp sor szerinti sorrendben, elősz ször r a leggyengébben adszorbeálódókat. ph 6 alatt már m r a három h értékűeket is. Al és s mikroelem mérgezm rgezés s a növényeknn nyeknél. Az agyagásv sványok peptizálódhatnak (ABET). Erősen savanyú közegben az agyagásv sványok széteshetnek (podzol( podzol). A A növények n nyek kation felvétele gátolt, g a hidrogén ioncsere gátlg tlása miatt. A A foszfor kicsapódik Al és Fe foszfátok formájában. A A talajban élő mikroorganizmusok nem működnek, m ezért a N felvétel is gátolt. g tolt.

103 A talaj sav-bázis tulajdonságai Lúgosodás s hatása a talajoldat összetételére (humuszanyagok mozgása, agyagszétes tesés, s, mozgás) Erősen lúgos l közegben k a Na uralkodóvá válhat az adszorbeált ionok között k (szolonyec( szolonyec). A A humuszanyagok karboxil csoportjai anionokká válnak, peptizálódnak és s kolloid oldatot képezhetnek. k Az agyagásv sványok mozoghatnak, széteshetnek (szolonyec talajok). Az anion felvétel gátolt, g a hidrokarbonát t ioncsere gátlása miatt. A A foszfor Ca-foszf foszfátok alakjában megkötődik. A A talajban élő mikroorganizmusok nem működnek, m ezért a N felvétel is gátolt. g Mikroelemek kicsapódnak oxid-hidroxid formában, felvehetetlenné válnak.

104 A talaj sav-bázis tulajdonságai Meszezés s hatása Kétféle hatásr sról l beszélhet lhetünk a fontosabbik, hogy a karbonátionok megkötik a savanyúságot és s szén-dioxid formában távoznak. 2 H + + CO 2-3 = H 2 O + CO 2 Ezzel irreverzibilisen csökkentik a savanyúságot, mivel a gáz g állapotú szén-dioxid távozik a rendszerből, és s nem képes k megfordítani a reakciót. A másik m hatás, hogy a talaj savasság g hatására deszorbeált és s esetleg kimosódott Ca 2+ tartalmát t pótoljp tolják k a növények n nyek számára felvehető formában.

105 A talaj sav-bázis tulajdonságai Mészadag számítása sa A hidrolitos savasságb gból l számítjuk. A kinetikai problémák k miatt (ld. ott) a kötöttsk ttségtől l függf ggő szorzósz számot alkalmazunk. A számítás s módja, m ha ismerjük k a savasságot mol/kg talaj értékben, kiszámítjuk a savanyítand tandó talaj mennyiségét, e kettőt összeszorozzuk és annyiszor 50 g meszet adagolunk.

106 A talaj sav-bázis tulajdonságai Sav - bázis pufferképess pesség meszes talajokon Meszes talajokon a fent említett irreverzibilis hatás s miatt állandó 7-88 közötti k ph alakul ki, mindaddig, míg m g a mész m el nem fogy a talajból. l. Lúgosító hatást a mész m nem képes k közömbösíteni, azonban a Na-talajok rossz mechanikai tulajdonságait Ca - Na ioncsere révén n javíthatja.

107 A talaj sav-bázis tulajdonságai Sav - bázis pufferképess pesség nem meszes talajokon az adszorbeált ionok változv ltozása Ebben az esetben változv ltozó ph alakul ki savanyítás s vagy lúgosl gosítás s hatására. Savanyítva a hidrogénionok közvetlenk zvetlenül, l, vagy közvetve (több értékű ionokhoz kapcsolva) megkötődnek a talajszemcsék k felület letén, eltávol volítva az adszorbeált kationokat. Attól függően, hogy éppen milyen ionokat cserélnek ki, változik v az oldat ph-ja. Lúgosítás s hatására a folyamat fordítva játszódik le, ha még m g nem mosódtak ki az adott ionok, illetve a mállm llás s során n kellő mennyiségben keletkeznek.

108 A talaj sav-bázis tulajdonságai ph hatása a tápanyagok t felvétel telére

109 A talajok redox tulajdonságai. Redox folyamatok Olyan kémiai k folyamatok, ahol elektron átadás s törtt rténik a reakció közben. Jellemzőjük k a viszonylag nagy energiaváltoz ltozás és s esetenként nt nagy aktiválási energia. Általában egy oxidálószer (talajok esetében ez leggyakrabban a levegő oxigénje, vagy fémion) f és s egy redukálószer (talajoknál l ez leggyakrabban valamilyen szerves anyag, vagy fémion) f reagál l egymással, úgy, hogy az oxidálószer felveszi a redukálószer által leadott elektronokat.

110 A talajok redox tulajdonságai. Redox folyamatok

111 A talajok redox tulajdonságai. A redox folyamatok hajtóereje és s kinetikai tulajdonságai. A talajoknál, l, mint a földf ldön n minden redox reakciónál alapvető hajtóer erő a nap sugárz rzási energiáján n alapuló fotoszintézis, zis, ahol elemi oxigén és s redukált szerves vegyületek keletkeznek. Ezek kinetikai gátlg tlások miatt (nagy aktiválási energia miatt) hosszú ideig változatlanul v léteznek l egymás mellett. Ezen a magas hőmérsh rséklet (erdőtüzek, lecsapolt láptalajok égése) vagy katalítikus tikus folyamatok változtathatnak és s indítj tják k be a redox reakciókat. kat. A talajkémi miában elsősorban sorban a katalítikusan tikusan aktivált reakciókkal kkal foglalkozunk. A katalizátorok torok leggyakrabban biológiailag képzk pződött enzimek, de lehetnek szervetlen anyagok is.

112 A talajok redox tulajdonságai. Redox potenciál l fogalma és s mérésem A Nerst-képlettel lehet leírni egy redox rendszer aktuális állapotát. t. E = E 0 + RT z ln [ ox. ] [ red]

113 A talajok redox tulajdonságai. Redox potenciál l fogalma és s mérésem E az aktuális redox potenciál, E 0 az adott rendszerre jellemző standard potenciál, [ox[ ox], [red[ red] ] az oxidált és redukált forma koncentráci ciója. (Ez következik k G minimumából). Minden kinetikailag nem gátolt g redox rendszer egyensúlyi állapotba kerül, és s a redox potenciál jellemzi az állapotát. t. A nagyobb redoxpotenciálú rendszer oxidált állapota képes oxidálni a kisebb redox potenciálú rendszer redukált formáját. A folyamat addig zajlik, míg m g a koncentráci ciók k változv ltozása miatt az aktuális redox potenciálok kiegyenlítődnek.

114 A talajok redox tulajdonságai. pe fogalma Az adott rendszerben az elektronok aktivitását jellemző pe értékkel is jellemezhetjük. Kiszámítása sa : pe = 16,9. E

115 A talajok redox tulajdonságai. A redoxpotenciál mérése Platina elektród d potenciálj ljával mérhetm rhető.. A fémfelf mfelületen leten oldott hidrogén és s a vízben v levő hidrogénionok között k kialakul egy elektródpotenci dpotenciál. Ennél l az elektródn dnál úgy alakulnak a koncentráci cióviszonyok, hogy az elektród d potenciálja megegyezik a rendszer aktuális elektródpotenci dpotenciáljával.

116 A talajok redox tulajdonságai. A redox állapot függf ggése a ph-tól

117 A talajok redox tulajdonságai. A redox állapot függf ggése a ph-tól Mivel a redox folyamatok, akár r a sav-bázis folyamatok töltt ltésváltozással járnak, j így várható,, hogy ezek erősen összefüggnek egymással. Általánosságban elmondható,, hogy növekvn vekvő ph csökken kkenő redox-potenci potenciált eredményez (ld. mérési utasítás), s), azonban az arányoss nyossági tényező mindig az adott folyamat töltésviszonyainak függvf ggvénye.

118 A talajok redox tulajdonságai. Redox puffer képessk pesség A talaj nagy mennyiségű,, egymással egyensúlyban levő redox rendszer összessége. Ebből l következik, k hogy redoxállapot megváltoztat ltoztatására a talaj redoxrendszereinek koncentráci cióviszonyai úgy változnak v meg, hogy csökkents kkentsék k a hatást.

119 A talajok redox tulajdonságai. A redox pufferkapacitás definíci ciója [ ox] [ red] B = = r E E Értéke függ f az összes fizikai és s kémiai k paramétert tertől, de még m g az aktuális redoxpotenciált ltól is. A talaj nedvesedése és átlevegőzése során kialakuló reduktív és oxidatív hatások kiegyenlítésében van szerepe. az aktuális redoxviszonyoknak megfelelően en különbk nböző kémiai folyamatokon keresztül l valósul meg.

120 Humuszanyagok Humuszanyagok definíci ciója A valódi humuszanyagok a bonyolult összetételű,, sav karakterű makromolekulák, k, melyek a talajban képzk pződnek a növények n nyek és állatok szerves maradékaib kaiból. Jellemző,, hogy adott molekulaképlettel nem írhatók k le, egymáshoz tulajdonságaikban hasonló,, de mégis m mind molekuláris, mind térszerkezetükben kben eltérő molekulákb kból állnak.

121 Humuszanyagok A humuszanyagok csoportosítása A talajtani szakirodalom a humuszanyagokat három alapvető csoportra osztja, oldhatóságuk alapján: fulvosavak vizben és savakban oldódnak huminsavak lúgban oldódnak huminanyagok nem oldódnak

122 Humuszanyagok A fulvosavak híg lúgoldatban oldódnak és az oldat enyhe savanyítására sem csapódnak ki. Ezek az anyagok a legkisebb molekulaméretűek, molekulatömegük 2000 Dalton körüli. Ebben az anyagban a legnagyobb az oxigéntartalom % és legkisebb a nitrogéntartalom < 4%. kis molekulatömeg miatt már semleges illetve enyhén lúgos ph tartományban a felületükön levő negatív töltésfelesleg elegendő ahhoz, hogy a makromolekulákat peptizálja, ezzel mozgékonyságuk a talajban jelentős.

123 Humuszanyagok A huminsavak híg lúgoldatban oldódnak és az oldat enyhe savanyítására kicsapódnak. Ezek az anyagok a közepes molekulaméretűek, molekulatömegük Dalton körüli. Ebben az anyagban a közepes az oxigéntartalom % és közepes a nitrogéntartalom 4% körüli érték. A közepes molekulatömeg miatt már csak erősebben lúgos, 8 feletti ph tartományban alakul ki a felületükön elegendő negatív töltésfelesleg ahhoz, hogy a makromolekulákat peptizálja, ezért mozgékonyságuk a talajban semleges sav-bázis viszonyok között korlátozott.

124 Humuszanyagok A humin anyagok híg lúgoldatban nem oldódnak. Ezek az anyagok a legnagyobb molekulaméretűek, molekulatömegük Dalton körüli. Ebben az anyagban a legkisebb az oxigéntartalom 32-34% és legnagyobb a nitrogéntartalom 4% körüli érték. A nagy molekulatömeg miatt erősen lúgos ph tartományban sem elegendő a levő negatív töltésfelesleg felületükön ahhoz, hogy a makromolekulákat peptizálja, így koagulált állapotban a mozgékonyságuktól a talajban eltekinthetünk.

125 Humuszanyagok

126 Humuszanyagok A humuszanyagok kémiai szerkezete

127 Humuszanyagok A humuszanyagok kémiai szerkezete

128 Humuszanyagok A humuszmolekulák váza A humuszmolekulák vázát egy nagy mennyiségben aromás gyűrűs csoportokat tartalmazó, egymással közvetlenül vagy oxigén és nitrogénhidakon keresztül kapcsolódó bonyolult térszerkezetű szénlánc alkotja. A szénhidrogén részletek kapcsolódásánál előforduló éter, észter, keto, imin, imid csoportok már kismértékű hidrofilitást biztosítanak a molekula egyes részeinek, míg a főleg szénből és hidrogénből álló molekularészek hidrofóbak.

129 Humuszanyagok Funkciós csoportok Közös jellemzője ezeknek a molekula nagy részén fellelhető funkciós csoportoknak, hogy a molekulák egyes helyeit nedvesíthetővé teszik míg más lipofil részeivel képes vízzel nem elegyedő anyagokat megkötni.

130 Humuszanyagok Funkciós csoportok Savas csoportok karbonsav fenol

131 Humuszanyagok Funkciós csoportok Bázikus csoportok amin imin

132 Humuszanyagok Funkciós csoportok Amfoter csoportok amid

133 Humuszanyagok Funkciós csoportok Semleges csoportok Alkohol Aldehid Keton Éter C O C Észter

134 Transzport folyamatok a talajban Geológiai Fizikai Fiziko-Kémiai Biológiai Társadalmi TRANSZPORT

135 Transzport folyamatok a talajban

136 Transzport folyamatok a talajban Geológiai transzport Földtani Hidrológiai Meteorológiai Folyamatok, melyek a talaj, illetve alkotórészeik elmozdulását okozzák. Leggyakrabban a teljes talaj elmozdulásával járnak

137 Transzport folyamatok a talajban Geológiai transzport Földtani folyamatok Földrengések, vulkáni tevékenység Fagyás olvadás miatti mozgás Száradás nedvesedés (GILGAI)

138 Transzport folyamatok a talajban Geológiai transzport Hidrológiai folyamatok Erózió Szedimentáció

139 Transzport folyamatok a talajban Geológiai transzport Meteorológiai folyamatok Szélerózió Csepperózió Csapadék

140 Transzport folyamatok a talajban Fizikai transzport Oldatok áramlása preferential flow, amikor a talajban levő állatjáratokon, elhalt növényi gyökerek csatornájában, vagy a talaj repedéseiben áramlik az oldott anyag.

141 Transzport folyamatok a talajban Fizikai transzport A talajban az illékony, alacsony gőznyomással rendelkező anyagok képesek a talajlevegőben mozogni.

142 Transzport folyamatok a talajban Fiziko-Kémiai transzport A Fiziko-kémiai transzport két alapvetően meghatározó folyamata, az adott anyag adszorpciója, és a diffúzió. dc δc dc δc = D = D + v c dt δx dt δx 20 c c x x

143 Transzport folyamatok a talajban Biológiai transzport A transzport folyamatok egy része biológiai úton megy végbe, vagyis az állatok és a növények keverik, hordozzák az anyagot a talajban.

144 Transzport folyamatok a talajban Társadalmi transzport Tápanyag utánpótlás Hulladék elhelyezés Szántás Vetés Betakarítás Szennyezés Talajtisztítás

145 Transzport folyamatok a talajban Kombinált (valódi) transzport

146 Transzport folyamatok a talajban Négyfázisú transzport

147 Táp és szennyező anyagok a talajban Geológiai transzport Földtani folyamatok

148 Táp és szennyező anyagok a talajban Makrotápelemek - N Forrás Formák, speciációk Előfordulás a talajban Átalakulás Veszteségek Körforgás

149 Táp és szennyező anyagok a talajban Makrotápelemek - N Forrás Elsősorban az atmoszféra

150 Táp és szennyező anyagok a talajban Makrotápelemek - N Formák, speciációk NH 3, NH + 4 N 2 NO NO 2 - NO 2 NO 3 - szerves

151 Táp és szennyező anyagok a talajban Makrotápelemek - N Előfordulás a talajban Szerves kötésben amin, amid, imin csoportokban Oldott állapotban ammónia és nitrát formában Adszorbeálva és fixálva ammónium ionként Ammónia gáz formában a talajlevegőben

152 Táp és szennyező anyagok a talajban Makrotápelemek - N Átalakulás 4 NH 3 + O 2 2N 2 + 6H 2 O 4 NH 3 + 7O 2 4NO H 2 O + 4H + 4 NH 3 + 9O 2 4NO H 2 O + 4H + N 2 + 3O 2 +H 2 O 2NO H +

153 Táp és szennyező anyagok a talajban Makrotápelemek - N Veszteségek Nitrát kimosódás Ammónia fixáció Betakarítás Gázveszteségek

154 Táp és szennyező anyagok a talajban Makrotápelemek - N Körforgás

155 Táp és szennyező anyagok a talajban Makrotápelemek - P Forrás Formák, speciációk Előfordulás a talajban Átalakulás Veszteségek Körforgás

156 Táp és szennyező anyagok a talajban Makrotápelemek - P Forrás Biológiai eredetű foszforit és apatit telepek Állat és növény maradványok Kis mértékben mállás

157 Táp és szennyező anyagok a talajban Makrotápelemek - P Formák, speciációk HPO 2-4, H 2 PO - 4 Ca 3 (PO 4 ) 2 Ca 5 (PO 4 ) 3 F Ca 5 (PO 4 ) 3 OH FePO 4, AlPO 4

158 Táp és szennyező anyagok a talajban Makrotápelemek - P Előfordulás a talajban Savas talajban Fe- és Al foszfát csapadék Lúgos, meszes talajban Ca-foszfát és apatit csapadék Adszorbeálva Szerves kötésben

159 Táp és szennyező anyagok a talajban Makrotápelemek - P Átalakulás HPO H + H 2 PO - 4 2HPO Ca 2+ Ca 3 (PO 4 ) 2 + 2H + 3HPO Ca 2+ + H 2 O Ca 5 (PO 4 ) 3 OH + 10H + HPO Al 3+ Al(PO 4 ) + H +

160 Táp és szennyező anyagok a talajban Makrotápelemek - P Veszteségek Kicsapódás Betakarítás Erózió -(Eutrofizáció!)

161 Táp és szennyező anyagok a talajban Makrotápelemek - P Körforgás

162 Táp és szennyező anyagok a talajban Makrotápelemek - K Forrás Formák, speciációk Előfordulás a talajban Átalakulás Veszteségek Körforgás

163 Táp és szennyező anyagok a talajban Makrotápelemek - K Forrás Tengeri eredetű Szilvinit (KCl) telepek Mállás Állat és növény maradványok

164 Táp és szennyező anyagok a talajban Makrotápelemek - K Formák, speciációk K +

165 Táp és szennyező anyagok a talajban Makrotápelemek - K Előfordulás a talajban Adszorbeálva Oldatban Fixálva

166 Táp és szennyező anyagok a talajban Makrotápelemek - K Átalakulás nincs

167 Táp és szennyező anyagok a talajban Makrotápelemek - K Veszteségek Fixáció Betakarítás Erózió -(Eutrofizáció!)

168 Táp és szennyező anyagok a talajban Makrotápelemek - K Körforgás

169 Táp és szennyező anyagok a talajban Ca, Mg Forrás Formák, speciációk Előfordulás a talajban Átalakulás Veszteségek Körforgás

170 Táp és szennyező anyagok a talajban Ca, Mg Forrás Tengeri eredetű mészkő, dolomit Mállás Állat és növény maradványok

171 Táp és szennyező anyagok a talajban Ca, Mg Formák, speciációk Ca 2+, Mg 2+,CaCO 3, CaMg(CO 3 ) 2 CaSO 4, Ca 5 (PO 4 ) 3 OH Ca 3 (PO 4 ) 2

172 Táp és szennyező anyagok a talajban Ca, Mg Előfordulás a talajban Adszorbeálva Oldatban Csapadék

173 Táp és szennyező anyagok a talajban Ca, Mg Átalakulás CaMg(CO 3 ) 2 + 4H + Ca 2+ + Mg 2+ +2CO 2 +2H 2 O 2HPO Ca 2+ Ca 3 (PO 4 ) 2 + 2H + 3HPO Ca 2+ + H 2 O Ca 5 (PO 4 ) 3 OH + 10H +

174 Táp és szennyező anyagok a talajban Ca, Mg Veszteségek Kicsapódás Betakarítás Erózió -(Eutrofizáció!)

175 Táp és szennyező anyagok a talajban Ca, Mg Körforgás

176 Táp és szennyező anyagok a talajban S Forrás Formák, speciációk Előfordulás a talajban Átalakulás Veszteségek Körforgás

177 Táp és szennyező anyagok a talajban S Körforgás

178 Táp és szennyező anyagok a talajban C Körforgás

179 Táp és szennyező anyagok a talajban Nehézfémek Erős adszorpció és komplexképző hajlam Semleges ph-n hidroxid, bázikus csapadék karbonát Kationos (alacsony oxidációs számú) savas közegben oldódik Antionos (magas oxidációs számú) lugos közegben oldódik

180 Táp és szennyező anyagok a talajban Nehézfémek Fe Fe II, Fe III Redox átalakulás Fe II oldhatóbb, mozgékonyabb Fe III oldhatatlan, Vasborsók, glej

181 Táp és szennyező anyagok a talajban Nehézfémek Mn Mn II, Mn III, Mn IV Redox átalakulás Mn II oldhatóbb, mozgékonyabb MnO 2 oldhatatlan, Mangánkiválások

182 Táp és szennyező anyagok a talajban Nehézfémek Cu Cu II Cu(OH) 2 Cu 2 (OH) 2 CO 3 Adszorbeált komplexek

183 Táp és szennyező anyagok a talajban Nehézfémek Zn Zn II Zn(OH) 2 Adszorbeált Komplexek

184 Táp és szennyező anyagok a talajban Nehézfémek Cr Cr III, Cr VI Redox átalakulás Cr VI oldhatóbb, anion Cr III oldhatatlan, kation CrO 4 2-

185 Táp és szennyező anyagok a talajban Nehézfémek Mo Mo II, Mo VI Redox átalakulás Mo VI oldhatóbb, anion Mo II oldhatatlan, ritka MoO 2-4 PbMoO 4

186 Táp és szennyező anyagok a talajban B H 3 BO 3,BO 3 3-, Lugos közegben oldodik

187 Táp és szennyező anyagok a talajban Szerves szennyezők Gyenge adszorpció (kivéve kationosokat ritka) Semleges ph-n gyenge vizes oldhatóság Lebomolhat, a talaj felület katalizálhatja Oxidatív lebomlás, biodegradáció