Миграционные процессы химических веществ в окружающей среде

Основные процессы определяющие перемещение веществ в окружающей среде:

1) Адсорбция

2) Диффузия

3) Конвективный перенос

4) Массоперенос (выщелачивание)

5) Испарение

Адсорбция – связывание молекул или атомов жидкой или газовой фаз на твердой поверхности

В окружающей среде наибольшее значение имеют адсорбционные процессы на твердой поверхности из раствора. Именно они в значительной (мере):

1. Влияют на способность веществ перемещаться в ОС (например, с частицами почвы)

2. Определяют распределение веществ между водной средой и почвой или донными отложениями

3. Определяют возможность удаления химических веществ с помощью различных адсорбентов

Адсорбционные процессы в ОС многообразны и протекают как по механизму физической адсорбции, обусловленными силами Ван-дер-ваальсового взаимодействия, так и хемосорбции – адсорбции, сопровождающейся образованием химических связей.

На интенсивность адсорбционного процесса влияет ряд факторов:

· Свойства сорбента: 1-площадь поверхности, 2-химические характеристики (природа адсорбционных центров – наличие заряда, способность образовывать водородные связи, наличие гидрофобных центров и т.п.)

· Химические характеристики сорбируемого вещества (адсорбата);

· Физические параметры среды (напр., температура)

В адсорбционном процессе, протекающем в ОС, устанавливается следующее равновесие:

Поверхность (Н₂О)_х+адсорбат(Н₂О)_у↔ поверхность-адсорбат(Н₂О)_z

(к каждому члену уравнения следует добавить Н₂О, поскольку в ОС, как правило, имеем дело с адсорбцией их водного раствора, причем вода так же сорбируется на поверхности)

Адсорбция в ОС (на поверхности почвы) часто обратима не полностью. Недосорбирующаяся часть включается прочно связанными с поверхностью почвы молекулами, например, в результате образования ковалентных связей с органическими компонентами почвы, либо в результате необратимого встраивания молекул адсорбата в структуру минеральной части почвы.

Адсорбционное равновесие зависит от температуры и может быть описано уравнение вида: - уравнение изотермы адсорбции Фрейндлиха – отражает зависимость количества вещества адсорбированного единицей массы адсорбента от равновесной концентрации данного вещества в растворе при данной температуре.

В уравнении: Х – количество адсорбированного вещества

m – масса адсорбента

С – равновесная концентрация вещества в растворе

К – константа равновесия, т.е. коэффициент распределения вещества между двумя фазами в равновесном состоянии или коэффициент адсорбции – характеризует прочность адсорбции. Зависимость, выраженная уравнением Френдлиха находится экспериментально для каждоый системы адсорбент-адсорбат

В идеальном случае изотерма адсорбции линейна, т.е. уравнение Френдлиха имеет вид и графически выглядит

В реальных случаях изотерма нелинейна. Показатель степени в уравнении Фрейндлиха характеризует нелинейность изотермы и отражает, то что по мере заполнения поверхности адсорбента теплота адсорбции падает в следствие неоднородности в энергетическом отношении поверхности адсорбента

Чисто графически уравнение Фрейндлиха представляю в логарифмических координатах, т.е. логарифмируя уравнение получаем

В этом случае данная зависимость имеет линейны вид – линия с углом наклона 1/n и значением коэффициента адсорбции (точка lgK), соответствующим точке пересечения прямой с осью ординат.

Адсорбционные процессы в окружающей среде связаны прежде всего с адсорбцией химических веществ на частицах почвы.

На адсорбцию значительное влияние показывают свойства адсорбента – применительно к процессам в окружающей среде – свойства важнейшего сорбента – почвы. При этом исключительно важную роль играет природа центров, способных образовывать связи на поверхности, которые определяют сорбционный процесс (об этом более подробно позже, при рассмотрении процессов, протекающих в почве)

В связывании вещества почвой учувствуют и минеральная и органическая составляющие части почвы, причем органическая составляющая играет (важную и) часто определяющую роль – замечено, что адсорбция вещества почвой хорошо коррелирует с содержанием в ней именно органического материала.

Таким образом часто целесообразно определять коэффициент адсорбции, отнесенный к органическому углероду, содержащемуся в почве (). При этом для оценки адсорбции вещества в органическом материале, содержащемся в почве, количество адсорбированного вещества относят не к массе почвы, а к массе в ней органического углерода, т.е. уравнение изотермы в этом случае выглядит как:

Нужно отметить, что для почв различных типов величина К_ос для данного вещества более постоянна, чем коэффициент адсорбции в первом уравнении, т.е. использование Кос оправданно.

Поведение вещества в адсорбционных процессах зависит от его свойств. Свойства адсорбата влияющие на адсорбцию прежде всего: 1 – кислотно-основные свойства (pK), 2- растворимость в воде, 3 – гидрофильность (K_p)/