Розчинність солей у грунтах

a = K · a₀ c /[c₀ + (K — 1)c],

 Швидкість іонного  обміну визн. Результуючою шв. Прямої і зворотньої іонообмінної реакції.

Kv = Ke/K= Ye/Y

 Ke, Ye-експерементальні коеф., K, Y-теорет.  Константа рівноваги іонного обміну  при даній температурі і тиску.

Кількісно процес іонного  обміну можна оцінити за допомогою  графіків ізотерми обміну.

Суттєву роль процеси іонного  обміну  в формуванні іонно-сольового  складу грунтових вод відіграють  в випадках :

1. в умовах невстановлених   іоно-сольового режиму, коли  зміна концентрацій окремих компонентів в розчині порушує іонно-обмінну рівновагу між рідкою і твердою колоїдною формою

2. при надходженні зрошувальних  вод  невеликої мінералізації  в породи зони аерації і  грунтові води

3.  при надходженні вод   підвищеної мінералізації в незасолені  породи

4. при зміщенні підземних  вод різного хім. Складу

5. при надходженні вод  в водомісткі породи, або грунти, що відрізняються по складу від тих, де ті води сформувались

6. при зміні кислотно-лужної  обстановки у водах

7. при надходженні в  грунти і породи вод, катіоновий склад яких відрізняється від катіонного складу обмінного комплексу твердої фази

8. при значній амплітуді  коливання дисперсності водовмісного  місця існування

 

Іонний обмін комплексно визн. величиною ємності обміну поглинутого комплексу (кг/м3), константою рівноваги іонно-обмінної реакції і швидкістю іонного обміну, що характеризується коеф. швидкості іонного обміну.

коеф. Швидкості іонного обміну між породою і розчином  визн.:

dN*/dt= B* (C-Y* N*)                   C=Y* N*

 

N*-обмінна ємність поглинутого комплексу породи

C-вагова концентрація розчину

T-час

Y*(гама)- константа рівноваги обміну в даних умовах

B*(бета)-коеф.  Швидкості іонного обміну

 

Суттєве значення іонний обмін  має при формування зрошувальних вод за рахунок  інфільтраційних  при малих швидкостях фільтрації.

 
5. Сорбція, дисорбція, адсорбція 
6. Молекулярна термо і бародифузія

Під дифузією в розчинах розуміють  розподіл чатсинок  розчинених речовин в розчинниках, обумовлене впливом теплового руху атомів, іонів, молекул і їх комплексів. Розчинені речовини можуть знаходитись в розчині в іонно-молекулярному і колоїдному станах, причому швидкість дифузії в колоїдних розчин на багато раз менша, ніж в істинних. Результатом дифузії є вирівнювання концентрацій усіх  розчинених речовин по всьому обьему розчину.

Молекулярна дифузія- це зміна концентрацій розчиненої речовини в результаті наявності в розчині градієнту концентрацій

Термодифузія і бародифузія-аналогічні процеси, обумовлені наявністю в розчині градієнтів температур і тиску. Інтенсивність молекулярної дифузії оцінюється швидкістю дифузії, яка дорівнює кількості речовини dm, яка проходить через одиницю часу dt через поперечний переріз S в умовах. Коли рівність концентрацій речовини на відстані dx дорівнює dc (перший закон Фіка):

Dm= -  Dm S (dC/dx)*dt

Dm-коеф молекулярної дифузії

7. Конвективна дифузія

В умовах конвективного переміщення розчинів з мінералізацією Св в порових водах, у зв’язку з дисперсією швидкості фільтрації і молекулярної дифузії цтворюється перехідна зона l , в межах якої концентрація сумарного розчину с змінюється  вмежах від Св до Сn . При цьому в точках, які знаходяться в середині перехідної зони величина концентрації сумарного розчину буде дорівнювати:

Сср= (Св+Сn)/2

Ширина перехідної зони. Збільшується пропорційно часу фільтрації і визначається величинами коефіцієнтів молекулярної дифузії і дисперсія швидкостей фільтраційного потоку:

Dф=Dм + Dс

Dм-коеф молекулярної дифузії, Dс –коеф дисперсії швидкостей фільтраційного потоку

Dф – коеф конвективної (фільтраційної дифузії)

Таким чином, під коефіцієнтом конвективної дифузії розуміється кількість речовини, яка проходить в порах порід через переріз площі1 м² протягом доби під впливом процесів молекулярної дифузії і дисперсних швидкостей фільтрації розчину в порах, при градієнті концентрації і швидкості фільтрації, рівних одиницям. Коефіцієнт конвективної дифузії характеризує дійсну (істинну) швидкість частинок розчиненої речовини в перехідній зоні, обумовлену процесами молекулярної дифузії і дисперсії в фільтраційному потоці. Швидкість ця  визначається рівнянням: Vконв = Vдисп + Vдиф

Vконв-швидкість частинок, обумовлена молекулярною дифузією і дисперсією швидкостей,

Vдисп –швикдість частиноок, обумлвена дисперсією швидкостей в фільтраційному потоці

Vдиф-швидкість частинок, обумовлена молекулярною дифузією

Визначення величину коефіцієнт конвективної дифузії –розраховуєтся в результаті використання експериментальних данних, отриманих для території з встановленим водно-сольовим режимом, по формулам:

Dф= (v1x1)/(2nPe)    - для порових вод

D*ф= v1(T-x1)/2nPe* -для грунтових вод

Dф, D*ф-коеф конвективної дифузії в порових і грунтових водах відповідно;

v1-середньорічна швидкість

x1- глибина залягання рівня іригаційно-грунтових вод

Т-глибина залягання грунтових вод

n-активна пористість водовміщюючих порід, долі одиниці

Pe, Pe*-параметр Пекле відповідно для порових і гунтових вод, це безрозмірна величина

 
8. Змішення розчинів

Розрізняють механічне змішання розчинів і хімічне змішання. В  першому випадку змінюється лише концентрація змішаних компонентів  розчину, їх природа залишаеться постійною. В другому випадку іони, які знаходяться в змішаних розчинах , вступають між собою в хімічну взаємодію, утворюючи нові часто важко розчинні солі, які випадають в осад. Хімічне змішання відбувається за схемою:

 

Де  - концентрація реагуючих компонентів та об'ємів води, в яких вони присутні; С4 - об'єм випавшего осадку. Механічне змішання підчиняється рівнянню прямої y = ax + b, де a і b  - постійні , які визначаються емпірично, а x і y – концентрація змішуваних компонентів.

Кількісний зв'язок між  концентраціями та об'ємами розбавляючих розчинів визначається за формулою:

 

Де С – концентрація даного компонента в сумарному розчині, С1,С2 – концентрація даного компоненту в змішувальних розчинах, V1V2 - об'єми змішувальних розчинів.

Істотну роль механічне змішання в формуванні іонно – сольового складу і мінералізації іррегаційно – грунтових вод та порових розчинів грає в наступних випадках:

1. при змішанні прісних іригаційних вод з мінералізованими грунтами.
2. При змішанні ірегаційно мінералізованих вод з менш мінералізованими грунтовими водами.
3. при змішанні ірегаційно грунтових вод та порових розчинів в зоні підйому рівня при зрошенні.

 
9. Коагуляція колоїдів

Колоїдною системою називається  дисперсна система з розміром частинок від 1*10^-9 до 2*10^-7 м. На відміну від істинних розчинів, які являються однофазними (гомогенними) системами, колоїдні розчини є багатофазними (гетерогенними)системами, які складаються із дисперсної фази і дисперсної середи. Дисперсна фаза колоїдів має велику величину поверхні, чим пояснюється характерний для колоїдних систем інтенсивний розвиток процесів адсорбції. За агрегатним станом колоїдні системи можуть бути рідкими, твердими, газоподібними та драглистими. Рідкі колоїди (золи) являються вільно дисперсними системами, в яких частинки дисперсної фази можуть переміщатись у дисперсній середі під дією теплового руху або сили тяжіння. Драглисті колоїди (гелі) – це зв’язанодисперсні системи, в яких частинки зв’язані одна з одною молекулярними силами, утворюють просторові структури, не здатні до взаємного переміщення і здійснюють лише коливальні рухи.

По ступеню взаємодії  дисперсної фази і середи колоїдні системи поділяються на ліофільні  або ліофобні або гідрофільні  та гідрофобні (у випадку якщо дисп. Середа представлена водою). В ліофільних колоїдних системах частинки полоїда енергійно і у великій кількості взаємодіють з молекулами дисперсійної середи, утворюючи стійкі комплекси в умовах оборотності процесу. Необоротні або ліофільні колоїдні системи характеризуються тим, що частинки дисперсної фази і дисперсійної  середи не взаємодіють одна з одною або взаємодіють слабо. Сухий залишок ліофільних колоїдів при зіткненні з дисперсійною  середою знову самовільно утворюють колоїдну систему, а сухий залишок ліофобних кол. не здатен самовільно диспергуватись в дисперсійній середі.

Руйнування колоїдних  систем відбувається в результаті седиментації (осадження) і коагуляції (звертання). Процеси седиментації заключаються в осадженні або вспливанні частинок дисперсної фази в результаті їх взаємного злиття і утворення агрегатів. Коагуляція заклечається в укрупненні частинок дисперсної фази в результаті взаємного злипання і утворення агрегатів. На певному етапі укрупнення частинок коагуляція може супроводжуватись седиментацією. Колоїдні частинки мають заряд, який з’являється внаслідок адсорбції їз дисперсійної середи на поверхні частинок іонів.

Коагуляція колоїдних  систем проходить під впливом  ряду факторів: температури, концентрації дисперсної фази та ін.. Найважливішою  причиною коагуляції являється надходження  в систему електролітів, зокрема  розчинів різних солей з концентрацією, яка перевищує певну мінімальну величину, яку називають порогом  коагуляції. При цьому коагулюючим іоном в розчині являється той, який має заряд, протилежний заряду колоїдних частинок. Кінцевим результатом являється осадження частинок, в результаті якого концентрація колоїдного розчину знижується. Швидкість осадження розраховується за формулою Стокса:

V= D²/1800η*g(δ₁-δ₂),

де v – швидкість осадження частинок; D – ефективний діаметр частинок; η – в’язкість середи; δ₁ і δ₂ – Щільності частинок і дисперсійної середи; g – прискорення сили тяжіння.

В природних умовах часто  відбувається взаємна коагуляція при  змішуванні ліофобних колоїдів.