Адсорбционные (поглотительная способность)

Свойства характерные только для дисперсных грунтов. Дисперсные грунты, при движении через них жидкостей или газов частично задерживают содержащиеся в них вещества. В результате чего грунт поглощает отдельные ионы, молекулы, коллоидные или глинистые частицы. Это свойство и называется поглотительной или адсорбционной способностью. В результате поглощения меняется состав, структура, свойства.

Гедройц предложил различать 5 видов поглотительной способности:

Механическая

Способность грунтов как всякого пористого тела задерживать частицы, взвешенные в воде при фильтрации ее через грунтовую толщу. Для каждого грунта существует предельная величина частичек, выше которой ни одна из них не будет профильтровываться через слой грунта. Частицы меньшего диаметра частично профильтровываются, а частично задерживаются грунтом за счет прерывистости грунтов, неправильной формы за счет молекулярного притяжения у мелких частиц.

Физическая

Этот вид поглощения представляет собой способность грунтов адсорбировать из водных растворов некоторые вещества вследствие молекулярного взаимодействия, возникающего между этими веществами и грунтовыми частицами. Химического взаимодействия здесь не происходит. Влажный грунт представляет собой дисперсную систему, в которой вода, содержащая растворенные соли может рассматриваться как дисперсионная среда, а твердые минеральные и органические частицы как дисперсная фаза.

Поверхностная энергия такой системы измеряется произведением поверхностного натяжения на границе твердые частицы - жидкость на величину суммарной поверхности всех частиц дисперсной фазы. Всякая дисперсная система стремится уменьшить свою поверхностную энергию. В системе грунтовые частицы + вода уменьшение ее может происходить как вследствие уменьшения величины суммарной поверхности или за счет уменьшения поверхностного натяжения воды. Оба случая приводят к проявлению физической поглотительной способности грунта.

Стремление дисперсной системы понизить поверхностную энергию приводит к тому, что концентрация веществ, вызывающих понижение поверхностного натяжения, в частности органическое вещество возрастает в слое непосредственно примыкающем к поверхности дисперсных частиц.

Это явление носит название положительной адсорбции. Вещества, повышающие поверхностное натяжение (неорганические соли) вызывают явление отрицательной адсорбции, при котором концентрация раствора будет уменьшаться по мере приближения к границе раздела.

При +а поглощаются молекулы растворенного вещества, а при –а – молекулы растворителя. Это значит, что в системе грунтовые частицы + вода в одном случае поглощаются вещества, находящиеся в природной воде, в другом поглощаются сами молекулы воды.

В процессе физического поглощения дисперсная фаза может адсорбировать не только молекулы, но и поглощать из раствора кислотные или щелочные ионы.

Такой вид поглощения – гидролитичекая адсорбция. В ходе этой адсорбции грунт может адсорбировать щелочь (может служить фильтрационно завесой для нефтепродуктов).

Образование адсорбционных слоев на поверхности твердого тела понижает его поверхностное натяжение и одновременно вызывает уменьшение твердости этой поверхности.

Величина поверхностной энергии грунтов обусловлена суммарной поверхностью твердых частиц и коллоидов, содержащихся в грунте. Львиная доля приходится на коллоиды. Величина поверхностной энергии определяется во первых содержанием коллоидов. Поверхностная энергия резко уменьшается при коагуляции коллоидов.

Физико-химическая обменная способность грунтов

При взаимодействии грунтов с раствором какого-либо вещества некоторое количество ионов исчезает, а вместо них в раствор в эквивалентном количестве входят другие ионы. При взаимодействии глинистого грунта с раствором CaCl₂ часть катионов Са из раствора исчезает и появляется Mg, Na, K и др. Суммарное количество соответствует исчезнувшему Са. В некоторых случаях увеличивается концентрация Н⁺ и уменьшается рН.

Факторы определяются природой грунта и природой раствора. ФХОС грунтов определяется их дисперсностью, чем выше дисперсность грунта, тем выше его обменная способность. Увеличение емкости обмена в основном обусловлено содержанием коллоидных частиц. На обменную способность грунтов оказывает влияние минеральный состав тонкодисперсной фракции.

Особенно большая емкость поглощения у органических образований (до 500 мг-экв/100 г породы).

Т.о. частицы, обладающие обменной способностью и определяющие ФХОС грунта в целом можно характеризовать по их дисперсности в целом и минеральному составу. Эти частицы составляют поглощающий комплекс грунтов.

Химическая

Этот вид поглотительной способности основан на образовании трудно растворимых или нерастворимых соединений в процессе взаимодействия грунта с фильтрующимся раствором. Эти соединения выпадают в осадок, присоединяются к твердой компоненте и цементируют ее. Из катионов, дающих нерастворимые соединения, чаще выступают Ca и Mg, из анионов CO₃, PO₄, SO₄.

Биологическая

Этот вид поглощения характерен для верхних слоев грунтовой толщи, г.о. почв. В результате жизнедеятельности макро и микропор происходит образование и накопление новых веществ, которые примешиваются к твердой компоненте. Характерная особенность – избирательность. В результате БПС меняется внешний вид породы, состав и свойства. Особенно заметна роль БПС при выветривании на начальном этапе формирования осадочных толщ.