Maaperän adsorptioominaisuudet (latinalaisista sanoista ad - on, at ja sorbeo - I absorb) insinöörigeologiassa - maaperän ominaisuudet , jotka kuvaavat niiden kykyä absorboida (sorboida) mitä tahansa aineita. Ne perustuvat adsorption fysikaalis-kemialliseen ilmiöön - aineen (adsorbaatin) pitoisuuteen niiden välisellä rajapinnalla olevien faasien tilavuudesta.
Maaperässä adsorptio voi tapahtua erilaisilla rajapintojen pinnoilla: kiinteä ja nestemäinen (adsorptio liuoksesta), kiinteä ja kaasumainen (adsorptio höyrystä tai kaasusta), nestemäinen ja kaasumainen jne. Se on voimakkainta hajallaan maaperässä , jossa rajapintojen osuus pinnat ovat merkittävimpiä. On olemassa fysikaalinen adsorptio , joka on seurausta dispersiovoimien (molekyylien) ja sähköstaattisten vuorovaikutusten ilmenemisestä, ja kemiallinen adsorptio (kemisorptio), jossa adsorbaatti pääsee kemiallisiin reaktioihin adsorbentin kanssa.
Fysikaalinen adsorptio on spontaani prosessi, joka etenee vapaan pintaenergian pienentyessä ja jota kuvaa Gibbsin yhtälö: Г i = - (dσ/dμ i ) t , missä Г i on komponentin i ylimäärä pintakerroksessa verrattuna sen tasapainokonsentraatio bulkkifaasissa; σ on pintajännitys; μ i on i:nnen komponentin kemiallinen potentiaali; T on lämpötila. Fysikaalinen adsorptio liuoksista voi olla positiivista (jossa liuennut aine imeytyy) tai negatiivinen (jossa liuotin imeytyy). Positiivisesti adsorboivia aineita, jotka aiheuttavat pintajännityksen laskua, kutsutaan pinta-aktiivisiksi ( surfactants ) ja negatiivisesti pinta-inaktiivisiksi (SIV). Aineiden adsorptio maaperässä tapahtuu useissa aktiivisissa paikoissa - "adsorptiokeskuksissa", ja siihen liittyy lämmön vapautuminen (adsorptiolämpö). Adsorboituneen kerroksen paksuudesta riippuen on olemassa "saari" (epäjatkuvia molekyyliryhmiä), monomolekyylinen (kerros yhden molekyylin paksuinen) ja polymolekyylinen (useita molekyylejä paksu) adsorptio.
Tähän mennessä on ehdotettu useita adsorptioteorioita, jotka on jaettu kahteen ryhmään: ei-lokalisoidun adsorption teoriat (joka viittaa mahdollisuuteen adsorboituvan aineen liikkumisesta adsorptiopinnan yli) ja paikallisen adsorption teorioita, joissa uskotaan, että adsorboituneen aineen molekyylit, jotka ovat joutuneet adsorbentin pinnalle, eivät voi liikkua sitä pitkin. Toisen ryhmän teorioiden puitteissa ovat saaneet Langmuirin adsorptioteoria, Brunauerin, Emmettin ja Tellerin teoria (BET-teoria), Polyanyn potentiaaliteoria ja M. M. Dubininin teoria huokosten tilavuudesta täyttämisestä. yleisin tähän mennessä.
Adsorptiolle on tunnusomaista adsorptioisotermi - kaavio adsorboituneen aineen (adsorbaatin) määrän riippuvuudesta tämän aineen pitoisuudesta bulkkifaasissa vakiolämpötilassa. Veden adsorptioisotermit erityyppisissä maaperässä ovat ulkonäöltään samanlaisia ja S-muotoisia. Maaperän veden adsorptio riippuu niiden mineraalikoostumuksesta (lisääntyy sarjassa: kaoliniitti < kloriitti < illiitti < smektiitti), se lisääntyy leviämisen lisääntyessä, lämpötilan laskussa, riippuu vaihtokationien varauksesta ja muista tekijöistä.
Erilaisten aineiden adsorptio liuoksista maaperään on monimutkaisempaa: ei-elektrolyytit adsorboituvat molekyylimuodossa, kun taas elektrolyytit adsorboituvat ionisessa muodossa. Jälkimmäisessä tapauksessa tietyn varauksen omaavat pinnan alueet adsorboivat vastakkaisesti varautuneita ioneja, kun taas ioneja, jotka ovat varautuneet samalla nimellä kuin adsorbentin pinta, se ei adsorboi. Sähköstaattisten voimien vaikutuksesta ne pysyvät lähellä adsorboituja ioneja ja muodostavat yhdessä niiden kanssa lähellä pintaa kaksinkertaisen sähkökerroksen. Elektrolyytti-ionien valenssin kasvaessa niiden kyky adsorboitua adsorbentin varautuneisiin mikrokohtiin (Na + <Ca 2+ < Fe 3+ ) kasvaa.
Vaihtoadsorptio erotetaan myös - prosessi, jossa ionit imeytyvät maaperän pintakerrokseen elektrolyytin huokosliuoksesta, johon liittyy siirtyminen vastaavien määrien ioneja maaperästä (tuhoamatta sen kiderakennetta), imeytynyt siihen aikaisemmin. Tämä on spontaani palautuva prosessi, joka jatkuu, kunnes tasapaino on saavutettu järjestelmässä ja noudattaa massatoiminnan lakia. Kvantitatiivisesti ionien vaihto arvioidaan maaperän kationinvaihtokapasiteetin ( CEC ) arvolla - vaihtuvien ionien pitoisuudella absorboituneessa maaperässä (mg-ekv per 100 g maaperää tai kg-ekv per 1 m 3 maata). Maaperän vaihtokyky on vakioarvo ( CEC = const) tietyissä olosuhteissa. Maaperän mineraalikoostumuksesta riippuen CEC -arvo vaihtelee yksiköistä 120–150 mekv/100 g. Rinnakkaisten faasien koostumuksen riippuvuus on esitetty graafisesti ioninvaihtoisoterminä - kaaviona maaperän koostumuksen riippuvuudesta. ioninvaihdin huokosliuoksen koostumuksesta, joka on tasapainossa sen kanssa.