تبادل دو‌گانه K-Ca توسط يك رس جدا شده از خاك با مينرالوژي غالب ايلايت (ميكا): 2- تعيين ضرايب انتخاب‌گري و پارامترهاي ترموديناميكي و اثر تخليه پتاسيم بر آن‌ها

Binary K-Ca exchange on a clay separated from a soil with dominate illite (mica) mineralogy: 2- Determination of selectivity Coefficients and thermodynamic parameters and effects on them of K-depletion

در اين مطالعه ضرايب انتخاب‌گري مربوط به تبادل K-Ca در رس‌ جدا شده از خاك ايلايتي و تخليه شده براي زمان‌هاي متفاوت 0، 6، 25 و 150 ساعت در دو قدرت يوني 0/3 و 0/002 مولار محاسبه و پارامترهاي ترموديناميكي مربوطه تعيين گرديد. با افزايش جزء هم‌ارز پتاسيم (EK)، ضرايب انتخاب‌گري كر (KKer)، ونسلو (KV)، گاپون (KG)، گينز-توماس (KGT) و ديويس (KD)ر همه رس‌ها افزايش يافت. در دامنه 0/7EK≤، 1KV< بود كه گوياي آن است كه فاز تبادل‌گر در اين دامنه پتاسيم را بر كلسيم ترجيح مي‌دهد. در EK‌‌هاي خيلي بالا، كلسيم بر پتاسيم ترجيح داده شد. مدل رزماند-كرنفلد (KRK) به‌خوبي بر داده‌هاي تبادلي برازش يافت. پارامتر β در اين معادله كوچكتر از 0/66 بود كه حاكي از ناهمگني مكان‌هاي تبادلي در رس‌هاي مورد مطالعه بود. مقادير β، بر اثر تخليه پتاسيم از رس كاهش يافت. علاوه ‌بر‌اين، با كاهش قدرت يوني از 0/3 به 0/002 مولار، ميانگين β كاهش يافت كه گوياي افزايش ناهمگني بر اثر كاهش قدرت يوني بود. مدل محلول مرتب نيز به‌خوبي بر داده‌ها برازش يافت. براي همه رس‌ها Kex كوچكتر از 1 و G°exΔ مثبت بود. تفاوت معنا‌داري بين Kex رس‌هاي تخليه شده به درجات متفاوت مشاهده نشد كه گوياي آن است كه در رس‌هاي تخليه شده و سپس فروريزش كرده، درجه تخليه اوليه پتاسيم بر ويژگي‌هاي انتخاب‌گري رس تأثيري نداشته است. با كاهش قدرت يوني Kex افزايش و ΔG°ex كاهش ‌يافت كه گوياي كاهش تمايل براي جذب K+ نسبت به Ca2+ بود. با تغيير EK، Kex كمابيش ثابت بود. با افزايش ECa، ƒK كاهش و ƒCa افزايش يافت. مقايسه مقادير ƒK و ƒCa محاسبه شده به دو روش ترموديناميكي و مدل محلول مرتب نشان داد كه مقادير ƒK حاصل از مدل محلول مرتب بيشتر از ƒK محاسبه شده از روش ترموديناميكي است.

Selectivity coefficients and thermodynamic parameters of K-Ca exchange in a clay separated from a soil with dominant illite (mica) mineralogy were studied at two different ionic strengths (0.3 and 0.002 M). The clay was depleted for periods of 0, 6, 25 and 150 hours. The values of the Kerr (KKer), the Vanselow (KV), the Gapon (KG), the Gaines-Thomas (KGT) and the Davies (KD) selectivity coefficients were increased with K saturation. In the range of EK≤0.7, KV was smaller than 1, suggested that the exchangers preferred K+ over Ca2+ in this range, however at high EK values, Ca2+ was preferentially selected. Rothmund-Kornfeld model was fitted well to exchange data. β in this equation was smaller than 0.66, demonstrating heterogeneity of exchange sites in the clays. The value of β decreased with K-depletion. Furthermore, β decreased with reduction in ionic strength from 0.3 to 0.002 M, indicating an increase in surface sites heterogeneity. Regular solution (RS) model was also well fitted to the data. Thermodynamic equilibrium constants (Kex) were smaller than 1 and the standard free energy of the exchange reactions (ΔG°ex) were positive in all clays. The values of Kex in different K-depleted clays were not significantly different, indicating that the depletion-collapse cycle of these illitic clays did not change their selectivity for K+ or Ca2+. The decrease in the ionic strength led to the increase in Kex and decrease in ΔG°ex, an indication of reduced tendency of clay for K+ relative to Ca2+. With increasing EK, Kex remained relatively constant. ƒK increased with ECa and ƒCa decreased. Comparison of ƒK and ƒCa calculated by the thermodynamic method and the regular solution model indicated that the values of ƒK in RS model were greater than of thermodynamic method.