Процессы перемещения веществ

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.)

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.

Простейшая форма физико-химической миграции — диффузия — это процесс самопроизвольного и необратимого переноса вещества из одной части системы в другую, что возникает вследствие теплового движения частиц. Диффузия протекает как в индивидуальном веществе, так и в смеси; и при любом агрегатном состоянии. Диффузия в горных породах обычно сопровождается взаимодействием вещества со средой. Из-за хаотического движения частиц диффузия переносит их из одного местоположения в другое. В системе, состоящей из 2-х и более веществ, образуются диффузионные потоки, стремящиеся выровнять концентрации и прийти к термодинамическому равновесию. геологический адсорбция диффузия Диффузия в горных породах протекает в более сложной обстановке. Все они содержат поры различных размеров и формы. Породы являются гетерогенными системами, вмещающими растворы и/или газы, которые с ней взаимодействуют. В природе вещества обычно диффузируют через серию неодинаковых пластов с различным коэффициентом диффузии. При этом на ее прохождение могут повлиять пористость среды, ее структура, влажность пород и их слоистость.

Смежный диффузии процесс — конвекция — миграция массовых потоков газа или жидкости, перемещение частиц происходит вместе с растворителем. Конвекция характерна как для верхней мантии, так и для земной коры. Конвекция в пористой среде называется фильтрацией, которая протекает значительно быстрей диффузии и особенно характерна для верхней части земной коры — зоны активного водообмена, хотя может развиваться и в земных глубинах. Фильтрация энергичнее в складчатых поясах и слабее на платформах и щитах.

Другая форма миграции — сорбция. При этом процессе происходит поглощение газов или жидкостей твердыми или жидкими веществами из окружающего пространства поверхностью (адсорбция) или всем объемом (абсорбция) тела. Поглощающие вещества называются адсорбентами (абсорбентами), а поглощаемые адсорбатами (абсорбатами).

Адсорбция происходит на границе раздела фаз вследствие действия на частицы силы притяжения бoльшей, чем действующие равномерно со всех сторон силы притяжения частиц друг другом. Адсорбция протекает интенсивнее, чем больше площадь раздела фаз или развита поверхность тела.

Адсорбция в свою очередь подразделяется на физическую, когда происходит занятие адсорбатом поверхности адсорбента, и химическую, когда адсорбент и адсорбат вступают между собой в химическую реакцию.

Развитию физической адсорбции неизменно препятствует десорбция, процесс обратный адсорбции, из-за стремления к тепловому равновесию и при этом число адсорбирующих и десорбирующих частиц в единицу времени образуется одинаковое количество.

При помещении адсорбента в раствор электролита происходит самопроизвольный ионный обмен между адсорбентом и раствором, который может быть как с ионами на поверхности, так и с ионами в объеме в результате диссоциации молекул адсорбента.

Ионный обмен обычно сопровождается побочным процессом проникновения и растворителя и растворенного вещества в поры горной породы. Химическая адсорбция протекает с образованием связей, определяемых структурой адсорбента. Существует химическая адсорбция газов на металлах, угле, оксидах металлов, при гетерогенном катализе.

Физическая адсорбция при возрастании температуры способна преобразоваться в химическую. При химической адсорбции выделяется значительное количество тепловой энергии.