Transcript 양이온교환(Cation Exchange) - K

이온 교환
Ion Exchange
양이온과 음이온의 흡착
 토양콜로이드의 negative(-) 또는 positive(+)
표면은 양이온과 음이온을 흡착함
 온대지역(temperate-region)의 토양은 일반적으로
2:1형 규산염점토광물이 주종이므로 표면의 음전하로
인한 양이온 흡착이 주로 일어남
 열대지역(tropic-region)의 토양은 염기(Ca, Na, Kg,
K 등)의 용탈이 심하게 일어나 산성을 띠며, 1:1형
점토광물 또는 철, 알루미늄 산화물이 주종으로
음전하가 적고 양전하가 발달하여 주로 음이온
흡착이 일어남
양이온교환(Cation Exchange)
토양콜로이드 표면에 흡착되어 있던 양이온이
용액중의 양이온과 교환되는 현상, 이때 흡착되어
있던 양이온을 교환성 양이온(Exchangeable
Cation)이라 함
양이온의 교환은 가역반응임(Revesibility)
양이온교환(Cation Exchange)
양이온 교환반응은 당량적으로 이루어 짐. 즉,
Ca2+는 K+ 2개와 교환이 됨(Charge
Equivalence)
양이온교환(Cation Exchange)
토양콜로이드 표면의 두 양이온의 비는 토양용액
중의 비와 같아지도록 교환이 일어남(Ratio Law)
양이온교환(Cation Exchange)
양이온과 결합되어 있는 음이온이 교환반응에서
침전, 휘발 등의 과정으로 소멸될 경우
좌측으로의 반응은 잘 일어나지 않음
Cf. 중금속이 오염된 산성토양에 CaCO3 을 처리하면 토양 pH의 상승으로
중금속의 용출을 저감시킬 수 있음
양이온교환(Cation Exchange)
일반적으로 전하(charge)가 크고, 양이온의 수화
반경이 작을수록 토양콜로이드에 더 강하게
흡착함
H+>Al3+> Ca2+= Mg2+> K+ = NH4+ > Na+
양이온교환용량
(Cation Exchange Capacity: CEC)
 토양이 양이온을 흡착할 수 있는 능력, 정량적인 표현임
 토양단위 질량에 흡착된 교환성 양전하의 mole 수로
표현됨 (1 cmolc/kg = 1 meq/100g)
 점토의 종류 및 함량, 유기물함량에 의하여 CEC가 결정됨
 pH의존전하가 존재하므로 pH에 따라 CEC변함
 토양비옥도를 나타내는 하나의 지표이며, CEC가
높을수록 양분을 지니는 능력이 좋음
 1M CH3COONH4를 사용하여 NH4+를 포화시킨 후
알코올로 이들을 세척하여 침출 정량하여 CEC를 구함
CEC 측정 방법
Cf. 음이온교환(anion exchange): 양이온 교환과
원리적으로 유사하지만 토양콜로이드의 전하가
양전하이고 음이온 사이의 교환임, 2:1형 점토광물에서는
음이온 교환용량은 실질적으로 무시될 정도로 작으나
열대지역의 적황색토양, 1:1형 점토광물, 알로팬, Fe 또는
Al 산화물 및 수산화물을 풍부하게 함유한 토양은
음이온교환기를 가지고 있음. pH가 낮을 수록
음이온교환용량(anion exchange capacity)은 커짐, 1N
NH4Cl로 씻는 것을 반복하여 Cl-로 포화시킨후 1N
NaNO3 로 Cl-를 침출시켜 정량하여 AEC 측정,
일반적으로 CEC의 1~5%에 불과함
CEC & AEC
CEC & AEC
토성과 양이온 교환 용량(CEC)의 관계
토양콜로이드의 양이온교환용량
양이온교환용량
(Cation Exchange Capacity: CEC)
CEC의 추산(estimation)
Example….
현경이네 밭 토양의 일반분석 결과는 다음과
같았다. (pH 5.6, Clay 20%, 유기물함량
3%) 현경이네 밭 토양의 CEC를 추산하면
얼마인가? (단, Clay와 유기물의 CEC는 각각 8
cmolc/kg, 200 cmolc/kg라고 가정함)
Have a nice weekend^^