Propiedades de adsorción de los suelos (del latín ad - on, at y sorbeo - yo absorbo) en ingeniería geológica : características de los suelos que caracterizan su capacidad para absorber (sorber) cualquier sustancia. Se basan en el fenómeno fisicoquímico de la adsorción : la concentración de una sustancia (adsorbato) a partir del volumen de fases en la interfaz entre ellas.
En los suelos , la adsorción puede ocurrir en varias superficies interfaciales: sólido y líquido (adsorción de solución), sólido y gaseoso (adsorción de vapor o gas), líquido y gaseoso, etc. Es más pronunciado en suelos dispersos , donde la proporción de interfacial superficies es más significativo. Hay adsorción física , que es el resultado de la manifestación de fuerzas de dispersión (moleculares) e interacciones electrostáticas, y adsorción química (quimisorción), en la que el adsorbato entra en reacciones químicas con el adsorbente.
La adsorción física es un proceso espontáneo que procede con una disminución de la energía superficial libre y se describe mediante la ecuación de Gibbs: à i = - (dσ/dμ i ) t , donde à i es el exceso del componente i en la capa superficial en comparación con su concentración de equilibrio en la fase a granel; σ es la tensión superficial; μ i es el potencial químico del i-ésimo componente; T es la temperatura. La adsorción física de las soluciones puede ser positiva (en la que se absorbe el soluto) o negativa (en la que se absorbe el disolvente). Las sustancias de adsorción positiva que provocan una disminución de la tensión superficial se denominan tensioactivas ( tensioactivos ) y negativamente, inactivas superficialmente (SIV). La adsorción de sustancias en los suelos ocurre en varios sitios activos - "centros de adsorción" y está acompañada por la liberación de calor (el calor de adsorción). Dependiendo del espesor de la capa adsorbida, hay adsorción en “isla” (agrupaciones discontinuas de moléculas), monomolecular (capa de una molécula de espesor) y polimolecular (varias moléculas de espesor).
Hasta la fecha, se han propuesto varias teorías de adsorción, que se dividen en dos grupos: teorías de adsorción no localizada (que sugieren la posibilidad de movimiento del adsorbato sobre la superficie de adsorción) y teorías de adsorción localizada, en las que se cree que la Las moléculas de la sustancia adsorbida, una vez en la superficie del adsorbente, no pueden moverse a lo largo de ella. En el marco de las teorías del segundo grupo, la teoría de la adsorción de Langmuir, la teoría de Brunauer, Emmett y Teller (la teoría BET), la teoría del potencial de Polyany, y la teoría del llenado volumétrico de poros de M. M. Dubinin han recibido el más extendida hasta el momento.
La adsorción se caracteriza por una isoterma de adsorción : un gráfico de la dependencia de la cantidad de sustancia adsorbida (adsorbato) en la concentración de esta sustancia en la fase a granel a una temperatura constante. Las isotermas de adsorción de agua en diferentes tipos de suelos son similares entre sí y tienen forma de S. La adsorción de agua por los suelos depende de su composición mineral (aumentando en la serie: caolinita < clorita < ilita < esmectita), aumenta al aumentar la dispersión, al disminuir la temperatura, depende de la carga de cationes de intercambio, y otros factores.
La adsorción de varias sustancias de las soluciones por los suelos es más compleja: los no electrolitos se adsorben en forma molecular, mientras que los electrolitos se adsorben en forma iónica. En este último caso, áreas de la superficie que tienen cierta carga adsorben iones de carga opuesta, mientras que los iones que están cargados con el mismo nombre que la superficie del adsorbente no son adsorbidos por éste. Bajo la acción de fuerzas electrostáticas, permanecen cerca de los iones adsorbidos, formando junto con ellos cerca de la superficie una doble capa eléctrica. Con un aumento en la valencia de los iones electrolitos, aumenta su capacidad para ser adsorbidos en los micrositios cargados del adsorbente (Na + <Ca 2+ < Fe 3+ ).
También se distingue la adsorción de intercambio : el proceso de absorción por la capa superficial del suelo de iones de la solución de poros del electrolito, acompañado de la transición a la solución de cantidades equivalentes de iones del suelo (sin destruir su estructura cristalina), absorbido por él antes. Este es un proceso reversible espontáneo que continúa hasta que se establece el equilibrio en el sistema y obedece la ley de acción de masas. Cuantitativamente, el intercambio de iones se estima por el valor de la capacidad de intercambio catiónico del suelo ( CIC ) - la concentración de iones intercambiables en el complejo del suelo absorbido (en mg-eq por 100 g de suelo o en kg-eq por 1 m 3 de suelo). La capacidad de intercambio del suelo es un valor constante ( CEC = const) en determinadas condiciones. Dependiendo de la composición mineral del suelo, el valor CIC varía de unidades a 120–150 meq por 100 g La dependencia de la composición de las fases coexistentes se representa gráficamente como una isoterma de intercambio iónico: un gráfico de la dependencia de la composición de el intercambiador de iones sobre la composición de la solución de poro que está en equilibrio con él.