Тупроқ физикаси

 
 
 
(1)
бу ерда, g
1
ва g
2
– алмаштириладиган фазада I ва II тур ионларнинг 
фаолликлари, a
1
, a
2
ва z
1
, z
2
– тегишли равишда уларнинг эритмадаги активлиги 
ва валентлиги. Шароитлари бузилган тупроқларга, у кўпроқ фойдали бўлган 
тупроқлар учун қўллаш мумкин-мумкинмаслигилиги кўплаб ишларда кўриб 
чиқилган (Антипов-Каратаев, Кодер, 1947; Багрецов ва бошқалар, 1960). 
Адабиѐтлар таҳлилидан келиб чиқиб айтиш мумкин бўлган асосий 
хулосалар шуки, (16.1) тенгламани фақат қуйидаги принциплардан келиб 
чиқибгина тупроқлар учун қўллаш мумкин: уни етарли даражада бўлмаслигига 
сабаб бўладиган муҳим ҳолат, бу алмашинадиган
ионлар билан ҳар хил 
энергия орқали боғланадиган сорбентларнинг алмашинадиган гуруҳларининг 
бир хилда бўлмаслигидир. Натижада гистерезис алмашиниш пайдо бўлади, 
мувозанатнинг стехиометрик константасининг доимийлиги бузилади, қаттиқ 
фазада фаоллик коэффициентлари ўзгаради, боғланиш энергияси кучли ва 
кучсиз бўлган жойларда алмашиниш константасида фарқ бўлади ва ҳ.к.
Массага таъсир этиш
қонунининг бузилиши, айниқса, сорбент тўлиқ 
тўлдирилмаганида ва алмашинишда қатнашадиган ионлар сони кам бўлганида 
кучли намоѐн бўлади. Қонуннинг қониқарли бажарилиши тенг валентли 
ионлар (масалан, Sr
2+
, Са
2+
) учун ўринлидир
. 
Массага таъсир этиш қонунини
турли тупроқлардаги узоқ вақт яшовчи радиозотоплар Sr
2+
, Cs
+
, Сe
3+
нинг 
микромиқдорларини 
алмашинишида 
қўллаш 
мумкинлиги 
масаласи 
қизиқарлидир.
Мазкур масала бўйича маълумотлар жуда кам, улар ҳам бўлса 
тупроқ учун эмас, балки бентонит ва каолинитларга тааллуқлидир.
Тупроқлар учун ушбу масалани охирги вақтларда Ю.Д.Кокотов (1962) 
батафсил ўрганган. У ион алмашиниш ҳолатларида сорбция (сингиш) 
жараѐнларини баҳолаш учун қўлланиладиган селективлик (танловчанлик) ва 
тақсимланиш коэффициентлари каби физик-кимѐда кенг тарқалган бир қатор 
тушунчаларни ҳам аниқлаштирган.
Улардан биринчиси тизим таркибидаги моддаларга нисбатан сорбентнинг 
танлаб сорбция қила олиш хоссасини характерлайди. Унинг катталиги тажриба 
шартлари, сорбцияланаѐтган ионларнинг табиати ва концентрацияси ва тупроқ 
минералларининг характерига боғлиқ. Турли муаллифлар ушбу тушунчани 
турлича талқин қиладилар (Bonner ва бошқа., 1958; Kraus ва бошқа., 1959; 
Чернева ва бошқа., 1961), лекин унинг қуйидаги талқини энг омадли 
ҳисобланади: 

---

294 
(2) 
бу ерда, Г
1
ва Г
2
, С
1
ва
С
2
- сорбцион фаза ва мувозанатлашган 
эритмалардаги ионларнинг концентрациялари. Г
1
/C
1
=K
d
ва Г
2
/
С
2
=K
d2
нисбатлари модданинг сорбцион фаза ва эритма ўртасидаги тарқалиш 
коэффициентлари ҳисобланади ва тажриба шарти бўйича сорбентнинг моддани 
танловчанлигини характерлайди. Тақсимланиш коэффициенти катталикларини 
алмашинишнинг илгари ҳисобланган константалари билан боғлаш имконияти 
бор, эритмадаги микрокомпонентларнинг сорбцияси қуйидагича боради: 
(3) 
бу ерда, S –алмашиниш сиғими, γ
1
, γ
2
ва f
1
, f
2
– биринчи ва иккинчи 
ионларнинг тегишли равишда сорбцияловчи ва суюқ фазалардаги 
коэффициентлари. 
(3) 
тенглама 
алмашиниш 
изотермасининг 
тенгламаси 
бўлиб, 
макрокомпонентлар иштирокида микрокомпонентларни сорбциясини ѐритиш 
учун хизмат қилади ва турли микрокомпонентларга нисбатан сорбентларнинг 
селективлигини солиштириш учун асос ҳисобланади. Турли сорбентларнинг ( I 
ва II тур) мазкур ионга селективлигини солиштириш уларнинг тақсимланиш 
коэффициентининг нисбати ва ионитларнинг хоссалари бир-бирига яқин, 
фаоллик коэффициентлари 1га тенг, деган тахмин қуйидаги формула бўйича 
амалга оширилади:
(4) 
Б.П.Никольскийнинг (4) тенгламасини иккита макрокомпонентларнинг 
тенглигини ҳисоблаш учун ҳам ишлатиш мумкин. 
Бунда 
(5)
ҳосил бўлади. 
(V
- эритманинг сиғими, 
d
- қаттиқ фазанинг зичлиги, 
п
- 
иккинчи компонентнинг ва 
т 
- биринчи компонентларнинг системадаги сони). 

---

295 
Микрокомпопентлар ва макрокомпонентларнинг тенглигини ҳисоблаш учун 
(13.3) дан фойдалансак, қуйидаги ҳосил бўлади 
(6) 
Шу тенгламанинг ўзи танловчанликни ҳисоблаш учун мўлжалланган 
формулалар учун асос бўлади: 
(7) 
Хусусан, микрокомпонент учун
(8) 
Ва ниҳоят, тақсимланиш коэффициентининг катталигини сорбция 
фоизининг (β) ва сорбциядан кейин (η) эритмада қолган ионлар фоизининг 
катталикларини боғлаш мумкин. Бунда
(9) 
Тупроқнинг ҳосил бўлиши натижасида ҳосил бўладиган энг узоқ вақт 
сақланувчи маҳсулотларни: айнан, Sr
90
, Cs
137
ва Ce
144
ларни сингдириши бўйича 
ўтказилган айрим тажриба натижаларини кўриб чиқамиз. Биринчи навбатда
Sr
90
сорбциясига тўхталиб ўтамиз. Ҳозирги вақтда турли тупроқлар Sr
90
ни 
ўзига сингдиришида унинг тақсимланиш коэффициентига рН қандай таъсир 
кўрсатиши ҳақида адабиѐтларда маълумотлар келтирилган. Булар: а) бўз 
тупроқларни тузсиз сув эритмалари ва 4Н • NaN0
3
эритмасидан Sr
90
ни 
сингдириб олиши, бунда унинг К
d
Sr=f(pH) эгрилигидаги максимуми рН=9,2 
қилиб белгилаб олинади ва тупроққа 
қўшилганида тузли эритмалардан Sr
90
яхши сингади; б) алмашиниш сиғими паст бўлган кулранг тупроқларнинг Sr
90
ни сингдириб олиши, бунда NaOH, NH
4
OH (максимум рН = 7 бўлганда) ва 
Са(ОН)
2
(максимум pH = 5 гача силжиган) эритмалари билан титрлаб 
K
d
Sr=f(pH) эгрилигидаги максимум қийматини рН да белгилаб олинади ва 
стронций ионлари қўшилганида максимум рН катта бўлган томонга силжийди; 
в) турли тупроқларни таркибида исталган фоизларда барқарор стронций бўлган 
ва ҳар хил ишқорий металлар қўшилганда Sr
90
ни сингдириб олиши, бунда 

---

296 
максимум рН = 10,5 да пасаяди ва у ҳаттоки, 0,001 S (S-алмашиниш сиғими) 
дан ортиқ стронций қўшилганда батамом йўқолади.
Хилма-хил тупроқларнинг Sr
90
ни сингдиришининг алмашиниш 
табиатининг турли аспектлари чет элларда ҳам, МДҲда ҳам ўрганилган. 
В.М.Клечковский ва унинг шогирдлари (1956, 1960) ўзларининг қатор илмий 
ишларида турли тупроқларни Sr
90
ни тузсиз эритмалардан ҳам, турли 
концентрацияли СаСl
2
, КС1 ва ҳ.к. эритмалардан ҳам сорбциялаши аниқланган. 
Бунда, одатда, тузли эритмалар СаС1
2
эритмасидаги катталиги КCl эритмаси 
катталигидан кичик бўлган стронцийнинг сорбциясини сусайтириши 
аниқланган. Катионларни кальцийга алмашиниши чимли-кулранг тупроқни 
сорбциясига унчалик таъсир қилмайди, лекин қизил ва қора тупроқларнинг 
сорбциясини пасайтиради. Бунда K
d
Sr катталиги V/d катталиги ўзгариши 
билан ўзгаради. 
Адабиѐтлар таҳлилидан 
K
d
Sr=f(pH) эгри чизиғи максимум рН катта бўлган 
томонга силжийди ва барқарор стронций сони ошганида баландлик бўйлаб 
пасаяди, тупроққа туз қўшилганида ва муҳитнинг кислоталилиги ортганида 
тупроқ Sr
90
ни камроқ сорбциялайди, деган умумий хулосалар келиб чиқади. 
Бутун бир сорбцион жараѐн алмашинувчи характерга эга.
Ю.А.Кокотов (1961, 1962а, 1962б) бир қатор қизиқарли натижалар олган, 
у турли тупроқларда Sr
90
нинг тақсимланиш коэффициентининг тупроқ
суспензиясининг қанчалик суюлтирилишига боғлиқлигини аниқлаган (84-расм) 
ва
К
d 
катталигини ва тўйинганлик эффектини ортиши билан ўсиб бориши 
ѐки маълум бир суюлтиришдан сўнг 
К
d
қиймати доимийликка ўтишини 
тушунтирган. Ион алмашиниш назарияси юзасидан қилинган мулоҳазалар 
асосида улар ҳисоблаш формулаларини ишлаб чиқишган ва уларга мувофиқ 
тупроққа қўшилган кальций (ѐки стронций) концентрациясига қараб Sr
90
ни 
тақсимланиш коэффициенти боғлиқлигининг эгрилиги тажрибаларда олинган 
(85-расм), Sr2+> Са2+> Мg2+ >K+>NH4+ > Na+ сингари катионларнинг 
тузлари тупроққа қўшилганида стронцийнинг 
К
d
катталигигатаъсири аста-
секин камайганлигини аниқланган.