الخواص الكهروكيميائية لبعض الأراضي المصرية وعلاقتها بالتركيب المعدني

                                                "أجريت الدراسة على مفصولات الطين الناعم والخشن لسبعة عينات ممثلة للأراضى الرسوبية النهرية والرملية الطمييه والجيرية في مصر، وأجريت دراسة التركيب المعدني بها من معادن طين ومواد أمورفية، كذلك درست الخواص الكهروكيميائية للشحنات على مفصولات الطين قبل وبعد إزالة المواد الأمورفية وأثر الـ pH  عليها وتم تقدير أنواع الشحنات الكلية والثابتة والمتغيرة بدراسة منحنيات المعايره الجهديه ومنحنيات  ادمصاص الأيونات وأثر الـ pH على السعة التبادلية الكاتيونية وكذلك منحنيات ادمصاص أنيونات الفوسفات وأثرها على الخواص الكهروكيميائية لمفصولات الطين .

1- منحنيات المعايرة الجهدية لمفصولات الطين :

تم الحصول على منحنيات المعايرة الجهدية لمفصولات الطين برسم العلاقة بين تركيز أيونات H +،OH -  المدمصة مع رقم الـ pH المناظر وذلك باستخدام محاليل ذات شدة ايونية متزايدة من  0.01 مول إلى 1.0 مول ثم استخرجت قيمة النقطة الصفرية لشحنة البروتون (PZNPC) حيث يكون قيمة H+  مساوية للصفر، كذلك تم تقدير النقطة الصفرية لتأثير الأملاح (PZSE) وهو رقم الـ pH الذي عنده تتقاطع منحنيات المعايرة الجهدية للمحاليل ذات الشدة الأيونية المختلفة، ثم قيست الشحنة الكلية – والشحنة الدائمة والمتغيرة السالبة والموجبة . 

أ- خصائص الشحنات في البنتونيت والكاؤولين :

منحنيات المعايرة للبنتونيت والكاؤولينيت أظهرت نقص في قيمة ZPNPC بزيادة الشدة الأيونية للمحاليل. والكاؤولينيت ذو السطوح الهيدروكسيلية له قيم ZPNPC (3.06-4.55) أعلي من البنتونيت الذي يسود به السطوح الأوكسيجينية (1.1 – 2.49 )، كما أن إزالة المواد الأمورفية أدت إلى نقص كلٍ من ZPNPC  و PZSE مما يدل على طبيعة الأسطح الهيدروكسيلية للمواد الأمورفية .

والشحنة الكلية للبنتونيت ( 93 سنتيمول / كجم ) كانت أكبر كثيرًا من تلك للكاؤولينيت (10.3 سنتيمول / كجم ) – كما أن الشحنة الثابتة للبنتونيت أكبر كثيرًا من الكاؤولينيت لسيادة الإحلال المتماثل بها . 

ب- خصائص الشحنات لمفصولات الطين :

انخفضت قيم ZPNPC  لكل من الطين الناعم والخشن بزيادة الشدة الأيونية للمحاليل المستخدمة وذلك لانضغاط الطبقة الكهربية المزدوجة، فقد تراوحت بين (2.7 – 3.9 ) عند شدة أيونية 0.01 مول للطين الناعم، وانخفضت إلى (2.4 – 3.3 ) للطين الخشن مما يدل على سيادة سطوح سيلانول وألومينول للطين الناعم . كما أن ازالة المواد الأمورفية أدت إلى زيادة PZNPC  للطين الخشن، بينما انخفضت للطين الناعم للأراضي الرسوبية، بينما انخفضت لكلا المفصولين في الأراضي الرملية والجيرية، حيث احتوت على نسب منخفضة من المواد الأمورفية مقارنة بمفصولات الأراضي الرسوبية النهرية .

تم الحصول على نفس الاتجاهات بالنسبة لنقطة PZSE إلا أن معدلات الانخفاض بإزالة المواد الأمورفية كان أقل منها في حالة نقطة . ZPNPC

 وتقاربت النقطتين عند شدة أيونية 0.01 مول، وكانت العلاقة بينهما عالية المعنوية ( معامل ارتباط 0.96 )، وازدادت الشحنة الكلية بزيادة رقم الـ pH وتراوحت الشحنة الكلية للطين الناعم من (43-95 ستيمول / كجم) بينما انخفضت في الطين الخشن إلى نطاق (37-54 سيتمول / كجم) وكانت أكبر قيمة شحنة كلية لمفصولات كفر الشيخ وأقلها لمفصولات أسوان . وأدت إزالة المواد الأمورفية إلى زيادة الشحنة الكلية في كلاً من الطين الناعم والخشن ولقد ارتبط مقدار الزيادة في الشحنة الكلية σT  معنويًا مع نسبة المواد الأمورفية المزالة ( معامل ارتباط 0.66 )، ولقد قدرت مقدار الشحنة المتغيرة ووجدت أن نسبتها في الطين الناعم كانت أكبر ( 34 – 56% ) منها في الطين الخشن ( 28-48% ) . 

2- منحنيات ادمصاص الكاتيونات والأنيونات :

تم الحصول على منحنيات ادمصاص كلاً من كاتيونات Na+ وأنيونات Cl- عند أرقام pH مختلفة ونقطة تقاطع المنحنين اعتبرت أنها نقطة النقطة الصفرية لمحصلة الشحنة (ZPNC) . كما تم الحصول على السعة التبادلية الكاتيونية الدائمة CECp والقصوي CECmx . ولقد وجد أن قيم الـPZNC  المتحصل عليها بهذه الطريقة كانت قريبة من نقطة PZSE ونقطة PZNPC    ( معامل ارتباط 0.98 و 0.87 على التوالي ) في الطين الناعم .

كما وجد ارتباط معنوي بين السعة التبادلية الكاتيونية الدائمة CECp والشحنة الدائمة   σpلكل من الطين الناعم والخشن (معامل ارتباط 91, . و 84. ,علي التوالي).

  كما ارتبطت السعة التبادلية الكاتيونية القصوي CECmx  مع الشحنة الكلية σT في كل من الطين الناعم والخشن (معامل ارتباط  0.94  و  0.87 علي التوالي).  كذلك وجد أن إزالة المواد الأمورفية أدت الي زيادة  CECmx مع استمرار علاقتها المعنويه مع  σTقبل وبعد ازالة المواد الأمورفيه في الطين الناعم (معامل ارتباط 0.72 و 0.98 علي التوالي)  واعتبرت منحنيات ادمصاص الكاتيونات والأنيونات مكملة لمنحنيات المعايرة الجهدية للحصول على الصورة الكاملة لخصائص الشحنات على مفصولات الطين . 

3- أثر التركيب المعدني على الخصائص الكهروكيميائية لمفصولات الطين :

أوضحت نتائج الفحص بالأشعة السينية سيادة المعادن المتمددة في الطين الناعم حيث تراوحت من 21- 68% وكانت أكبر نسبة في الطين الناعم لكفر الشيخ وأقلها للطين الناعم للنوبارية.

بينما تراوحت نسب المعادن الغير متمددة ( الميكا والأيلليت والكلوريت والكاؤولينيت ) بين 21-48 % وكانت أكبر قيمة في الطين الناعم للنوبارية وأقلها في الطين الناعم في المنيا .

أما الطين الخشن فقد تراوحت نسبة المعادن المتمددة به بين 18% ( نوبارية ) و 44% ( المنيا ) ونسبة المعادن الغير متمددة بين 28 ( المنيا ) و 52% (نوبارية).

وأظهرت التحليلات الإحصائية وجود ارتباط معنوي بين نسبة المعادن المتمددة والشحنة الكلية ( معامل ارتباط * 0.91 ) وخاصة في مجموعة الطين الخشن .

وتعتبر نتائج هذه الدراسة خطوة أساسية في تفهم العديد من الخصائص الكيميائية والفيزيوكيميائية لمفصولات الطين للأراضي المصرية ولها تطبيقات عديدة في مجالات خصوبة الأراضي وتحرك و تثبيت العناصر الغذائية، وحركة العناصر الثقيلة مما له أكبر الأثر في الأهمية البيئية التطبيقية . 

4- منحنيات ادمصاص أوكسي أنيون الفوسفات :

أوضحت النتائج أن البنتونيت ادمص أكبر كمية من أنيون الفوسفات عن الكاؤولين ويرجع ذلك إلى خصائص الشحنات الكلية والدائمة المرتفعة التي تم الحصول عليها من الدراسة، كما أظهرت النتائج أن كمية أنيون الفوسفات المدمصة عند pH = 3 كانت أكبر كثيرًا ووصلت ثلاثة أضعاف تلك المدمصة في الوسط القلوي عند  = pH 9 للطين الناعم وازدادت إلى أربعة أضعافها في الطين الخشن.

كما انخفضت كمية الفوسفات المدمصة بإزالة المواد الأمورفية بنسبة وصلت إلى 75% في الطين الناعم و 20% للطين الخشن، وأظهر الطين الناعم للفيوم وطنطا أكبر ادمصاص للفوسفات ( 2204 – 2415 مجم / كجم ) تبعة المنيا وكفر الشيخ وبلبيس ( 1360 - 1720 مجم / كجم ) بينما سجل طين أسوان أقل ادمصاص ونفس الترتيب حدث في الطين الخشن، وهو ما ارتبط معنويًا بالسطح النوعي للمفصولات ( معامل ارتباط 0.86 ) .

تم تطبيق نموذج لانجمير على منحنيات ادمصاص أنيون الفوسفات ومنها تم حساب أقصى ادمصاص b)) وطاقة الربط (k) ووجد أن طاقة الربط (k) تزداد بزيادة أقصى كمية مدمصة وزيادة الـ pH أدى إلى انخفاض قيمة أقصى كمية مدمصة من الفوسفات بحوالي 50% وكذلك انخفاض في طاقة الربط، كما أن إزالة المواد الأمورفية أدت إلى انخفاض كلا القيمتين لكل من الطين الناعم والخشن، وكانت قيم طاقة الربط للفوسفور مع الطين الخشن أكبر معنويًا منها في الطين الناعم . 

5- أثر ادمصاص أنيون أوكسي فوسفات على خصائص الشحنات لمفصولات الطين :

أدى ادمصاص الفوسفات إلى انخفاض الشحنة الكلية للطين الناعم بنسبة تصل إلى 40% وللطين الخشن 15% وكان التأثير محدودًا على الشحنة الدائمة وتراوح الانخفاض بها نتيجة ادمصاص الفوسفور بين 4-10 % فقط، وصاحب ذلك انخفاض في السعة التبادلية الكاتيونية CEC بنسبة 35% إلا في مفصولات الطين الناعم .

ومن ناحيه أخري أدي تشبيع الطين بالفوسفات الي زيادة جميع قيم النقا ط الصفريه للشحنه حيث كانت قيم PZNPC  في نطاق (2.65 – 3.56 ) ارتفع الي (3.1 – 3.83 )  بعد ادمصاص الفوسفات. لذلك ارتفعت قيمة PZSE  من (3.4 – 4.4 ) الي (3.6 – 4.8 )  بعد ادمصاص الفوسفات ونفس الشيء ارتفعت قيم PZNC  لكل من الطين الناعم و الخشن بعد تشبيعها بالفوسفات.

وبصفه عامه فلقد أوضحت هذه الدراسه وجود نسبه يعتد بها من التبادل الأنيوني تمثل 10 – 20 % من التبادل الكاتيوني وتزداد نسبة مساهمة التبادل الأنيوني الي 40 % بانخفاض رقم  pH  التربه وخاصة في منطقة الجذور.  كذلك أوضحت النتائج تأثير تركيز الأ ملاح في التربه علي شحنة الحبيبات حيث تقل كثافة الشحنات مع زيادة الشده الأيونيه لمحلول التربه ونتيجه لذلك فان الخواص الكهروكيميائيه وخصائص الشحنات في التربه تعتبر غير ثابته بل تتغير باستمرار مع تغير الظروف الكيميائيه في التربه."