دانلود پایان نامه درباره مواد غذایی، ظرفیت جذب، دینامیکی، دو قطبی

دانلود پایان نامه ارشد

پیوند هیدروژنی سستتر میشود.
کاتیونهای قابل تعویض:کاتیونهای قابل تعویض، کاتیونهای جذب شده بر سطوح باردار منفی هستند که هنگام مخلوط شدن با آب، هیدراته شده و بر روی سطح رس به شکل مولکولهای هیدراته جذب میشوند (شکل2-10 قسمت (ب)). کاتیونهای با بار مثبت توسط گوشههای منفی مولکول آب احاطه شدهاند.

(الف): پیوند هیدروژنی
(ب): هیدراته شدن

(ج): جذب توسط اسمز
(د): جاذبه دوقطبی
شکل ‏210: مکانیسمهای احتمالی جذب آب توسط سطوح رسی ]22[
جذب توسط پدیده اسمز: غلظت کاتیونهای هیدراته نزدیک سطح باردار، به دلیل نیروی جاذبه الکترواستاتیک، بسیار زیاد است. نیروی جاذبه الکترواستاتیک مانع از انتشار کاتیونها به دورتر از سطح شده، بنابراین غلظت مولکولهای آب در نزدیکی سطح ذرات رس کم است. این اختلاف در غلظت آب باعث میشود مولکولهای آب، به دلیل فشار اسمزی، به سطح باردار مجاور انتشار یابند (شکل2-10 قسمت (ج)).
سطح باردار-جاذبه دوقطبی: از آنجا که آب یک مولکول دوقطبی است، حتی اگر آن را از نظر الکتریکی خنثی بدانیم، به دلیل نیروی جاذبه واندروالس به صورت الکترواستاتیکی به سطوح باردار رس جذب میشود. مولکولهای دو قطبی آب با درجهای از کاهش تدریجی جهتگیری با افزایش فاصله از سطح، به سمت سطوح باردار منفی جهتدار میشوند (شکل2-10 قسمت (د)) ]22[.
پدیده جذب62 در خاک
عمل جذب میتواند به عنوان تجمع ماده در حد فاصل بین سطح جامد و محلول تعریف شود. جذب شامل برداشت مولکولهای مواد حل شونده در یک محلول و پیوستن این مولکولها به سطح جذبکننده میباشد. وقتی مکانیسمهای نگهداری بر روی سطح ناشناخته باشد، جذب سطحی63، رسوب سطحی64 و پلیمریزاسیون65، در قالب واژه عمومی جذب مطرح میشوند. جذب شوندهها66 موادی هستند که در سطح جامدی که به آن جاذب67 گویند تجمع یافته و پتانسیل مولکول یا یون موجود در محلولی که جذب میشود با اصطلاح جذبشوندگی68 شناخته میشود ]23[. غلظت مولکولها در مجاورت یک سطح، به دلیل غیراشباع بودن نیروهای سطح جاذب جامد، افزایش مییابد. به عبارتی اتم قرار گرفته بر روی سطح جامد، در معرض نیروهای نامتعادل قرار میگیرد؛ به طوری که کشش داخلی بیشتر از نیروهای به سمت خارج است. جذب سطحی یکی از مهمترین فرآیندها در شیمی خاک است. این فرآیند تعیین کننده کیفیت مواد مغذی مورد نیاز گیاه، فلزات، آفتکشها و دیگر مواد آلی نگهداری شده در سطوح خاک بوده و بنابراین یکی از فرآیندهای اولیهای است که انتقال مؤثر مواد غذایی و آلایندهها را در خاک کنترل میکند.
مکانیسمهای مختلف جذب یک یون در حد فاصل کانی-آب به شرح زیر است:
جذب یک یون با ساختار یک کمپلکس بیرونی (a)
بدون هیدراته شدگی و با ساختار یک کمپلکس درونی (b)
پخش شبکهای و جانشینی همشکل در درون شبکه کانیایی (c)
پخش سریع و به موازات سطح و با ساختار پلیمرهای سطحی (d) و یا جذب سطحی در گوشههای ساختمان کانی، با هدف افزایش تعداد پیوندهای اتمی (e)
رشد و جاسازی پلیمرها در ساختمان مشبک کانی (f)
سرانجام یونهای جذب سطحی شده میتوانند در نتیجه تعادلات دینامیکی و یا واکنشهای اکسایش-کاهش بوجود آمده در سطح، به فرم محلول بازگردند (g) ]24[.

شکل ‏211: مکانیسمهای مختلف جذب یون در سطح کانی ]24[
دو مکانیسم جذبی مختلف بر روی سطوح کانیهای خاک میتواند اتفاق بیفتد: جذب تحت فرآیندهای فیزیکی و جذب تحت فرآیندهای شیمیایی. در واقع دو نیروی فیزیکی و شیمیایی سبب اتصال جذبشونده به جاذب میشود. نیروهای فیزیکی شامل نیروهای واندروالس69 و کمپلکسهای بیرونی الکترواستاتیک70 است. جذب سطحی فیزیکی، یک پدیده برگشتپذیر بوده که در آن ماده جذب شونده در شبکه کریستالی ماده جاذب نفوذ نمیکند؛ بلکه وارد سطوح تخلخل آن میشود. نیروهای شیمیایی، حاصل واکنشهایی با دامنه محدود، شامل کمپلکسهای درونی است، که دربردارنده پیوند کووالانسی، مکانیسم تبادل لیگاند و پیوند هیدروژنی است ]25[. در نوع شیمیایی جذب سطحی، نیروهای بین مولکولی ایجاد شده بسیار قویتر از جذب فیزیکی است و حرارت آزاد شده معمولاً زیاد میباشد؛ به طوری که در حد حرارت یک واکنش شیمیایی است. این فرآیند عموماً برگشتناپذیر بوده و سرعت جذب آن در مقایسه با جذب سطحی فیزیکی بسیار بیشتر است. جذب سطحی اولین بار توسط مکبین در سال 1909 ارائه شد. علت استفاده از این فرآیند گزینشپذیری مناسب یک جاذب برای جذب یک یا چند جزء از اجزای سیال حامل میباشد. با توجه به اینکه مقدار تجمع مولکولهای جذبشونده در سطح کوچکی انجام میشود، معمولاً از جاذبهای متخلخل با نسبت سطح به حجم بالا استفاده میشود ]26[.
همدمای جذب سطحی71
یک همدمای جذب سطحی که بیانگر ارتباط بین فعالیت یا غلظت تعادلی ماده جذب سطحی شونده و مقدار ماده جذب سطحی شده روی یک سطح در دمای ثابت میباشد، معمولاً برای توصیف جذب سطحی مورد استفاده قرار میگیرد. یکی از نخستین همدماهای جذب سطحی ماده حل شده، توسط آقای ون بملن72 شرح داده شد. آزمایشهای جذب سطحی با به تعادل رسانیدن (تکان دادن و بهم زدن) محلول حاوی ماده جذب سطحی شونده (با ترکیب شیمیایی مشخص و حجم معین)، با مقدار مشخصی از جذب سطحی کننده، در دما و فشار ثابت و برای مدت زمانی که تعادل برقرار شود (یعنی جذب سطحی به حالتی پایا برسد و یا پس از این مدت زمان، دیگر تغییری صورت نگیرد) انجام میشوند. پس از رسیدن به حالت تعادل، محلول حاوی ماده جذب سطحی شونده از طریق سانتریفوژ کردن، از ماده جاذب جدا شده و مورد اندازهگیری قرار میگیرد. درجه جذب سطحی را میتوان با استفاده از معادله موازنه جرم زیر تعیین کرد:
معادله ‏22
Q=((C_0-C_e ) V_sol)/M_s
در معادله فوق، Q مقدار جذب سطحی (مقدار ماده جذب سطحی شونده در واحد جرم جاذب) (mg/Kg)، C0 غلظت اولیه ماده جذب شونده (mg/L)، Ce غلظت نهایی ماده جذب شونده (mg/L)، Vsol حجم محلول (L) و Ms جرم خاک (Kg) میباشد. حال برای رسم گرافیکی، Ce را بر روی محور Xها در مقابل Q بر روی محور Yها نشان میدهند ]16[.
جذب سطحی را میتوان به وسیله چهار نوع کلی همدما (S، L، H و C) که در شکل 2-12 نشان داده شده است، توضیح داد. در همدمای نوع S، با افزایش غلظت ماده جذب سطحی شونده در ابتدا شیب افزایش مییابد ولی نهایتاً، با پرشدن مکانهای جذب سطحیکننده خالی، کاهش یافته و به صفر میرسد. این نوع همدما نشان میدهد که سطح در غلظتهای کم، تمایل کمی به جذب ماده جذبشونده دارد و این تمایل در غلظتهای بیشتر افزایش مییابد. مشخصه همدمای نوع L (لانگمویر) این است که با افزایش غلظت، شیب کاهش مییابد؛ زیرا تعداد مکانهای جذب سطحی کننده خالی، با افزایش پوشش سطحی، کاهش پیدا میکند. چنین رفتار جذب سطحی را میتوان ناشی از تمایل زیاد جاذب به جذب ماده جذب سطحی شونده در غلظتهای کم و کاهش این تمایل با افزایش غلظت دانست. همدمای نوع H حاکی از برهمکنش شدید جاذب و جذب سطحی شونده میباشد. همدمای نوع C نشان دهنده یک مکانیسم تقسیم است که به موجب آن یونهای جذب سطحی شونده بین فاز مشترک و فاز محلول، بدون هیچ پیوند خاصی، توزیع یا تقسیم میشوند ]24[.

شکل ‏212: چهار دسته کلی همدماهای جذب سطحی ]24[
مدلهای جذب سطحی مبتنی بر تعادل
برای توضیح جذب سطحی بر روی سطوح خاک، مجموعهای از مدلها که بر پایه تعادل استوار میباشند، وجود دارد. از جمله پرکاربردترین این مدلها میتوان به دو مدل فروندلیچ73 و لانگمویر74 اشاره کرد.
معادله فروندلیچ
معادله فروندلیچ که اولین بار از آن برای توضیح جذب سطحی فاز گاز استفاده شد، یک مدل جذب سطحی تجربی میباشد و برای سیستمهای تک محلولی که سطح جاذب را ناهمگن فرض میکند، بکار میرود. این معادله را میتوان به صورت زیر بیان کرد:
معادله ‏23
Q=K_f C_e^(1/n)
در معادله فوق Kf و n، ثابتهای فروندلیچ بوده که بترتیب بیانگر ظرفیت جذب75 یا ضریب توزیع جذب شونده76 و شدت جذب77 و Q مقدار جذب شونده در سطح ذرات خاک میباشند. با ترسیم شکل خطی معادله 2-3، یعنی رسم Ln Q در برابر Ln Ce، Kf عرض از مبدأ و n/1 شیب خط میباشند (شکل 2-13) ]24[.

پایان نامه
Previous Entries دانلود پایان نامه درباره مواد معدنی، رنگین کمان Next Entries منبع پایان نامه ارشد با موضوع مدل ارزیابی، قابلیت اعتماد، واژه نامه، روش ترکیبی