عملية “التبادل الأيوني للمعادن” والعوامل التي تتحكم بها

1998 الموسوعة الجيولوجية الجزء الرابع

KFAS

عملية التبادل الأيوني للمعادن المعادن عوامل عملية التبادل الأيوني للمعادن الكيمياء

يحدث التبادل الأيوني عادة في المحاليل الغروية أو في المحاليل الجامدة ويعرف التبادل الأيوني بالتبادل الكاتيوني حيث أنه في معظم الحالات يحدث التبادل بين الكاتيونات، ونادراً ما يحدث بين الأيونات.

ومن أحسن الأمثلة التي توضح التبادل الأيوني عملية تحويل المياه العسرة إلى مياه يسرة وقد تحدث هذه العملية بفعل الطبيعة.

حيث أن الماء العسر الذي يحوي أيونات الكالسيوم الثنائية التكافؤ قد يمر على بعض المعادن الغنية في الصوديوم مثل بلورات معدن الزيوليت الصودي.

 

وفي هذه الحالة نجد أن أيونات الكالسيوم تأخذ مكان الصوديوم في البلورة أما أيونات الصوديوم فتنتقل إلى الماء وبتكرار هذه العملية يتحول الماء إلى ماء يسر.

وجدير بالذكر أنه أثناء عملية التبادل الأيوني بين Na, Ca لا بد أن تحافظ بلورات معدن الزيوليت على تعادل تركيبها البلوري بمعنى أن أيون Na الخارج من المعدن يحمل شحنة واحدة حيث أنه وحيد التكافؤ.

أما أيون Ca الداخل فيحمل شحنتين حيث أنه ثنائي التكافؤ– ولكي يحافظ المعدن على تعادله لا بد أن يبادل كل أيونين من Na أيوناً واحداً من Ca

 

ومن الملاحظ هنا أنه إذا استمرت عملية التبادل بين Ca, Na لحد كبير، فإن معدن الزيوليت يتغير من النوع الصودي إلى النوع الكالسي.

وفي نفس الوقت فسوف تزيد أيونات Na في المحلول وبالتالي يمكن أن يحدث تبادل أيوني عكسي بمعنى أنه قد يصبح الزيوليت من النوع الصودي مرة ثانية. 

 

ويعود الماء إلى أصله عسراً كما كان من قبل وفي الواقع أنه لا بد من حدوث حالة اتزان بينهما حيث تصل حالة الاتزان بينهما عندما تكون نسبة Na, Ca أكثر بكثير من 1.

ومن ناحية أخرى فقد يحدث تبادل أيوني في المحاليل الغروية حيث أن بعض الأيونات الموجودة في المحلول قد تدمص (Adsorption) على سطح الجزيئات الغروية.

 

وهناك عوامل كثيرة تتحكم في عملية التبادل الأيوني نذكر منها ما يلي:

1- حجم الأيون: من الملاحظ أن الأيونات الصغيرة الحجم تحمل بإحكام على السطح عن الأيونات كبيرة الحجم.

2- شحنة الأيون: من المعروف أن الأيونات ذات الشحنات الكبيرة أي العديدة التكافؤ تلتصق بإحكام عن الأيونات الوحيدة التكافؤ.

3- قوة الرابطة: من المؤكد أن الأيونات التي تكون روابط قويّة مثل الروابط التساهمية يكون استعدادها للادمصاص أكبر بكثير من الأيونات التي تكون روابط أضعف مثل الرابطة الأيونية.

 

ومن الجدير بالذكر أن جيوكيميائية التبادل الأيوني التي تحدث في الغرويات تؤدي إلى عمليات هامة ومفيدة في بعض الأحيان منها ما يلي:

1- إعادة توزيع أيونات الفلزات بين المحاليل الحاملة لها والرسوبيات. ولذلك يعزى ارتفاع نسبة Na/K في مياه البحر إلى سهولة ادمصاص الطين لأيونات K من مياه البحر.

وكذلك يعزى ارتفاع نسبة بعض الفلزات مثل الكوبالت والرصاص الموجودة في رواسب المنجنيز لسهولة ادمصاصها من قبل محاليل ثاني أكسيد المنجنيز.

 

2- من أهم الفوائد لعملية التبادل الأيوني أن الأيونات المدمصة لمادة ما تغير من خواصها.

فمثلاً الطين الذي يدمص أيونات Ca تكون خواصه مختلفة عن الطين الذي يدمص أيونات Na حيث أن الطين الصوديومي يكون لزجاً وغير منفذ بينما نجد أن الطين الكالسي يكون حبيبياً ومنفذاً.

 

ومن الجدير بالذكر أن خصائص كل نوع قد تفيد في مجال ما فمثلاً تعالج بعض الترب الزراعية بالطين الكالسي حيث أنه قد يصلح من خواصها من ناحية الزراعة، لدرجة أنه في بعض البلدان يحول الطين الصودي صناعياً إلى طين كالسي من خلال عمليات ادمصاص أي تبادل أيوني وذلك بإضافة معدن الجبس.

وبذلك يمكننا وضع التعريف النهائي للتبادل الأيوني على أنه نوع من تبادل الأيونات شريطة أن تكون عملية التبادل بين المعطي والمعطَى فقط.

[KSAGRelatedArticles] [ASPDRelatedArticles]