Equilibrios iónicos

Tema 3. Equilibrios iónicos

Desde muy antaño es sabido que los suelos tienen capacidad de absorber determinadas sustancias, luego serán capaces de intercambiar lo retenido con la disolución del suelo. Es uno de los fenómenos más estudiados ya que es de los más interesantes, en primer lugar para que ocurra el intercambio iónico tiene que ocurrir una adsorción.

Para que se lleve a cabo el proceso de adsorción, es imprescindible que exista fracción coloidal ya que es la que esta cargada. Sin embargo, en general la adsorción es la asociación de materia ya sean átomos, iones o moléculas a la superficie de un sólido. Estableciendo una interfase sólido-líquido, ello implica que la concentración de las sustancias en dicha interfase es distinta a la que hay en disolución.

En general la adsorción se puede llevar a cabo por cualquier tipo de enlace. Fuerzas débiles, fuerzas de van der Waals o puentes de hidrógeno y enlaces fuertes, covalentes o iónicos.

En el caso del suelo lo que predomina es la sorción de un coloide negativo al que se le unen cationes, esta unión es electroestática.

El intercambio iónico puede partir de un coloide negativo o de un coloide positivo, el negativo está en mayor medida. Si es negativo atrae a cationes mientras que si es positivo lo que atrae es aniones. En el coloide negativo el intercambio es catiónico y en el positivo es aniónico.

Supongamos una partícula coloidal negativa, esa partícula atrae a su superficie a cationes, la sorción se será mayor a mayor carga.

Cuando la compensación de carga ha ocurrido, se forma el complejo de superficie, que es la unión del coloide negativo y todos los cationes hasta compensar su carga, el siguiente catión que no entra formará parte de la disolución. Este complejo de superficie se divide en dos, el de esfera interna y externa.

En la esfera interna la unión del catión y del coloide es fuerte, el catión queda fuertemente influenciado por la carga negativa.

En la esfera externa la unión es de tipo electrostático pero se produce entre el grupo funcional del coloide y un catión hidratado, el enlace es mas débil y el complejo menos estable.

Los cationes de la esfera externa presentan movilidad y son los que forman la interfase sólido-líquido. Para explicar el fenómeno de adsorción se utilizan varios modelos.

Uno de los modelos utilizados para explicar el fenómeno de adsorción coloide-agua es el de la doble capa difusa.

La doble capa difusa supone que en la proximidad del coloide negativo se sitúa una serie de cationes sin movilidad(superficie interna) y un enjambre de cationes( esfera

externa) que neutraliza la carga, tienen movilidad, tienden a difundirse desde la superficie hasta la disolución, llegando a un punto en el cual no ejerce influencia el coloide.

La distancia donde el coloide deja de tener influencia es a lo que se le denomina capa difusa.

Si representamos la concentración con la distancia (gráfico apuntes) indica que cuando me alejo hay menos cationes, hasta que se iguala con la concentración de la disolución. A esta distancia se le denomina espesor de la capa difusa que es y depende de la concentración, a mayor concentración mayor espesor. Cuanto menor sea la capa difusa mayor será la adsorción.

El mecanismo de intercambio iónico (catiónico)

El intercambio catiónico en los suelos se puede representar por la siguiente reacción coloidal.

M1 + M2X → M2 + M1X

La fracción coloidal tiene retenidos a cationes (M1), estos los ponemos con la disolución del suelo (M2X) que tiene otros cationes. El que está en la disolución pasa a posición de esfera externa y viceversa. Supongamos que es calcio:

Ca+2 + NaX → Na+1 + CaX2 (está sin ajustar)

Cada uno de los cationes que representan M1 y M2 está su concentración en equilibrio coloide-disolución. Esta reacción de intercambio catiónico es un equilibrio químico y por tanto cumple las siguientes condiciones:

a) Son reversibles aunque hay veces que el intercambio se dificulta.

b) Son estequiométricas.

c) El intercambio es rápido, en el laboratorio es inmediato pero

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