Cation-exchange capacity
કેટાયન-વિનિમય ક્ષમતા (સીઇસી) એ જમીનના કણોની સપાટી પર કેટલા કેટાયન જાળવી શકાય છે તેનું માપ છે. જમીનના કણોની સપાટી પરના નકારાત્મક ચાર્જ હકારાત્મક રીતે ચાર્જ થયેલા અણુઓ અથવા અણુઓ (કેટાયન) ને જોડે છે, પરંતુ તેને આસપાસના જમીનના પાણીમાં અન્ય હકારાત્મક રીતે ચાર્જ થયેલા કણો સાથે વિનિમય કરવાની મંજૂરી આપે છે. જમીનમાં નક્કર પદાર્થો જમીનના રસાયણશાસ્ત્રમાં ફેરફાર કરે છે તે આ એક રીત છે. સીઇસી જમીનના રસાયણશાસ્ત્રના ઘણા પાસાઓને અસર કરે છે, અને તેનો ઉપયોગ જમીનની ફળદ્રુપતાના માપ તરીકે થાય છે, કારણ કે તે જમીનની અનેક પોષક તત્ત્વોને જાળવી રાખવાની ક્ષમતા સૂચવે છે (દા. ત. સીઇસી). K +, NH4 +, Ca2 +) છોડ-ઉપલબ્ધ સ્વરૂપમાં. તે પ્રદૂષક કેટાયનને જાળવી રાખવાની ક્ષમતા પણ સૂચવે છે (દા. ત. Pb2 +). વ્યાખ્યા અને સિદ્ધાંતો કેટાયન-વિનિમય ક્ષમતાને હકારાત્મક ચાર્જની માત્રા તરીકે વ્યાખ્યાયિત કરવામાં આવે છે જે જમીનના સમૂહ દીઠ વિનિમય કરી શકાય છે, જે સામાન્ય રીતે સી. એમ. ઓ. એલ. સી./કિલોગ્રામમાં માપવામાં આવે છે. કેટલાક ગ્રંથો જૂના, સમકક્ષ એકમોનો ઉપયોગ કરે છે-મે/100 ગ્રામ અથવા મે/100 ગ્રામ. સીઇસીને વિદ્યુત ચાર્જના મોલમાં માપવામાં આવે છે, તેથી 10 સેમીઓએલસી/કિલોગ્રામની કેટાયન-વિનિમય ક્ષમતા જમીનના કિલોગ્રામ દીઠ 10 સેમીઓએલ Na + કેટાયન (કેટાયન દીઠ ચાર્જના 1 એકમ સાથે) પકડી શકે છે, પરંતુ માત્ર 5 સેમીઓએલ Ca2 + (કેટાયન દીઠ ચાર્જના 2 એકમો). કેટાયન-વિનિમય ક્ષમતા જમીનના કણોની સપાટીઓ, ખાસ કરીને માટીના ખનિજો અને જમીનના કાર્બનિક પદાર્થો પર વિવિધ નકારાત્મક ચાર્જથી ઉદ્ભવે છે. ફાયલોસિલિકેટ માટીમાં એલ્યુમિનિયમ અને સિલિકોન ઓક્સાઇડની સ્તરવાળી શીટ્સ હોય છે. એલ્યુમિનિયમ અથવા સિલિકોન પરમાણુને ઓછા ચાર્જવાળા અન્ય ઘટકો દ્વારા બદલવામાં આવે છે (દા. ત. Al3 + ને Mg2 + દ્વારા બદલીને) માટીના માળખાને ચોખ્ખો નકારાત્મક ચાર્જ આપી શકે છે. આ ચાર્જમાં ડિપ્રોટોનેશન સામેલ નથી અને તેથી તે પીએચ-સ્વતંત્ર છે, અને તેને કાયમી ચાર્જ કહેવામાં આવે છે. વધુમાં, આ શીટ્સની ધાર ઘણા એસિડિક હાઇડ્રોક્સિલ જૂથોને છતી કરે છે જે ઘણી જમીનમાં પીએચ સ્તરે નકારાત્મક ચાર્જ છોડવા માટે ડિપ્રોટોનેટ થાય છે. કાર્બનિક પદાર્થ પણ તેની મોટી સંખ્યામાં ચાર્જ કરેલા કાર્યાત્મક જૂથોને કારણે કેટાયન વિનિમયમાં ખૂબ જ નોંધપાત્ર યોગદાન આપે છે. સીઇસી સામાન્ય રીતે જમીનની સપાટીની નજીક હોય છે, જ્યાં કાર્બનિક પદાર્થોની માત્રા સૌથી વધુ હોય છે અને ઊંડાઈ સાથે ઘટતી જાય છે. કાર્બનિક પદાર્થોનું CEC અત્યંત pH-આધારિત છે. કેટાયન તેમના હકારાત્મક ચાર્જ અને સપાટીના નકારાત્મક ચાર્જ વચ્ચેની ઇલેક્ટ્રોસ્ટેટિક ક્રિયાપ્રતિક્રિયા દ્વારા જમીનની સપાટી પર શોષાય છે, પરંતુ તેઓ પાણીના અણુઓનું કવચ જાળવી રાખે છે અને સપાટી સાથે સીધા રાસાયણિક બંધન બનાવતા નથી. વિનિમયક્ષમ કેટાયન આમ ચાર્જ કરેલી સપાટીની ઉપર ફેલાયેલા સ્તરનો ભાગ બનાવે છે. બંધન પ્રમાણમાં નબળું હોય છે, અને આસપાસના દ્રાવણમાંથી અન્ય કેટાયન દ્વારા કેટાયનને સરળતાથી સપાટી પરથી વિસ્થાપિત કરી શકાય છે. માટીનું pH માટીના હાઇડ્રોક્સી જૂથો અથવા કાર્બનિક પદાર્થોના ડિપ્રોટોનેશનમાંથી નકારાત્મક ચાર્જની માત્રા આસપાસના દ્રાવણના pH પર આધાર રાખે છે. પીએચમાં વધારો (એટલે કે. H + કેટાયન) ની સાંદ્રતામાં ઘટાડો આ ચલ ચાર્જમાં વધારો કરે છે, અને તેથી કેટાયન-વિનિમય ક્ષમતામાં પણ વધારો થાય છે. માપન કેટાયન-વિનિમય ક્ષમતાને અન્ય કેટાયનના કેન્દ્રિત ઉકેલ સાથે તમામ બંધાયેલા કેટાયનને વિસ્થાપિત કરીને માપવામાં આવે છે, અને પછી વિસ્થાપિત કેટાયન અથવા જાળવી રાખવામાં આવેલા વધારાના કેટાયનની માત્રાને માપવામાં આવે છે. બેરિયમ (બી. એ. 2 +) અને એમોનિયમ (એન. એચ. 4 +) નો ઉપયોગ વારંવાર વિનિમયક કેટાયન તરીકે થાય છે, જો કે અન્ય ઘણી પદ્ધતિઓ ઉપલબ્ધ છે. સીઇસી માપન પીએચ પર આધાર રાખે છે, અને તેથી ઘણીવાર ચોક્કસ પીએચ મૂલ્ય પર બફર સોલ્યુશન સાથે બનાવવામાં આવે છે. જો આ પીએચ જમીનના કુદરતી પીએચથી અલગ હોય, તો માપ સામાન્ય પરિસ્થિતિઓમાં સાચા સીઇસીને પ્રતિબિંબિત કરશે નહીં. આવા સીઇસીના માપનને "સંભવિત સીઇસી" કહેવામાં આવે છે. વૈકલ્પિક રીતે, મૂળ માટીના પીએચ પરના માપનને "અસરકારક સીઇસી" કહેવામાં આવે છે, જે વાસ્તવિક મૂલ્યને વધુ નજીકથી પ્રતિબિંબિત કરે છે, પરંતુ જમીન વચ્ચેની સીધી સરખામણીને વધુ મુશ્કેલ બનાવી શકે છે. લાક્ષણિક મૂલ્યો માટીની કેટાયન-વિનિમય ક્ષમતા તેની ઘટક સામગ્રી દ્વારા નક્કી થાય છે, જે તેમના વ્યક્તિગત સીઇસી મૂલ્યોમાં મોટા પ્રમાણમાં બદલાઈ શકે છે. તેથી સી. ઈ. સી. મૂળ સામગ્રી કે જેમાંથી માટીનો વિકાસ થયો અને જે પરિસ્થિતિઓ હેઠળ તે વિકસિત થઈ તેના પર નિર્ભર છે. આ પરિબળો માટીનું પીએચ નક્કી કરવા માટે પણ મહત્વપૂર્ણ છે, જેનો સીઇસી પર મોટો પ્રભાવ પડે છે. આધાર સંતૃપ્તિ એ કેટાયન Ca2 +, Mg2 +, K + અથવા Na + દ્વારા કબજો કરાયેલ સંભવિત CECની ટકાવારી દર્શાવે છે. આને પરંપરાગત રીતે "બેઝ કેટાયન" કહેવામાં આવે છે કારણ કે તે બિન-એસિડિક હોય છે, જો કે તે સામાન્ય રાસાયણિક અર્થમાં બેઝ નથી. આધાર સંતૃપ્તિ જમીનના હવામાનની અનુક્રમણિકા પૂરી પાડે છે અને છોડમાં વિનિમયક્ષમ કેશનિક પોષક તત્ત્વોની ઉપલબ્ધતાને પ્રતિબિંબિત કરે છે. એનાયન-વિનિમય ક્ષમતા માટીના ખનિજોના હકારાત્મક ચાર્જ એનાયનને કેટાયન વિનિમય જેવા જ સિદ્ધાંત દ્વારા જાળવી શકે છે. કાઓલિનાઇટ, એલોફેન અને આયર્ન અને એલ્યુમિનિયમ ઓક્સાઇડની સપાટીઓ ઘણીવાર હકારાત્મક ચાર્જ ધરાવે છે. મોટાભાગની જમીનમાં કેટાયન-વિનિમય ક્ષમતા એનાયન-વિનિમય ક્ષમતા કરતાં ઘણી વધારે હોય છે, પરંતુ તેનાથી વિપરીત ફેરાલસોલ્સ (ઓક્સીસોલ્સ) જેવી વધુ ખવાણવાળી જમીનમાં થઈ શકે છે. સંદર્ભો સામાન્ય સંદર્ભો રામોસ, એફ. ટી. ; ડોરેસ E.F.G.C. ; વેબર ઓ. એલ. એસ. ; બેબર ડીસી; કેમ્પેલો જુનિયર જે. એચ. ; માયા જે. સી. એસ. (2018) "બ્રાઝિલમાં બિન-ખેતી હેઠળ માટી કાર્બનિક પદાર્થો ઉષ્ણકટિબંધીય જમીનની કેટાયન વિનિમય ક્ષમતાને બમણી કરે છે". જે. સાય ફૂડ એગ્રી. 10.1002/jsfa.8881 પર્યાવરણીય રસાયણશાસ્ત્ર માટી રસાયણશાસ્ત્ર