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pH Dependent Ion Exchange Properties of Soils and Clays from Mazama Pumice

Published online by Cambridge University Press:  01 July 2024

F. W. Chichester*
Affiliation:
Department of Soils, Oregon State University, Corvallis, Oregon 97331
M. E. Harward
Affiliation:
Department of Soils, Oregon State University, Corvallis, Oregon 97331
C. T. Youngberg
Affiliation:
Department of Soils, Oregon State University, Corvallis, Oregon 97331
*
Present address: U.S. Soils Laboratory, SWC, ARS, USDA, Beltsville, Maryland.
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Abstract

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Cation exchange capacity (CEC) measurements were made for whole pumice soil samples by several methods, including standard procedures involving cation saturation, excess salt removal, and cation displacement steps, and a 45Ca2+ radioisotope dilution procedure. Results indicated that the vesicular pores of the pumice soil material affected attainment of ion diffusion equilibria, and, hence, introduced a large source of error in the measurements. On this basis, the validity of ion exchange values obtained for these soils was concluded to be subject to considerable doubt. More important, however, the solute and/or solution exclusion or retention exhibited by pumice particles during the course of CEC procedures was thought to be highly significant with respect to the probable influence exerted on physical, chemical, and biological properties of the soils in the field situation.

Interpretation of pH dependent cation and anion exchange capacity measurements of the <2μ clay fraction of the pumice soils was confounded by the occurrence of hydroxy interlayered 2: 1 phyllosilicate materials in admixture with the amorphous components. Since the interlayered materials contributed an indeterminate proportion of the total pH dependent charge of the mixture, it was further concluded that the measurement of this property was of little direct value in assessing the relative amounts of amorphous and crystalline components in the clay fractions of the soils investigated. However, the values obtained revealed fundamental aspects of ion exchange behavior which are important to understanding the complex systems involved.

Résumé

Résumé

Des mesures de la capacité d’échange des cations (CEC) ont été effectuées sur des échantillons de ponce tirés du sol, par plusieurs méthodes, y compris les méthodes standards concernant la saturation des cations, la suppression de l’excédent de sel et les phases de déplacement des cations et un procédé de dilution radioisotope 45Ca2+. Les résultats ont indiqué que les pores vésiculaires de la ponce affectaient la réalisation de l’équilibre de diffusion ionique et, de ce fait, introduisaient une grande source d’erreur dans les mesures. Sur cette base, on a conclu que la validité des valeurs d’échange des ions obtenues pour ces sols faisait l’objet d’un doute considérable. Toutefois, ce qui est plus important, on a été conduit à penser que le soluté et/ou l’exclusion ou la rétention de solution que montraient des particules de ponce au cours des procédés CEC était trøs important par rapport à l’influence probable exercée sur les propriétés physiques, chimiques et biologiques des sols dans des conditions réelles d’essai.

Kurzreferat

Kurzreferat

Es wurden Messungen der Kapazität des Kationenaustausches für vollständige Bimssteinbödenproben durchgeführt unter Verwendung verschiedener Methode einschliesslich der Standard-verfahren mit Kationensättigung, Entfernung des Salzüberschusses, und Kationenverdrängungsstufen, sowie einer 45Ca2+ Radioisotop-Verdünnungsmethode. Die Resultate deuten darauf hin, dass die blasigen Poren des Bimssteinmaterials die Einstellung von Ionendiffusionsgleichgewichten beeinflussten und auf diese Weise eine beträchtliche Fehlerquelle in den Messungen darstellten. Im Hinblick darauf wurde die Gültigkeit der Ionenaustauschwerte, die für diese Böden erhalten worden waren, in Zweifel gezogen. Darüber hinaus erschien as jedoch, dass die durch die Bimssteinteilchen während der oben erwähnten Verfahren ausgeäbte Ausschliessung oder Zurückhaltung des gelösten Stoffes und/oder der Lösung äusserst belangvoll in Bezug auf die wahrscheinliche, auf die physikalischen, chemischen und biologischen Eigenschaften der Böden ausgeübte Wirkung im Felde sei.

Eine Auswertung der pH-abhängigen Messungen der Kation- und Anionaustauschkapazität der <2μ Tonfraktion der Bimssteinböden, scheiterte am Auftreten von Hydroxy-zwischengeschichteten 2: 1 Phyllosilikatmaterialen in Mischung mit den amorphen Bestandteilen. Da die zwischengeschichteten Materiale einen unbestimmten Beitrag an die gesamte pH-abhängige Ladung der Mischung leisteten, wurde ferner gefolgert, dass die Messung dieser Eigenschaften wenig unmittelbaren Wert für die Beurteilung der relativen Mengen von amorphen und kristallinen Bestandteilen der Tonfraktionen der untersuchten Böden hatte. Immerhin offenbarten die erhaltenen Werte grundlegende Aspekte im Ionenaustauschverhalten, die für ein Verständnis der betreffenden, komplexen Systeme von Wichtigkeit sind.

Резюме

Резюме

Для образцов пемзовых почв проведено измерение катионно-обменной емкости с использованием нескольких методов, включая стандартные методики: насыщение катионами, удаление избытка соли, изучение ступеней катионного смещения и радио изотопное разбавление 45Ca2+. Полученные результаты показали, что ячеистые поры в материале пемзовых почв влияют на достижение равновесия ионной диффузии и вследствие этого являются источником существенных ошибок в измерениях. По этой причине подвергается значительным сомнениям достоверность значений ионнообменной емкости, полученных для этих почв. Более важным, однако, является то, что особенности исключения и удержания растворителя и растворимого вещества, проявляемые частицами в процессе определения ионнообменной емкости, являются весьма существенными с точки зрения их возможного влияния на физические, химические и биологические свойства почв в природных условиях.

Интерпретация измерений зависящей от pH катионной и анионной обменной емкости глинистых фракций < 2 пемзовых почв была затруднена наличием гидрокси-смешаннослой-ного 2: 1 филлосиликатного материала, находящегося в смеси с аморфным компонентом. Так как на смешаннослойный материал приходится не поддающаяся оценке часть общего заряда смеси, зависящего от pH, был сделан вывод о то, что измерение этого свойства имеет лишь небольшое значение для оценки относительного количества аморфного и кристаллического компонента в глинистых фракциях исследованных почв. Тем не менее полученные значения выявляют фундаментальные аспекты ионнообменной способности, которые являются весьма важными для понимания рассмотренных сложных систем.

Type
Research Article
Copyright
Copyright © 1970 The Clay Minerals Society

Footnotes

*

Technical paper no. 2754, Oregon Agr. Exp. Sta., Corvallis. Partial financial support through National Science Foundation Grant GS-2449 is gratefully acknowledged.

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