토양환경기술사시험자료집 - 토양일반(27)

※ 양이온교환용량(Cation Exchange Capacity, CEC)

 

1. 개요

    (1) CEC는 특정 PH 에서 일정량의 토양교질이 전기적인력에 의하여 보유할 수 있는

         교환성 양이온의 총량으로서, 용량의 크기는 음전하의 크기에 달려있다.

    (2) CEC는 건조한 토양 100g에 흡착된 교환가능성 양이온의 밀리그램당량(mili-equivalent ; meq)

         으로 표현한다(Cmolc/Kg). 이는 토양이나 교질물 100g이 보유하고 있는 음전하의 수와 같다.

         (meq/100g).

 

2. CEC가 토양마다 다른 이유

    (1) 토성 및 점토함량차이 : 점토함량이 높을수록 표면적이 커지므로 CEC가 커진다.

    (2) 유기물 함량차이 : 유기물 함량이 높을수록 CEC가 커진다.

    (3) 점토광물의 종류차이 : Montmorillonite ＞ Kaolinite

 

3. 같은 토양교질에서 CEC가 다른 이유

    (1) 토양용액이온의 상대적 농도차이 : 흡착과 해리는 질량작용의 법칙을 따른다.

    (2) 이온의 전하수차이 : 전하수가 클수록 교환효율이 높다.

    (3) 이온의 활성도(운동속도)차이 : 수화이온의 크기가 작은 이온이 활성도가 크고 교환효율이 

                                                       높다.

 

4. CEC 와 PH

    (1) 철과 알루미늄의 산화물(산화점토광물) 및 유기물의 음전하는 대부분 PH 의존성이다.

    (2) 규산염점토광물의 음전하는 부분적으로 PH 의존성이다(Montmorillonite의 경우 20% 정도)

    (3) 낮은 PH(산성용액)에서는 수소이온의 농도가 높은데, 

         이는 Si-OH, Al-OH, COOH기의 해리가 적게 일어난 상태이므로 CEC가 작아진다.

    (4) 높은 PH(알칼리용액)에서는 Si-OH, Al-OH, COOH기의 해리가 증가한 상태, 

         즉［OH-]농도가 높아진 상태이므로 CEC가 커진다.

 

5. CEC가 응집 및 분산에 미치는 영향

    (1) 교질입자의 응집은 토양용액중의 총이온농도가 높을때 활발하며, 특히 구성 양이온이

         다가의 Al3+, Ca2+, Mg2+ 등일때는 양이온이 교질에 강하게 흡착하여 확산층이 얇아짐으로

         응집이 활발하게 일어난다.

    (2) 양이온의 양이 적을때, 특히 양이온이 Na+, K+, NH4+ 등 1가이고 수화가 잘되는 이온은

         분산이 활발하게 일어난다.

 

6. CEC가 토양환경에 미치는 영향(CEC의 중요성)

    (1) 토양의 비옥도(Fertility)증진

          1) 입단형성에 기여하여 토양의 통기성과 투수성 향상

          2) 양분의 보유능 증대

          3) 수분 함유량 증대

    (2) 오염물질 흡착능 증대

    (3) 완충제로 작용

    (4) 영양분의 용출을 억제

 

7. CEC에 영향을 미치는 인자

    (1) 점토의 종류와 함량

    (2) 유기물 함량

    (3) 산화물(Al, Fe, Mn 등의 산화물) 함량

    (4) PH(토양의 PH는 유기물과 양이온의 형태 및 그 양에 의해 조절된다).

    (5) 이온의 종류(전하수, 활성도)와 농도

 

 

※ 음이온교환용량(Anion Exchange Capacity, AEC)

 

1. AEC는 토양이 음이온을 보유할 수 있는 능력이며 CEC보다 매우 작다.

 

2. 2:1형 점토광물에서 AEC는 무시될 수 있을 정도로 작으나, 열대지역의

   적황색토양, 1:1형 점토광물, 앨러페인, Fe 또는 Al의 산화물 및 수산화물을

   많이 함유한 토양은 음이온교환기를 가지고 있다.

 

3. Al, Ca, Fe를 함유한 점토나 그 수산화물을 함유한 부식토는 상당량의

   음이온을 가지며, 특히 인산이온을 많이 가진다.

    (1) 인산이온은 화학결합으로 흡착되며 강한 결합을 하고 있다.

    (2) 질산이온이나 염화이온은 정전기적 결합을 하며 결합력은 약하다.

    (3) 음이온교환은 주로 인산염, 몰리브덴, 황산염, 질산염순으로 일어난다.

    (4) 음이온에 대한 선택성의 크기

                             PO43- > SO42- > I - > NO3- > CrO42- > Br- > Cl- > OH-

 

4. 같은 토양에서는 PH가 낮아질수록 AEC가 커진다.