Mr.Muhendis
18.02.2010, 16:47
1. Killerin Kimyasal ve Minerolojik Yapıları
Killerin toprakta etken olan fiziksel ve kimyasal etkilerini daha iyi anlayabilmek için onların kimyasal ve minerolojik yapılarını bilmek gerekir.
Oluşumun önemli iskeletini teşkil eden Si ve Al kristal sistemde başlıca iki strüktür tipi meydana getirir.
Si ‘un merkezde ve eşit uzaklıkta 4 O (Oksijen) atomunun köşelerde olduğu tetrahedron strüktür
Al ‘un merkezde ve 6 O veya OH ‘in köşelerde olduğu oktahedron strüktür.
1.1. İki Tabakalı Kil Mineralleri
Kaolinler : Bir tabaka Si tetraheder ve bir tabaka Al oktaheder tabakadan oluşan iki tabakalı kil mineralidir.
Halloysitler :
1.2. Üç Tabakalı Kil Mineralleri
Montmorillonitler
İllitler
Vermilkkulitler
1.3. Karışık Katmanlı Mineraller
2.Killerin Negatif Elektrik Yük Kazanmaları
Killerin en önemli özellikleri olan iyon değişimi yapabilme kabiliyeti, onların negatif elektrik yüküne sahip olmaları ile mümkün olmaktadır. Killer negatif elektrik yüklerini başlıca iki yoldan kazanmaktadırlar.
Açık kristal Kenarlarında ki Kırılmalar : Kaolinit gibi kil minerallerinin düz olan dış yüzeylerine dahil olmak üzere bütün slikat killerinde kenarların kırılması ile hidroksil grupları açığa çıkar. Genellikle nemli veya tropikal iklim topraklarında, orta ve kuvvetli derecede asit reaksiyonlarla bu H iyonları çok kuvvetli bir şekilde tutulur ve diğer katyonlarla kolay yer değiştiremezler. Ancak pH 6’nın üzerine çıktığında bu şekilde tutulmuş H iyonu diğer metalik iyonlarla değişim yapabilir hale geçer. Bu şekilde elektrik yük kazanımı en çok 1:1 killerde olur ve bu elektrik yükü toprak reaksiyonuna bağlıdır.
İyonik Yer Değiştirme : Bu şekilde yük kazanımı en çok 2:1 tipi kil minerallerinde görünür. İyonik yer değiştirme yolu ile elde edilen negatif elektrik yükyeri açık kristal kenarlardaki kırılmalar ile elde edilen negatif elektrik yük gibi pH ‘a bağlı değildir. Bu şekilde elde edilen yüklerle hem H iyonları hem metalik iyonlar (Na, K, Mg, Ca) değişim yapabilir. Bu nedenle bu yüklere devamlı negatif yük adı da verilir.
3. Katyon Değişimi ve Coulomb Yasası
Negatif elektrik yüküne sahip kil kolloidleri toprak eriyiğinde bulunan ve diğer kolloidler tarafından tutulmuş iyonlarla değişim yapan özeliğe sahiptirler. Birim miktardaki toprak tarafından tutulmuş olan iyonların miliekivolen olarak miktarına o toprağın Katyon Değişim Kapasitesi denir. Kil kolloidleri tarafından tutulan iyonlar, genellikle katyonlardır. Az miktarda anyon da kil kolloidleri tarafından tutulabilmektedir. Katyonlarda en fazla tutulanlar, Na, K, Mg, Ca, H, Fe ve Al ‘dur.
Toprak eriyiğinde bulunan iyonların adsorbe (yüzeyde tutulması) edilmesi bir enerji yasasına bağıdır. Coulomb yasasına göre : “birbirlerine zıt elektrik yüklerine sahip iki iyon arasındaki çekim kuvveti bunların elektrik yüklerinin çarpımıyla doğru, aralarındaki mesafenin karesiyle ters orantılıdır.
F= k . ea . ec / d2
4. Kil Kolloidleri Tarafından Suyun Adsorpsiyonu (Higroskopisite)
Kilerin adsorbe ettiği diğer bir madde sudur. Kuru bir toprak örneği su buharı içeren bir atmosfere bırakıldığında toprakla atmosfer rutubetleri arasında denge meydana gelinceye kadar toprak tarafından su molekülü adsorbe edilir. Toprak tarafından tutulan bu suya higroskopik su adı verilir. Higroskopik suyun miktarı şu faktörlere bağlıdır.
Toprağın kolloid miktarı (özel yüzey genişliği) ve kolloidlerin tipi
Toprağı çevreleyen atmosferdeki su moleküllerinin su buharı basıncı
Azalan sıcaklık miktarı
Bu değerler atınca higroskopik su miktarı da artar . Higroskopisite; toprakların daha fazla ıslanma ısısı meydana getirmediği andaki nem miktarıdır.
5. Islanma Isısı
Kuru bir toprak su ile veya nemle temas ettiği zaman su moleküllerinin toprak tarafından adsorpsiyonu sırasında bir ısı enerjisi meydana gelir. Açığa çıkan bu ısı enerjisine ISLANMA ISISI denir.
http://i46.tinypic.com/2w49xcp.gif
6. Kil Tanelerinin Şekil, Boyut ve Optik Özellikleri
Kil tanelerinin şeklinin önemi ve yüzey olayları ile olan ilişkisi ve değişik şekilde olan toprak taneciklerinin özel yüzey alanı farklıdır. Kil tanelerinin küre şeklinde olmayıp disk veya levhalar halinde olması, çift ışık kırılmasına sebep olması ve Tyndall olayı etkisi ile de açıklanabilmektedir. Bir ışık demeti gerçek bir çözeltiden veya saf bir sıvı içerisinden geçirildiği zaman hiç bir şey görülmez. Bu ışık demeti kolloidal bir çözeltiden geçirilecek olursa çözelti içerisinden geçen ışık demetini yolu görülebilir. Çünkü, direk olarak geçen bir kısım ışınların yanında bir kısım ışın kristal yüzeylerine çarpmak suretiyle geriye yansır ve gözlemci tarafından görülür. Bu olaya “Tyndall etkisi” adı verilmektedir.
7. Kil Minerallerinin Teşhisinde Kullanılan Yöntemler
7.1. Optik Yöntemler
Normal Optik Mikroskop
Elektron Mikroskobu
X Işınları Yöntemi
Kızılötesi Işınlarla Killerin Analizi
7.2. Kimyasal Yöntemler
Kil Mineralinin Kimyasal Bileşiminin Analizi
Katyon Değişim Kapasitesi Yöntemi
7.3. Termal Yöntemler
Termogravimetrik Analiz veya Dehidrasyon Yöntemi
Islanma Isısı Yöntemi
Diferansiyel Termal Analiz Yöntemi
Killerin toprakta etken olan fiziksel ve kimyasal etkilerini daha iyi anlayabilmek için onların kimyasal ve minerolojik yapılarını bilmek gerekir.
Oluşumun önemli iskeletini teşkil eden Si ve Al kristal sistemde başlıca iki strüktür tipi meydana getirir.
Si ‘un merkezde ve eşit uzaklıkta 4 O (Oksijen) atomunun köşelerde olduğu tetrahedron strüktür
Al ‘un merkezde ve 6 O veya OH ‘in köşelerde olduğu oktahedron strüktür.
1.1. İki Tabakalı Kil Mineralleri
Kaolinler : Bir tabaka Si tetraheder ve bir tabaka Al oktaheder tabakadan oluşan iki tabakalı kil mineralidir.
Halloysitler :
1.2. Üç Tabakalı Kil Mineralleri
Montmorillonitler
İllitler
Vermilkkulitler
1.3. Karışık Katmanlı Mineraller
2.Killerin Negatif Elektrik Yük Kazanmaları
Killerin en önemli özellikleri olan iyon değişimi yapabilme kabiliyeti, onların negatif elektrik yüküne sahip olmaları ile mümkün olmaktadır. Killer negatif elektrik yüklerini başlıca iki yoldan kazanmaktadırlar.
Açık kristal Kenarlarında ki Kırılmalar : Kaolinit gibi kil minerallerinin düz olan dış yüzeylerine dahil olmak üzere bütün slikat killerinde kenarların kırılması ile hidroksil grupları açığa çıkar. Genellikle nemli veya tropikal iklim topraklarında, orta ve kuvvetli derecede asit reaksiyonlarla bu H iyonları çok kuvvetli bir şekilde tutulur ve diğer katyonlarla kolay yer değiştiremezler. Ancak pH 6’nın üzerine çıktığında bu şekilde tutulmuş H iyonu diğer metalik iyonlarla değişim yapabilir hale geçer. Bu şekilde elektrik yük kazanımı en çok 1:1 killerde olur ve bu elektrik yükü toprak reaksiyonuna bağlıdır.
İyonik Yer Değiştirme : Bu şekilde yük kazanımı en çok 2:1 tipi kil minerallerinde görünür. İyonik yer değiştirme yolu ile elde edilen negatif elektrik yükyeri açık kristal kenarlardaki kırılmalar ile elde edilen negatif elektrik yük gibi pH ‘a bağlı değildir. Bu şekilde elde edilen yüklerle hem H iyonları hem metalik iyonlar (Na, K, Mg, Ca) değişim yapabilir. Bu nedenle bu yüklere devamlı negatif yük adı da verilir.
3. Katyon Değişimi ve Coulomb Yasası
Negatif elektrik yüküne sahip kil kolloidleri toprak eriyiğinde bulunan ve diğer kolloidler tarafından tutulmuş iyonlarla değişim yapan özeliğe sahiptirler. Birim miktardaki toprak tarafından tutulmuş olan iyonların miliekivolen olarak miktarına o toprağın Katyon Değişim Kapasitesi denir. Kil kolloidleri tarafından tutulan iyonlar, genellikle katyonlardır. Az miktarda anyon da kil kolloidleri tarafından tutulabilmektedir. Katyonlarda en fazla tutulanlar, Na, K, Mg, Ca, H, Fe ve Al ‘dur.
Toprak eriyiğinde bulunan iyonların adsorbe (yüzeyde tutulması) edilmesi bir enerji yasasına bağıdır. Coulomb yasasına göre : “birbirlerine zıt elektrik yüklerine sahip iki iyon arasındaki çekim kuvveti bunların elektrik yüklerinin çarpımıyla doğru, aralarındaki mesafenin karesiyle ters orantılıdır.
F= k . ea . ec / d2
4. Kil Kolloidleri Tarafından Suyun Adsorpsiyonu (Higroskopisite)
Kilerin adsorbe ettiği diğer bir madde sudur. Kuru bir toprak örneği su buharı içeren bir atmosfere bırakıldığında toprakla atmosfer rutubetleri arasında denge meydana gelinceye kadar toprak tarafından su molekülü adsorbe edilir. Toprak tarafından tutulan bu suya higroskopik su adı verilir. Higroskopik suyun miktarı şu faktörlere bağlıdır.
Toprağın kolloid miktarı (özel yüzey genişliği) ve kolloidlerin tipi
Toprağı çevreleyen atmosferdeki su moleküllerinin su buharı basıncı
Azalan sıcaklık miktarı
Bu değerler atınca higroskopik su miktarı da artar . Higroskopisite; toprakların daha fazla ıslanma ısısı meydana getirmediği andaki nem miktarıdır.
5. Islanma Isısı
Kuru bir toprak su ile veya nemle temas ettiği zaman su moleküllerinin toprak tarafından adsorpsiyonu sırasında bir ısı enerjisi meydana gelir. Açığa çıkan bu ısı enerjisine ISLANMA ISISI denir.
http://i46.tinypic.com/2w49xcp.gif
6. Kil Tanelerinin Şekil, Boyut ve Optik Özellikleri
Kil tanelerinin şeklinin önemi ve yüzey olayları ile olan ilişkisi ve değişik şekilde olan toprak taneciklerinin özel yüzey alanı farklıdır. Kil tanelerinin küre şeklinde olmayıp disk veya levhalar halinde olması, çift ışık kırılmasına sebep olması ve Tyndall olayı etkisi ile de açıklanabilmektedir. Bir ışık demeti gerçek bir çözeltiden veya saf bir sıvı içerisinden geçirildiği zaman hiç bir şey görülmez. Bu ışık demeti kolloidal bir çözeltiden geçirilecek olursa çözelti içerisinden geçen ışık demetini yolu görülebilir. Çünkü, direk olarak geçen bir kısım ışınların yanında bir kısım ışın kristal yüzeylerine çarpmak suretiyle geriye yansır ve gözlemci tarafından görülür. Bu olaya “Tyndall etkisi” adı verilmektedir.
7. Kil Minerallerinin Teşhisinde Kullanılan Yöntemler
7.1. Optik Yöntemler
Normal Optik Mikroskop
Elektron Mikroskobu
X Işınları Yöntemi
Kızılötesi Işınlarla Killerin Analizi
7.2. Kimyasal Yöntemler
Kil Mineralinin Kimyasal Bileşiminin Analizi
Katyon Değişim Kapasitesi Yöntemi
7.3. Termal Yöntemler
Termogravimetrik Analiz veya Dehidrasyon Yöntemi
Islanma Isısı Yöntemi
Diferansiyel Termal Analiz Yöntemi