化学反応の「場」

多孔質というのは、スポンジのように、細かい穴が無数にある物質のことを言います。

細かい穴があるということは、表面積が大きくなるということ。

土壌粒子や、微生物、空気と触れる面積が大きくなるということです。

物質の表面は、化学反応の「場」。

多孔質表面で起こる反応には以下のようなものがあります。

• 陽イオン交換（CEC）　
  • 表面のマイナスが、土壌中の表面のマイナスが、土壌中の陽イオンをつかんだり放したりする
  • Ca²⁺ ⇄ K⁺ ⇄ NH₄⁺
• 反応器のプロトン化/脱プロトン化
  • 表面の-OHや-COOHが H⁺ を出し入れし、pHの緩衝になる
  • -COOH ⇄ -COO⁻ + H⁺
• 吸着と脱着　
  • 栄養・有機酸・微生物由来物質が 貼りついたり剥がれたりする
  • フミン酸・アミノ酸の吸着
• 酸化還元反応
  • 表面の電子状態に応じて、Fe・Mn・S・Nの形態が変化する
  • NO₃⁻ → NH₄⁺, Fe³⁺ → Fe²

多孔質資材の性格

先日触れたゼオライトも、バーミキュライトもパーライトも多孔質構造を持つ鉱物系資材です。

しかし、全てが同じ性質を持つわけではありません。

むしろそれぞれ機能が違っていて、様々な性格を持っています。

• ゼオライト（Zeolite）
  • 骨格全体に陰電荷 (−) が生じる。常時陰電荷
  • CEC（80〜150 cmol(+)/kg 程度）
  • 孔は 規則的で均質（0.4〜0.7 nm）
• バーミキュライト（Vermiculite）
  • 層状構造のスライドできるスペースを持っている。可変陰電荷
  • CEC（120–180 cmol(+)/kg）（粘土鉱物の中でも高い）
  • 吸水膨張性高い。離水性緩やか（湿度緩衝材になる）
• パーライト（Perlite）
  • 泡状の 物理的多孔質
  • CEC（0〜3 cmol(+)/kg）
  • 通気性 ↑排水性 ↑

要するに、

ゼオライトは「栄養の出し入れ」が得意

バーミキュライトは「栄養と水の保持」が得意

パーライトは「空間づくり」が得意

ということです。

ではこういった資材を、塩類集積回避のために投入できるのか。

次回、塩類集積に対する鉱物資材のはたらきについてみていきます。