Prof. Rita Giovannetti rita.giovannetti@unicam.it

1. Environmental Chemistry Prof. Rita Giovannetti rita.giovannetti@unicam.it

2. COLLOIDAL PARTICLES IN WATER Kinds of Colloidal Particles Colloids may be classified as hydrophilic colloids, hydrophobic colloids, association colloids. Tipi di particelle colloidali. Colloidi possono essere classificati come colloidi idrofili, i colloidi idrofobi, o colloidi di associazione.

3. COLLOIDAL PARTICLES IN WATER Kinds of Colloidal Particles • Hydrophilic colloids…. consist of macromolecules, such as proteins and synthetic polymers, that are characterized by strong interaction with water resulting in spontaneous formation of colloids when they are placed in water. Colloidi idrofili consistono generalmente di macromolecole, come proteine ​​e polimeri sintetici, che sono caratterizzate da forte interazione con l'acqua causando la formazione spontanea di colloidi quando vengono immessi in acqua.

4. COLLOIDAL PARTICLES IN WATER Kinds of Colloidal Particles • ….hydrophilic colloids. are solutions of very large molecules or ions. Suspensions of hydrophilic colloids are less affected by the addition of salts to water than are suspensions of hydrophobic colloids. i colloidi idrofili sono soluzioni di molecole molto grandi o ioni. Sospensioni di colloidi idrofili risentono meno dell'aggiunta di sali in acqua rispetto a sospensioni dei colloidi idrofobi.

5. COLLOIDAL PARTICLES IN WATER Kinds of Colloidal Particles…. • Hydrophobic colloids interact to a lesser extent with water and are stable because of their positive or negative electrical charges. The charged surface of the colloidal particle and the counter-ions that surround it compose an electrical double layer, which causes the particles to repel each other. Colloidi idrofobi interagiscono in misura minore con l'acqua e sono stabili a causa della loro carica positiva o negativa. La superficie carica della particella colloidale e il contro-ioni che la circondano compongono uno doppio strato elettrico, che porta ad una repulsione delle particelle che si respingono.

6. COLLOIDAL PARTICLES IN WATER Kinds of Colloidal Particles…. • Hydrophobic colloids are usually caused to settle from suspension by the addition of salts. • Examples of hydrophobic colloids are clay particles, petroleum droplets, and very small gold particles. Colloidi idrofobi sono di solito causati da stabilirsi dalla sospensione con l'aggiunta di sali. Esempi di colloidi idrofobi sono particelle di argilla, le goccioline di petrolio, oro e particelle molto piccole.

7. COLLOIDAL PARTICLES IN WATER • Association colloids consist of special aggregates of ions and molecules called micelles. To understand how this occurs, consider sodium stearate, a typical soap: Colloidi di associazione consistono di speciali aggregati di ioni e molecole chiamate micelle.Per capire come ciò si verifica, si può considerare lo stearato di sodio, un tipico sapone:

8. COLLOIDAL PARTICLES IN WATER The stearate ion has both a hydrophilic -CO2-head and a long organophilic tail, CH3(CH2)16–. As a result, stearate anions in water tend to form clusters consisting of as many as 100 anions clustered together with their hydrocarbon “tails” on the inside of a spherical colloidal particle and their ionic “heads” on the surface in contact with water and with Na+ counterions. Lo ione stearato ha sia un idrofilo-CO2- intesta e una lunga coda organofila, CH3 (CH2)16-. Come risultato, anioni stearato in acqua tendono a formare raggruppamenti costituiti da ben 100 anioni raggruppati insieme con i loro idrocarburi "code" all'interno di una particella sferica colloidale e la loro "testa“ionica sulla superficie a contatto con l'acqua e con Na + controioni.

9. COLLOIDAL PARTICLES IN WATER This results in the formation of micelles. Micelles can be visualized as droplets of oil about 3-4 nanometers (nm) in diameter and covered with ions or polar groups. According to this model, micelles form when a certain concentration of surfactant species, typically around 1 x 10-3, is reached. The concentration at which this occurs is called the critical micelle concentration. Ciò comporta la formazione di micelle.Micelle possono essere visualizzate come gocce di olio di circa 3-4 nanometri (nm) di diametro e coperto con ioni o gruppi polari. Secondo questo modello, le micelle si formano quando è aggiunta una certa concentrazione di specie di tensioattivo, in genere circa 1 x 10-3. La concentrazione a cui ciò avviene è detta concentrazione micellare critica.

10. COLLOIDAL PARTICLES IN WATER Colloid Stability The stability of colloids is a prime consideration in determining their behavior. It is involved in important aquatic chemical phenomena including • the formation of sediments, • dispersion and agglomeration of bacterial cells, • dispersion and removal of pollutants (such as crude oil from an oil spill). La stabilità dei colloidi è una considerazione primaria nella determinazione del loro comportamento.Essa è coinvolta in importanti fenomeni chimici acquatici, che comprende la formazione di sedimenti, dispersione e agglomerato di cellule batteriche, e la dispersione e la rimozione delle sostanze inquinanti (come il petrolio greggio da una fuoriuscita di petrolio).

11. COLLOIDAL PARTICLES IN WATER Colloid Stability The two main phenomena contributing to the stabilization of colloids are hydration and surface charge. The layer of water on the surface of hydrated colloidal particles prevents contact, which would result in the formation of larger units. A surface charge on colloidal particles may prevent aggregation, since like-charged particles repel each other. I due fenomeni principali che contribuiscono alla stabilizzazione di colloidi sonol'idratazione e la carica superficiale. Lo strato d'acqua sulla superficie delle particelle colloidali idratate impedisce il contatto, il che porterebbe alla formazione di unità più grandi. Una carica superficiale sulle particelle colloidali può impedire l'aggregazione, in quanto le particelle cariche si respingono.

12. COLLOIDAL PARTICLES IN WATER Colloid Stability The surface charge is frequently pH dependent; around pH 7 most colloidal particles in natural waters are negatively charged. Negatively charged aquatic colloids include algal cells, bacterial cells, proteins, and colloidal petroleum droplets. One of the three major ways in which a particle may acquire a surface charge is by chemical reaction at the particle surface. La carica superficiale spesso dipende dal pH; intorno a pH 7 la maggior parte delle particelle colloidali nelle acque naturali sono caricate negativamente. Colloidi acquatici a carica negativa includono cellule algali, le cellule batteriche, proteine​​, e gocce di petrolio colloidale. Uno dei tre modi principali in cui una particella può acquistare una carica superficiale è per reazione chimica, alla superficie delle particelle.

13. COLLOIDAL PARTICLES IN WATER Colloid Stability This phenomenon, which frequently involves hydrogen ion and is pH-dependent, is typical of hydroxides and oxides and is illustrated for manganese dioxide, MnO2. Questo fenomeno, che coinvolge spesso ioni idrogeno ed è pH-dipendente, è tipico di idrossidi e ossidi ed è illustrato per il biossido di manganese, MnO2.

14. COLLOIDAL PARTICLES IN WATER As an illustration of pH-dependent charge on colloidal particle surfaces, consider the effects of pHon the surface charge of hydrated manganese oxide, represented by the chemical formula MnO2(H2O)(s). In a relatively acidic medium, the reaction MnO2(H2O)(s) + H+ MnO2(H3O)+(s) may occur on the surface giving the particle a net positive charge. Come esempio della dipendenza della carica dal pH sulle superfici delle particelle colloidali, si considerano gli effetti del pH sulla carica superficiale di ossido di manganese idrato, rappresentata da…. In un mezzo relativamente acido, la reazione può avvenire sulla superficie della particella dando una carica netta positiva.

15. COLLOIDAL PARTICLES IN WATER In a more basic medium, hydrogen ion may be lost from the hydrated oxide surface to yield negatively charged particles: MnO2(H2O)(s)  MnO2(OH)-(s) + H+ In ambiente basico, gli ioni di idrogeno possono essere persi dalla superficie di ossido idrato per dare particelle con carica negativa:…

16. COLLOIDAL PARTICLES IN WATER At some intermediate pH value, called the zero point of charge (ZPC), colloidal particles of a given hydroxide will have a net charge of zero, which favours aggregation of particles and precipitation of a bulk solid: Number of MnO2(H3O)+ sites = Number of MnO2(OH)- sites A valori di pH intermedi, denominati il punto di carica zero (ZPC),particelle colloidali di un idrossido dato avrà una carica pari a zero, che favorisce l'aggregazione delle particelle e la precipitazione di un solido:

17. COLLOIDAL PARTICLES IN WATER Individual cells of microorganisms that behave as colloidal particles have a charge that is pH-dependent. The charge is acquired through the loss and gain of H+ ion by carboxyl and amino groups on the cell surface: +H3N(+ cell)CO2H +H3N(neutral cell)CO2- H2N(- cell)CO2- low pH intermediate pH high pH Le singole celle di microrganismi che si comportano come particelle colloidali hanno una carica che è pH-dipendente.La carica è acquisita attraverso la perdita e guadagno di ioni H + da parte di gruppi carbossilici e amminici sulla superficie cellulare:

18. COLLOIDAL PARTICLES IN WATER • Ion absorption is a second way in which colloidal particles become charged. This phenomenon involves attachment of ions onto the colloidal particle surface by means other than conventional covalent bonding, including hydrogen bonding and Van der Waals interactions. L’assorbimento ionico è un secondo modo con cui si caricano le particelle colloidali.Questo fenomeno comporta l’assorbimento di ioni sulla superficie delle particelle colloidali con mezzi diversi dal tradizionale legame covalente, come il legame idrogeno e le interazioni di Van der Waals.

19. COLLOIDAL PARTICLES IN WATER • Ion replacement is a third way in which a colloidal particle may gain a net charge; for example, replacement of some of the Si(IV) with Al(III) in the basic SiO2 chemical unit in the crystalline lattice of some clay minerals as shown: [SiO2] + Al(III) [AlO2-] +Si(IV) yields sites with a net negative charge. Similarly, replacement of Al(III) by a divalent metal ion such as Mg(II) in the clay crystalline lattice produces a net negative charge. La sostituzione ionica è un terzo modo in cui una particella colloidale può avere una carica netta; per esempio, la sostituzione di alcuni Si(IV) con Al(III) nelle unità chimiche base nel reticolo cristallino di SiO2 di alcuni minerali argillosi, come mostrato:… si ottengono siti con una carica netta negativa. Allo stesso modo, la sostituzione di Al(III) da uno ione metallico bivalente come Mg (II) nel reticolo cristallino produce una carica netta negativa.

20. THE COLLOIDAL PROPERTIES OF CLAYS Clays constitute the most important class of common minerals occurring as colloidal matter in water. Clays consist largely of hydrated aluminum and silicon oxides and are secondary minerals, which are formed by weathering and other processes acting on primary rocks. Le argille costituiscono la classe più importante di minerali comuni che si ritrovano in acqua come materia colloidale.Le argille sono costituite prevalentemente da alluminio idratato e ossidi di silicio e minerali secondari, e sono formate attraverso processi di erosione e di altri che agiscono su rocce primitive.

21. THE COLLOIDAL PROPERTIES OF CLAYS The general formulas of some common clays are: • Kaolinite: Al2(OH)4Si2O5 • Montmorillonite: Al2(OH)2Si4O10 • Nontronite: Fe2(OH)2Si4O10 • Hydrous mica: KAl2(OH)2(AlSi3)O10 Le formule generali di alcune argille comuni sono:• Caolinite: ..• Montmorillonite: ..• Nontronite: ..• Mica idrata : ..

22. THE COLLOIDAL PROPERTIES OF CLAYS Iron and manganese are commonly associated with clay minerals. The most common clay minerals are illites, montmorillonites, chlorites, and kaolinites. These clay minerals are distinguished from each other by general chemical formula, structure, and chemical and physical properties. Ferro e manganese sono comunemente associati con minerali argillosi. I minerali argillosi più comuni sono illites, le montmorilloniti, cloriti, e caoliniti. Questi minerali argillosi si distinguono tra loro dalla formula chimica generale, struttura, e dalle proprietà chimiche e fisiche.

23. THE COLLOIDAL PROPERTIES OF CLAYS Clays are characterized by layered structures consisting of sheets of silicon oxide alternating with sheets of aluminum oxide. Units of two or three sheets make up unit layers. Some clays, particularly the montmorillonites, may absorb large quantities of water between unit layers, a process accompanied by swelling of the clay. Le argille sono caratterizzati da strutture a strati costituiti da fogli di ossido di silicio alternati a fogli di ossido di alluminio. Unità di due o tre fogli formano strati unitari. Alcuni argille, in particolare le montmorilloniti, possono assorbire grandi quantità di acqua tra gli strati unitari, un processo accompagnato da gonfiore dell'argilla.

24. THE COLLOIDAL PROPERTIES OF CLAYS Clay minerals may attain a net negative charge by ion replacement, in which Si(IV) and Al(III) ions are replaced by metal ions of similar size but lesser charge. This negative charge must be compensated by association of cations with the clay layer surfaces. Since these cations need not fit specific sites in the crystalline lattice of the clay, they may be relatively large ions, such as K+, Na+, or NH4+. Minerali argillosi possono raggiungere una carica netta negativa per la sostituzione di ioni, in cui vengono sostituiti ioni Si (IV) e Al (III) con ioni metallici di dimensioni simili, ma meno carichi. Questa carica negativa deve essere compensata da associazione di cationi con le superfici dello strato di argilla. Dal momento che questi cationi non devono adattarsi in siti specifici nel reticolo cristallino delle argille, essi possono essere ioni di grandi dimensioni, come K +, Na + o NH 4+.

25. THE COLLOIDAL PROPERTIES OF CLAYS These cations are called exchangeable cations and are exchangeable for other cations in water. The amount of exchangeable cations, expressed as milliequivalents (of monovalent cations) per 100 g of dry clay, is called the cation-exchange capacity, CEC, of the clay and is a very important characteristic of colloids and sediments that have cation-exchange capabilities. Questi cationi sono chiamati cationi scambiabili e sono scambiabili con altri cationi in acqua. La quantità di cationi scambiabili, espressa in milliequivalenti (di cationi monovalenti) per 100 g di argilla secca, si chiama la capacità di scambio cationico, CEC, dell’argilla ed è una caratteristica molto importante dei colloidi e dei sedimenti che hanno capacità di scambio cationico.

26. THE COLLOIDAL PROPERTIES OF CLAYS Because of their structure and high surface area per unit weight, clays have a strong tendency to sorb chemical species from water. Thus, clays play a role in the transport and reactions of biological wastes, organic chemicals, gases, and other pollutant species in water. Clay minerals also may effectively immobilize dissolved chemicals in water and so exert a purifying action. A causa della loro struttura e alta area superficiale per unità di peso, le argille hanno una forte tendenza ad assorbire specie chimiche dall'acqua. Così, le argille hanno un ruolo nel trasporto e reazioni di rifiuti biologici, chimici organici, gas e altre specie inquinanti in acqua. Minerali argillosi possono anche immobilizzare efficacemente le sostanze chimiche disciolte in acqua e così esercitare una azione purificante.

27. THE COLLOIDAL PROPERTIES OF CLAYS Some microbial processes occur at clay particle surfaces and, in some cases, sorption of organics by clay inhibits biodegradation. Thus, clay may play a role in the microbial degradation or nondegradation of organic wastes. Alcuni processi microbici si verificano sulle superfici delle particelle di argilla e, in alcuni casi, l’ assorbimento di sostanze organiche dall’argilla inibisce la biodegradazione. Così, l'argilla può giocare un ruolo nella degradazione microbica o di rifiuti organici.

28. AGGREGATION OF PARTICLES The processes by which particles aggregate and precipitate from colloidal suspension are quite important in the aquatic environment. For example, the settling of biomass during biological waste treatment depends upon the aggregation of bacterial cells. Other processes involving the aggregation of colloidal particles are the formation of bottom sediments and the clarification of turbid water for domestic or industrial use. I processi attraverso cui le particelle aggregano e precipitano da sospensione colloidali sono molto importanti per l'ambiente acquatico. Ad esempio, la sedimentazione della biomassa durante il trattamento biologico dei rifiuti dipende dall’aggregazione delle cellule batteriche. Altri procedimenti relativi alla aggregazione delle particelle colloidali sono la formazione di sedimenti di fondo e la chiarificazione di acqua torbida per uso domestico o industriale.

29. AGGREGATION OF PARTICLES Particle aggregation is complicated and may be divided into the two general classes: • coagulation • flocculation. Colloidal particles are prevented from aggregating by the electrostatic repulsion of the electrical double layers : • adsorbed-ion layer • counter-ion layer. L'aggregazione delle particelle è complicata, e potrebbe essere divisa in due classi generali di: coagulazione e flocculazione.Le particelle colloidali impediscono l’aggregazione attraverso la repulsione elettrostatica dei doppi strati elettrici: lo strato ione adsorbito e lo strato contro-ione.

30. AGGREGATION OF PARTICLES Coagulation involves the reduction of this electrostatic repulsion such that colloidal particles of identical materials may aggregate. Flocculation uses bridging compounds, which form chemically bonded links between colloidal particles and enmesh the particles in relatively large masses called floc networks. La coagulazione comporta la riduzione di questa repulsione elettrostatica tale che le particelle colloidali di materiali identici può aggregare. La flocculazione utilizza composti ponte, che formano chimicamente i legami tra le particelle colloidali e avviluppano le particelle in relativamente grandi masse chiamato reti floc.

31. AGGREGATION OF PARTICLES Hydrophobic colloids are often readily coagulated by the addition of small quantities of salts that contribute ions to solution. Such colloids are stabilized by electrostatic repulsion. The simple explanation of coagulation by ions in solution is that the ions reduce the electrostatic repulsion between particles. Colloidi idrofobi sono spesso facilmente coagulati mediante l'aggiunta di piccole quantità di sali che apportano ioni alla soluzione. Tali colloidi sono stabilizzati dalla repulsione elettrostatica. La semplice spiegazione circa la coagulazione da parte degli ioni in soluzione è che gli ioni riducono la repulsione elettrostatica tra le particelle.

32. AGGREGATION OF PARTICLES Because of the double layer of electrical charge surrounding a charged particle, this aggregation mechanism is sometimes called double-layer compression. It is particularly noticeable in estuaries where sediment-laden fresh water flows into the sea, and is largely responsible for deltas formed where large rivers enter oceans. A causa del doppio strato di carica elettrica che circonda una particella carica, questo meccanismo di aggregazione è talvolta chiamato compressione a doppio strato.E 'particolarmente evidente negli estuari, dove i sedimenti carichi di flussi di acqua dolce fluiscono verso il mare, ed è in gran parte responsabile del delta formato dove i grandi fiumi entrano negli oceani.

33. AGGREGATION OF PARTICLES The binding of positive ions to the surface of an initially negatively charged colloid can result in precipitation followed by colloid restabilization. This kind of behavior is explained by an initial neutralizationof the negative surface charge on the particles by sorption of positive ions, allowing coagulation to occur. As more of the source of positive ions is added, their sorption results in the formation of positive colloidal particles. Il legame di ioni positivi sulla superficie di un colloide inizialmente di carica negativa può causare la precipitazione seguita dalla ristabilizzazione del colloide.Questo tipo di comportamento si spiega con una neutralizzazione iniziale della carica superficiale negativa sulle particelle di assorbimento di ioni positivi, che permette la coagulazione. Man mano che si aggiungono ioni positivi, si verifica l'assorbimento nella formazione di particelle colloidali positive.

34. AGGREGATION OF PARTICLES

35. AGGREGATION OF PARTICLES Flocculation of Colloids by Polyelectrolytes Polyelectrolytes of both natural and synthetic origin may cause colloids to flocculate. Polyelectrolytes are polymers with a high formula weight that normally contain ionizable functional groups. Flocculazione dei colloidi con polielettrolitiPolielettroliti, sia di origine naturale che sintetica possono causare la flocculazione di colloidi. I polielettroliti sono polimeri con alto peso molecolare che di norma contengono gruppi funzionali ionizzabili..

36. AGGREGATION OF PARTICLES Flocculation of Colloids by Polyelectrolytes Anionic polyelectrolytes have negatively charged functional groups, such as –SO3 - and –CO2-. Cationic polyelectrolytes have positively charged functional groups, normally H+ bonded to N. Nonionic polymers that serve as flocculants normally do not have charged functional groups. I polielettroliti anionici hanno gruppi funzionali con carica negativa, come ad esempio-SO3- e -CO2-.I polielettroliti cationici hanno gruppi funzionali con carica positiva, in genere H + legato a N. I polimeri non ionici che servono normalmente come flocculanti non hanno gruppi funzionali carichi.

37. AGGREGATION OF PARTICLES Anionicpolyelectrolytes may flocculate negatively chargedcolloidal particles. The mechanism by which this occurs involves bridging between the colloidal particles by way of the polyelectrolyte anions. Strong chemical bonding has to be involved, since both the particles and the polyelectrolytes are negatively charged. However, the process does occur and is particularly important in biological systems, for example, in the cohesion of tissue cells, clumping of bacterial cells, and antibody-antigen reactions. Polielettroliti anionici possono flocculare le particelle colloidali di carica negativa.Il meccanismo con cui questo avviene comporta un ponte tra le particelle colloidali e gli anioni del polielettrolita. Deve essere coinvolto un forte legame chimico, in quanto sia le particelle che i polielettroliti sono caricati negativamente. Il processo è particolarmente importante nei sistemi biologici, per esempio, nella coesione delle cellule dei tessuti, in agglomerati di cellule batteriche, e nelle reazioni antigene-anticorpo.

38. AGGREGATION OF PARTICLES The flocculation process induced by anionic polyelectrolytes is greatly facilitated by the presence of a low concentration of a metal ion capable of binding with the functional groups on the polyelectrolyte. The positively charged metal ion serves to form a bridge between the negatively charged anionic polyelectrolytes and negatively charged functional groups on the colloidal particle surface Il processo di flocculazione indotto da polielettroliti anionici è grandemente facilitato dalla presenza di una bassa concentrazione di uno ione metallico in grado di legare con i gruppi funzionali sul polielettrolita.Lo ione metallico a carica positiva serve per formare un ponte tra i polielettroliti anionici con carica negativa e i gruppi funzionali caricati negativamente sulla superficie delle particelle colloidali

39. AGGREGATION OF PARTICLES Flocculation of Bacteria by Polymeric Materials The aggregation and settling of microorganism cells is a very important process in aquatic systems and is essential to the function of biological waste treatment systems. In biological waste treatment processes, such as the activated sludge process, microorganisms utilize carbonaceous solutes in the water to produce biomass. Flocculazione dei batteri da parte dei Materiali PolimericiL'aggregazione e la sedimentazione di cellule di microrganismi è un processo molto importante nei sistemi acquatici ed è essenziale per la funzione dei sistemi biologici di trattamento dei rifiuti. Nei processi biologici di trattamento dei rifiuti, come ad esempio il processo a fanghi attivi, i microrganismi utilizzano soluti carboniosi in acqua per la produzione di biomassa.

40. AGGREGATION OF PARTICLES Flocculation of Bacteria by Polymeric Materials The primary objective of biological waste treatment is the removal of carbonaceous material and, consequently, its oxygen demand. Part of the carbon is evolved from the water as CO2, produced by the energy-yielding metabolic processes of the bacteria. L'obiettivo primario del trattamento biologico dei rifiuti è la rimozione del materiale e, di conseguenza, la sua richiesta di ossigeno.Parte del carbonio è rilasciato dall'acqua sotto forma di CO2, prodotto dai processi metabolici energetici dei batteri.

41. AGGREGATION OF PARTICLES A significant fraction of the carbon is removed as bacterial floc, consisting of aggregated bacterial cells that have settled from the water. The formation of this floc is obviously an important phenomenon in biological waste treatment. Polymeric substances, including polyelectrolytes, that are formed by the bacteria induce bacterial flocculation. Una frazione significativa del carbonio viene rimosso come floc batterico, costituita da aggregati cellule batteriche che si sono formati nell’acqua. La formazione di questo floc è ovviamente un fenomeno importante nel trattamento dei rifiuti biologici. Sostanze polimeriche, comprese i polielettroliti, che si formano dai batteri inducono la flocculazione batterica.

42. SURFACE SORPTION BY SOLIDS Many of the properties and effects of solids in contact with water have to do with the sorption of solutes by solid surfaces. Surfaces in finely divided solids tend to have excess surface energy because of an imbalance of chemical forces among surface atoms, ions, and molecules. Molte delle proprietà e degli effetti dei solidi in contatto con l'acqua hanno a che fare con l'assorbimento di soluti da superfici solide. Le superfici in solidi finemente suddivisi tendono ad avere energia superficiale in eccesso a causa di uno squilibrio di forze chimiche sulla superficie tra gli atomi, ioni e molecole.

43. SURFACE SORPTION BY SOLIDS Surface energy level may be lowered by a reduction in surface area. Normally this reduction is accomplished by aggregation of particles or by sorption of solute species. Some kinds of surface interactions can be illustrated with metal oxide surfaces binding with metal ions in water. Il livello di energia della superficie può essere abbassata da una riduzione della superficie. Normalmente questa riduzione si realizza mediante aggregazione di particelle o in seguito all’assorbimento delle specie di soluto. Alcuni tipi di interazioni di superficie possono essere illustrate con ossidi metallici in superficie legati con ioni metallici in acqua.

44. SURFACE SORPTION BY SOLIDS Other inorganic solids, such as clays, probably behave much like solid metal oxides. Soluble metal ions, such as Cd2+, Cu2+, Pb2+, or Zn2+, may be bound with metal oxides such as MnO2•xH2O by: • nonspecific ion exchange adsorption, • complexation with surface –OH groups, • coprecipitation in solid solution with the metal oxide, • or as a discrete oxide or hydroxide of the sorbed metal. Altri solidi inorganici, quali argille, probabilmente si comportano proprio come gli ossidi di metalli solidi. Ioni metallici solubili, come Cd 2+, Cu2+ ,Pb2 + , o Zn2 + , devono essere legati con ossidi metallici, come MnO2 • xH2O da: adsorbimento non specifico di scambio ionico, complessazione con i gruppi-OH di superficie, coprecipitazione in soluzione solida con l'ossido di metallo, o come un discreto ossido o idrossido di metallo assorbito.

45. SURFACE SORPTION BY SOLIDS Sorption of metal ions, Mtz+ , by complexation to the surface is illustrated by the reaction M–OH + Mtz+ M-OMtz-1 + H+ and chelation by the following process: A metal ion complexed with a ligand, L, may bond by displacement of either H+ or OH-: M–OH + MtL z+M-OMtL(z - 1) + H+ M–OH + MtL z+M-(MtL)(z + 1) + OH- La capacità di assorbimento di ioni metallici, Mt z + , per complessazione alla superficie è illustrata dalla reazione …e la chelazione dal seguente processo: …Uno ione metallico complessato con un legante, L, può legare, mediante lo spostamento di H + o OH-:

46. SURFACE SORPTION BY SOLIDS In the presence of a ligand, dissociation of the complex and sorption of the metal complex and ligand must be considered as shown by the scheme in which “(sorbed)” represents sorbed species and “(aq)” representsdissolved species. In presenza di un legante, deve essere considerata la dissociazione del complesso e l'assorbimento del complesso metallo e del legante, come indicato dallo schema in cui "(assorbito)"rappresenta assorbita e specie "(aq)" rappresenta la specie disciolta.

47. SURFACE SORPTION BY SOLIDS Some hydrated metal oxides, such as manganese(IV) oxide and iron(III) oxide, are especially effective in sorbing various species from aquatic solution. The sorption ability is especially pronounced for relatively fresh metal hydroxides or hydrated oxides such as colloidal MnO2. Alcuni ossidi metallici idrati, come il manganese (IV) ossido e di ferro (III) ossido, sono particolarmente efficaci nell’assorbimento di varie specie da soluzione acquose.La capacità di assorbimento è particolarmente pronunciata per idrossidi di metalli freschi e per ossidi idratati, come MnO2 colloidale.

48. SURFACE SORPTION BY SOLIDS Colloidal MnO2 usually is produced in natural waters by the oxidation of Mn(II) present in natural waters placed there by the bacterially-mediated reduction of manganese oxides in anaerobic bottom sediments. Colloidal hydrated manganese(II) oxide can also be produced by the reduction of manganese(VII), which often is deliberately added to water as an oxidant in the form of permanganate salts to diminish taste and odor or to oxidize iron(II). Ossido di manganese colloidale viene prodotto in acque naturali mediante ossidazione di Mn (II) presente nelle acque naturali ad opera della riduzione batterica mediata da ossidi di manganese in sedimenti di fondo anaerobici. Idrato di manganese (II) colloidale può essere prodotto anche dalla riduzione di manganese (VII), che spesso è deliberatamente aggiunto all'acqua come ossidante, sotto forma di sali di permanganato per diminuire odore e sapore o per ossidare ferro (II).

49. SURFACE SORPTION BY SOLIDS Freshly precipitated MnO2 may have a surface area as large as several hundred square meters per gram. The hydrated oxide acquires a charge by loss and gain of H+ ion and has a ZPC (zero point of charge) in an acidic pH range between 2.8 and 4.5. Since the pH of most normal natural waters exceeds 4.5, hydrous MnO2 colloids are usually negatively charged. MnO2 precipitato di fresco può avere una superficie grande come diverse centinaia di metri quadrati per grammo. L'ossido idrato acquista una carica attraverso la perdita e guadagno di ioni H + e dispone di un ZPC (punto zero di carica) in un intervallo di pH acido compreso tra 2,8 e 4,5. Dal momento che il pH della maggior parte delle acque naturali normale supera 4,5, colloidi di MnO2 idrato di solito sono a carica negativa.

50. SURFACE SORPTION BY SOLIDS The sorption of anions by solid surfaces is harder to explain than the sorption of cations. Phosphates may be sorbed on hydroxylated surfaces by displacement of hydroxides (ion exchange): The degree of anion sorption varies. As with phosphate, sulfate may be sorbed by chemical bonding, usually at a pH less than 7. L'assorbimento di anioni da superfici solide è più difficile da spiegare di quello assorbimento dei cationi. Fosfati possono essere assorbiti su superfici idrossilate attraverso lo spostamento di idrossidi (scambio ionico):