Multiple-Ion Diffusion—I. Techniques for Measuring and Calculating Apparent Self-Diffusion Coefficients in Heteroionic Systems

Abstract

This investigation was designed to integrate the quick-freeze technique for ion diffusion with two computer programs to permit the simultaneous measurement and calculation of the diffus-ivity of a variable number of ions in heteroionic soil system. Kaolinite clay was prepared so as to have the following percentage saturations of the CEC, Sr²⁺65, Mg²⁺15, Rb⁺10, Na⁺5 and H⁺5. A quadruplicate radioisotope tag consisting of ⁸⁵Sr, ²⁸Mg, ⁸⁶Rb, and ²²Na was used to measure the diffusivity of each ion. The complex spectra were resolved by use of Schonfeld’s revised Alpha-M computer program. A probit-transformation procedure was formulated into a computer program to enable the calculation of each diffusion coefficient. These programs are described and illustrated with the diffusivity of ⁸⁶Rb in kaolinite clay.

Résumé

Cette étude a pour but d’intégrer la technique de gel rapide pour la diffusion des ions à deux programmes d’ordinateurs en vue de permettre la mesure et le calcul simultanés de la diffus-ivité d’un nombre variable d’ions dans les systèmes de sols hétéroioniques. L’argile kaolinite a été préparée de telle sorte à avoir les pourcentages de saturation suivants du CEC, Sr²⁺65, Mg²⁺15, Rb⁺10, Na⁺5 et H⁺5. Un traceur radioisotope en quatre exemplaires consistant en ⁸⁵Sr, ²⁸Mg, ⁸⁶Rb, et ²²Na a servi pour mesurer la diffusivité de chaque ion. Les spectres complexes ont été résolus par le programme d’ordinateur Alpha-M revisé de Schonfeld. Une méthode de transformation sévère a été mise en formule et introduite au programme de l’ordinateur pour permettre le calcul de chaque coefficient de diffusion. Ces programmes sont décrits et illustrés avec la diffusivité de ⁸⁶Rb dans l’argile kaolinite.

Kurzreferat

Diese Untersuchung sollte der Integrierung der Schnellfriertechnik für lonen-Diffusion mit zwei Computerprogrammen dienen, um gleichzeitige Messung und Berechnung der Diffusivität einer variablen Anzahl von Ionen in heteroionischen Bodensystemen zu gestatten. Kaolinitton wurde so präpariert, daß er die folgenden prozentuellen Sättigungen der Kationenaustauschleistung aufwies: Sr²⁺65, Mg²⁺15, Rb⁺10, Na⁺5 und H⁺5. Eine vierfache Radioisotopenmarkierung umfassend ⁸⁵Sr, ²⁸Mg ⁸⁶Rb, ²²Na wurde zur Messung der Diffusivität jedes Ions benutzt. Die komplizierten Spektren wurden unter Anwendung des revidierten Alpha-M Computerprogramms von Schonfeld aufgelöst. Es wurde eine Probit-Umwandlungsmethode in einem Computerprogramm verarbeitet, um die Errechnung jedes Diffusions-Koeffizienten zu ermöglichen. Diese Programme sind mit der Diffusivität von ⁸⁶Rb in Kaolinit-Ton beschrieben und veranschaulicht.

Резюме

Задачей исследования была подготовка техники быстрого замораживания для изучения ионной диффузии с использованием вычислительных машин с тем чтобы одновре¬менно производить измерения и вычисления диффузионного перемещения разнообразных ионов в гетероионных почвенных системах. Каолинитовая глина была приготовлена таким образом, чтобы насыщение ее емкости катионного обмена составляло (в %): Sг²⁺-65; Ме²⁺-15; Rb⁺-10; Na⁺-5; Н⁺-5. Для измерения диффузионного перемещения ионов использовались радиоизотопы ⁸⁵Sг, ²⁸Мg, ⁸⁶RЬ, ²²Nа. Сложные спектры были расшифрованы с помощью вычислительной машины по заново проверенной Альфа-М программе Шонфелда. Специаль ные программы для вычислительной машины позволили вычислить каждый коэффициент диффузии. Эти программы охарактеризованы и проиллюстрированы диффузионным распро¬странением ⁸⁶КЬ в каолинитовой глине.