vaihtokapasiteetti

Vaihtokapasiteetti on kemiallisen tai maaperän kontekstin yleistermi, joka kuvaa materiaalin kykyä vaihtaa siihen liuoksen ionien kanssa. Tavallisinta on puhua kationinvaihtokapasiteetista (CEC), jolloin huomio kiinnittyy siihen, kuinka paljon positiivisesti varaantuneita ioneja voidaan sitoa pinnalle ja samalla siirtää liuoksesta pois. Siksi vaihtokapasiteetti on keskeinen käsite sekä geologiassa että agro- ja ympäristötieteissä. CEC sekä anioninvaihtokapasiteetti (AEC) ovat toisistaan riippumattomia, mutta samalla tavoin määritettävissä.

Mittayksikköinä käytetään yleisesti cmol(+)/kg tai meq/kg, ja arvo antaa kokonaisvarauksien määrän, jonka materiaali voi vaihtaa. Maaperässä CEC vaihtelee runsaasti riippuen mineraalikoostumuksesta, orgaanisen aineen määrästä ja pH:stä. Tyypillisesti saviaineisto, kuten kerroksittaiset savukivilajit ja orgaaninen aines, lisäävät CEC:tä, kun taas hiekkaiset maaperät ovat pienempiä.

Mittaaminen tapahtuu tavallisesti kemiallisilla vaihtomenetelmillä. Yleisiä menetelmiä ovat natrium- tai ammoniumacetaatin saturaatio sekä jälkeenpäin suodatus ja vaihdetun kationin määrän mittaus analyysillä. Rakenteellisesti katsottuna CEC riippuu sekä pysyvästä (permanent) varauksesta mineraaleissa että pH:stä johtuvasta varauksesta (humoottisen ja orgaanisen aineen vaikutus). Tämä heijastaa sitä, miten ravinteet pidätetään tai vapautuvat kasveille ja vesistöille.

Käytännön merkitys on erityisen suuri maataloudessa ja ympäristötutkimuksessa: CEC määrittää ravinteiden pidätys- ja saatavuuskyvyn sekä maaperän kyvyn buffering-ominaisuudet. Se vaikuttaa lannoitusstrategioihin, happamuuden hallintaan ja vedenpidätykseen. Rajoitteina ovat mittausolosuhteet sekä pH:n vaikutus ja vaihtokapasiteetin alttius muille kemiallisille muutoksille.