نقطه بار صفر در خاک

نقطه بار صفر (zpc) همان pH‌ای است که در آن سطح ذرات هیچ بار مثبت یا منفی خالصی ندارد. این ایده در بررسی لخته‌سازی کلوئیدها معرفی شد تا توضیح دهد چرا تغییر pH می‌تواند باعث تغییر رفتار این ذرات شود.

در حوزهٔ الکتروشیمی، مفهومی مرتبط با نقطه بار صفر (zpc)، پتانسیل الکترود در این نقطه است. به طور کلی، نقطه بار صفر در الکتروشیمی به‌عنوان مقدار لگاریتم منفی ده‌دهی فعالیت یون تعیین‌کنندهٔ پتانسیل در محیط اصلی تعریف می‌شود. این پارامتر در علم سطح از اهمیت بنیادی برخوردار است؛ زیرا تعیین می‌کند که یک بستر تا چه اندازه توانایی جذب یون‌های بالقوه زیان‌آور را دارد. افزون بر کاربردهای زیست‌محیطی، نقطه بار صفر در فناوری کلوئیدها نیز نقش کلیدی ایفا می‌کند، از جمله در فرآیند شناورسازی مواد معدنی. از این رو، مقدار PZC در بسیاری از مطالعات جذب مرتبط با علوم محیط‌زیست مورد بررسی قرار گرفته است. این مقدار معمولاً از طریق روش‌های تیتر کردن به دست می‌آید و تاکنون شیوه‌های گوناگونی برای این منظور توسعه یافته‌اند. همچنین، مقادیر مرتبط دیگری در ویژگی‌های خاک همراه باzpc وجود دارند، از جمله نقطه صفر بار (ZPC) و نقطه صفر بار خالص (nzpc).
[بندانگشتی|[لایه الکتریکی مضاعف اطراف یک ذره با بار منفی در حالت شناور در آب.]]

## تعریف اصطلاح نقطه بار صفر
نقطه بار صفر (zpc) همان مقدار pH است که در آن بار خالص سطح جاذب برابر با صفر می‌شود. این مفهوم در پی افزایش توجه به نقش pH محلول در آزمایش‌های جذب معرفی گردید. دلیل آن این است که جذب برخی مواد به شدت به pH وابسته است. مقدار zpc توسط ویژگی‌های جاذب تعیین می‌شود. برای نمونه، بار سطحی جاذب توسط یونی که بر سطح ساختار ذره (جاذب) قرار دارد توصیف می‌شود. در pH پایین، یون‌های هیدروژن (پروتون‌ها، H⁺) بیشتر از سایر کاتیون‌ها جذب می‌شوند، به‌گونه‌ای که سایر کاتیون‌ها کمتر از حالتی که سطح ذره دارای بار منفی باشد جذب خواهند شد. در مقابل، اگر سطح دارای بار مثبت باشد و pH افزایش یابد، میزان جذب آنیون‌ها با افزایش pH کاهش می‌یابد. از دیدگاه جاذب، اگر pH محلول کمتر از مقدار zpc باشد، بار سطحی جاذب مثبت خواهد شد و در نتیجه آنیون‌ها می‌توانند جذب شوند. برعکس، اگر pH بالاتر از مقدار zpc باشد، بار سطحی منفی خواهد شد و بنابراین کاتیون‌ها جذب خواهند شد.

برای نمونه، بار الکتریکی سطح بلورهای یدید نقره (AgI) را می‌توان بر اساس غلظت یون‌های یدید موجود در محلول بالای این بلورها تعیین کرد. در این حالت، مقدار نقطه بار صفر (zpc) سطح AgI به‌عنوان تابعی از غلظت یون‌های یدید (I⁻) در محلول بیان می‌شود؛ یا به‌صورت لگاریتم منفی ده‌دهی این غلظت، یعنی ‎−log₁₀ [I⁻] = pI⁻.

## رابطه zpc با نقطه ایزوالکتریک
نقطه بار صفر (zpc) در صورتی با نقطه ایزوالکتریک (IEP) برابر است که هیچ یونی جز یون‌های تعیین‌کنندهٔ پتانسیل یعنی H⁺/OH⁻ بر سطح جذب نشود. این حالت معمولاً در مورد اکسیدهای خالص (سطوح دست‌نخورده) معلق در آب رخ می‌دهد. با این حال، در حضور جذب اختصاصی یون‌ها، مقدار zpc و نقطه ایزوالکتریک معمولاً متفاوت خواهد بود.

## کاربرد در ژئوشیمی محیطی
در حوزه‌ی علوم محیط‌زیست، جذب سطحی در بسیاری از روش‌ها که به حذف آلاینده‌ها می‌پردازند نقش دارد و غلظت مواد شیمیایی در خاک و/یا جو را کنترل می‌کند. هنگام مطالعه‌ی تجزیه‌ی آلاینده‌ها یا یک فرایند جذب، بررسی مقدار نقطه‌ی بار صفر (zpc) مرتبط با جذب اهمیت دارد. به عنوان نمونه، بسترهای طبیعی و آلی از جمله خاکستر چوب، خاک‌اره و غیره به‌عنوان جاذب برای حذف فلزات سنگین زیان‌آور مانند آرسنیک، کبالت، یون جیوه و موارد مشابه در زهکش خنثی آلوده (CND) به کار می‌روند؛ CND یک راکتور غیرفعال است که می‌تواند با استفاده از مواد کم‌هزینه جذب فلزات را امکان‌پذیر سازد. بنابراین، مقادیر zpc بسترهای آلی برای بهینه‌سازی انتخاب مواد در CND ارزیابی شدند.

نمونه‌ی دیگری مربوط به انتشار اسید نیتروز است که ظرفیت اکسیدکنندگی جو را کنترل می‌کند. تغییرات pH خاک منجر به تغییر بار سطحی کانی‌ها می‌شود، بنابراین میزان انتشار اسید نیتروز متفاوت خواهد بود و در نتیجه بر چرخه‌ی زیستی مرتبط با گونه‌های اسید نیتروز اثرگذار است.

## منابع

رده:شیمی
رده:شیمی کلوئید
رده:شیمی‌فیزیک