Al13-Tridecamer의 자연계 생성조건에 대한 열역학적 고찰

• 발행기관: 대한자원환경지질학회
• 저자명: 이규호 송윤구 문희수 문지원 김인준
• 간행물 정보: 『자원환경지질』35권 2호, 103~112쪽, 전체 10쪽
• 주제분류: 자연과학 > 지질학
• 파일형태: PDF
• 발행일자: 2002.04.30

국문 초록

토양 산성화에 따른 알루미늄 독성현상과 관련하여 자연환경에서의 존재 가능성이 제기되어온 Al13-tridecamer의 열역학적 생성조건에 대한 고찰을 Al-함유 광물상을 다량 함유하고 있는 제주도 안디졸 토양 Bo 층 시료의 실내 평형실헌 결과를 기초로 실시하였다. 대상토양은 평형상태일 경우 Al(OH)₃, 이모골라이트 혹은 프로토-이모골라이트가 반응액의 알루미늄 총활동도를 조절하는 주 고상인 것으로 나타났다. 이 경우 반응액의 알루미늄 총활동도는 pH 5-7환경에서 10-6-10-8M로 매우 낮게 나타난다. 기존의 열역학 자료들을 이용한 Al13-tridecamer 생성조건 고찰 결과, 알루미늄의 총활동도가 Al13-tridecamer의 생성 여부를 결정하는 가장 주요 요인으로, 예를 들어, 그 활동도가 10-5M이 되기 위하여는 pH=5-7 구간에서는 약 2×10-5M, pH=4에서는 약 3×10-3M 이상의 알루미늄이 자연수에 용해되어 있어야 한다. 따라서 Al(OH)₃, 이모골라이트 혹은 프로토-이모골라이트 등에 의해 알루미늄 총활동도가 제한되는 토양계에서는 평형조건에서 Al13-tridecamer 생성을 위한 알루미늄 총활동도 조건을 충족시키지 못한다. 이러한 결과는 Al-함유고상들에 의해 알루미늄 총활동도가 조절되는 평형조건에 근접한 자연계 토양에서는 Al13-tridecamer의 생성확인 가능성이 매우 낮음을 제시하며, 단지 pH 3 내외의 산성화가 심화된 극히 일부 토양, 또는 산성환경에서 형성된 높은 알루미늄 총활동도를 갖는 용액이 부분적으로 중화되는 비평형 환경 등, 극히 제한적인 환경에서만이 다량의 Al13-tridecamer 생성이 가능할 것이다. 이러한 열역학적 고찰 결과는 깁사이트 및 이모골라이트가 알루미늄 거동의 주요 영향인자인 안디졸 및 스포도졸 토양에서의 Al13-tridecamer의 인지 가능성은 매우 희박함을 지시해 주며, 따라서 이 같은 토양에서의 Al13-tridecamer에 의한 독성현상은 그 가능성은 극히 낮을 것으로 생각된다.

영문 초록

Despite the ecological importance of potentially phytotoxic Al13-tridecamer and its formation in the simulated condition, it was not recognized in the natural soil enyironment. Here we performed thermodynamic calculations to examine the stability condition of Al13-tridecamer based on the solubility of Al in the Bo horizon of Andisols, Jeju Island, dominantly composed of Al-containing solid phases such as Al(OH)₃, proto-imogolite and/or imogolite. We have found that Al(OH)₃, proto-imogolite and/or imogolite may control Al solubility in the moderate acid condi-tion. It means that Al total activity of the soil solution equilibrated with these solid phases ranges from 10-6_ 10-8M in the pH 5 to 7. Calculations based on the thermodynamic data strongly indicate that the formation of Al13-tridecamer closely related to the total actiyity of Al in the system. For example, for the formation of Al13-tridecamer of 10-5M, Al total actiyity of 3×10-3M are needed at pH 4, and 2×10-5M in the pH 5 to 7. Therefore, this research and the thermodynamic consideration suggest strongly that Al13-tidecamer should be negligible in natural soils, especially Andisols and Spodosols. These mainly contain Al(OH)₃, proto-imogolite and/or imogolite, which could prevent the formation of Al 13-tridecamer by controlling the Al total actiyity low. It means that the toxicity of Al13-tridecamer with the increase of soil acidification may be considered to be definitely low.

키워드

Al13-tridecamer 깁사이트 이모골라이트 프로토끼모골라이트 토양 산성화 알루미늄 독성현상 Al13-tridecamer gibbsite imogolite proto-imogolite soil acidification