固体之所以能够对地下水中的溶质产生吸附作用，是因为其表面有一定量的电荷。固体表面电荷的形成主要有两种方式，一种是类质同象交换，另一种是矿物表面的功能团与水中离子间的化学反应。
类质同象交换是指矿物结构中的阳离子被其他带有较少正电荷的阳离子所置换。例如，粘土矿物的组成一般为铝硅酸盐，其结构通常为硅四面体或铝八面体，这种结构中的硅和铝均可被与其直径大小相近的离子所代替。其中四价的硅（Si4+）可被三价的铝（Al3+）所代替，大必展实材行景三价的铝可被二价的镁（Mg2+）所代替，结果便使得矿物的表面电荷产生不均衡，呈现出负电性。由于不同粘土矿物结构的差异，通过类质同象交换在其表面形成电荷的多少及难易程度常常是不同的。蒙脱石、伊苦亚吃利石、蛭石等易通过类质同象交换在其表面形成负电荷，而高岭石则难以通过这种方式在其表面形成电荷。期掌行费乐的减部通过类质同象交换在矿物表面所形成的电荷的一个重要特点就是，这种电荷来自通常不随水溶液p居毛黑银啊教转然观请H值及其成分的变化而变化。因此，把通过这种方式在固体表面所形成的电荷称为固定电荷（Permanent Charge）。
通过矿物表面的功能团与水中离子间的化学反应360问答也可在矿物表面形成电荷。例如，在低pH值条件下，矿物表面的羟基可与水溶液中的H+通过下式发德概板明察手合界客参月生络合作用，从而在固体表源石破才绝生小比造面形成表面正电荷：
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式中S表示表面金属阳离子。随着pH值的升高，H+将重新返回到溶液中，这时矿物表面的羟基甚至可通过下式离解出其原有的H+，进而在固体表面形成负电荷：
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矿物表面的功能团与金属阳离子以及带负电荷的各种形式的配准磁合基之间也可发生络合反应。例如，溶液中的Cu2+可与氢氧化物羟基中的H+进行竞争，通过下述反应在矿物表面形成正电荷：
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磷酸根与针铁矿可通过下述的反应在其表面形成负电荷：
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图2-5-1 固体表面的吸附双电层示意图
与类质同象交换在固体表面所形成的永久电荷相比，通过络合反应在固体表面形成的电荷可随着水溶液pH值及其成分的变化而变化。因此，把以这种方式在固体表面所形成的电荷称为可变电荷（Variable Charge）。氢氧化物及其非晶质变体、高岭石等粘土抗跑树它矿物通常只能够在其表面形相成可变电荷。
由此可见，固体表啊何面的电荷是相当复杂的，还植第其所携带的总电荷量等于永久电荷与可变电荷的代数和。如果该电荷量不等于零，就需要通过吸附溶液中的反行孔其块啊法未龙号离子来平衡，这种吸附作用会在固体表面附近形成由固定层和扩散层组成的七慢西早通歌宪双电层（图2-5-1）。其中固定层中的离子被紧紧地吸附到固体表面上，扩散层中的离子则是可以自由运动的。在扩散层中，随着距固定层边界距离的增加，其中所包含的被吸附离子的浓设度呈指数减小。若用σP表示固体表面的电荷总量，σ操料济校市校改D表示固定层和扩散离子层中离子所带电荷量的代数和，则有：
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对于一些矿物，当pH值较低时，随着反应（2-5-1）的正向进行，可使固体表面互危移爱呀回的电荷总量σP为正值；当pH值较高时，由于反应（2-5-2）的正向进帝曲氧服举行，可使固体表面的电荷总量σP为负值。这表明在这两个pH值之间，必存在这样的一个pH值点，在该pH值点上，σP=0。这里定义σP=0时的pH值为零点电荷pH值，记为pHz。pH攻防z对于一定的矿物来说通常为一定值，表2-5-1列出了一些矿物的零点电荷pH值。对于固定的矿物，当水溶液的pH值大于其pHz时，矿物表面带负电，吸附阳离子；当水溶液的pH值小于其pHz时，矿物表面带正电，吸附阴离子。
对于可形成永久电荷的矿物，在相同的条件下，其表面的电荷数量往往远大于仅可在其表面形成可变电荷的矿物。图2-5-2比较了高岭石、伊利石、蒙脱石表面的负电荷数量随pH值的变化情况。由图可见，在低pH值条件下高岭石表面的电荷量接近于0，在高pH值情况下则变成了微负值，这正好反映了高pH值时矿物表面羟基中H+的离解。与此形成明显对照的是，伊利石和蒙脱石在所有pH值范围内都含有大量的负电荷。尽管图2-5-2也显示出随着pH值的升高，这两种矿物表面负电荷数量具有增加的趋势，但与其表面电荷的总量相比，这种增加量相对很小。这表明在蒙脱石和伊利石的表面电荷的组成中，永久电荷明显占有绝对优势。
图2-5-2 高岭石、伊利石、蒙脱石的表面负电荷随pH值的变化
除了氧化物、氢氧化物和粘土矿物外，含水层中常含有一定量的有机质，在这些有机质的表面也可形成一定量的电荷。例如，暴露于腐殖质表面的羧基（—COOH）和苯酚（○—OH）就可在其表面形成负电荷（图2-5-3），这种电荷一般也属于可变电荷，当pH值较低时，H+是主要的被吸附离子，随着pH值的升高，H+浓度降低，主要的吸附质就变成了水溶液中的其他阳离子。
表2-5-1 一些矿物的零点电荷pH值
