Владимир Васильевич, я никоим образом не оспариваю фактов рис.1, а только их интерперетацию. На мой взгляд, Вы делаете скрытую ошибку, ставя растворимость в зависимость от молекулярных размеров, что влечет за собой уже видимую ошибку рис.4. Размер катиона натрия - 0,098, а катиона калия - 0,133.
А вот возложение "ответственности" за молекулярные взаимодействия на двуфазную модель воды - это то, что можно только приветствовать.
Эта удивительная молекула пара Н-О-Н не линейна, а тупоугольна (109, кажется, вместо 180). Т.е., хотя электронное облако тяготеет к кислороду, остается изрядная толика для водород-водородной связи. Именно это свойство объясняет чрезвычайно высокую температуру конденсации молекул в воду - образуются кластеры, по сути, с бесконечным числом вариаций строения. Но для поверхностных разборок вполне достаточно (хотя это и не совсем верно), что молекула воды - диполь.
Чем больше водных диполей привязаны к особым точкам на поверхности молекулы примеси, тем ниже энтропия воды. Повысить энтропию, значит, не только растворить растворимое, но и коагулировать нерастворимое. Коагуляция - это удаление гидрфобных окончаний типа С-Н внутрь примеси и вытягивание наружу гидрофильных окончаний типа С=О и -О-Н наружу.
И растворение, и коагуляция с точки зрения статистической термодинамики - это работа водной среды над системой примеси, которая по определению отрицательна, т.е. направлена на консолидацию.
Принципиальное отличие свободной (или кластерной) воды от связной (ориентированной на примеси) в том, что между двумя фазами образуется энергетический (потенциальный) градиент, равный, в среднем, дельте энергий, деленной на мощность адсорбированного слоя. Эта мощность разная, как у разных молекул, так и у разных частей одной макромолекулы.
Я оставлю дальнейшие математически расчеты на потом, если возникнет интерес в Вашей стороны, а пока остановлюсь на краеугольном - вытеснении йона калия йоном натрия из свободной фазы в связную, потому как эффект прост. Т.к. внешний электрон у калия находится дальше от ядра, чем у натрия, то его потеря калием легче, и, соответственно, связь натрия с кислородом свободной воды будет энергичнее нежели эта связь для калия. Следовательно, чисто статистически, калий будет легче нежели натрий менять своих кислородных партнеров - квадрат удаленности при калийной диффузии от начала отсчета будет больше.
В связной фазе изрядная доля электронного облака оттянута к протону (водородному ядру) за счет того, что образуются более сильные водородные связи с атомами примеси. При этой оттяжке кислород воды теряет часть своей электроотрицательности, а потому натрий будет тяготеть к "сильному" кислороду свободной воды. Калию же останется довольствоваться "слабым" кислородом связной воды.
Итогом избирательного поглощения связной водой калия будет электростатическое равенство при градиенте калий-натриевых концентраций. Формально, удержание этого градиента осуществляется за счет энергетического "противоградента" Е/Н, где Н - мощность слоя связной воды.
Как видим, градиент условно неустойчив и при, допустим, механическом раздражении калий легко покинет связную воду, что приведет к электростатическому градиенту, который может быть выравнен близлежащим катионом, например, кальция. Таким образом, получаем, что не имея на то физических причин, катион кальция, тем не менее, проникает в адсорбированный слой за счет спонтанного или вынужденного исхода калия.
