المقصود بالتبادل الأيوني هو تبادل الكاتيونات أو الأنيونات التي تحملها الحبيبات الغروية علي سطوحها مع كاتيونات أو أنيونات الأرض دون أن يتغير بناء الحبيبات نفسها.

ويعتبر التبادل الكاتيونيCation exchange من أهم التفاعلات التي تحدث في الأراضي وتعتبر دراسة كيمياء الأراضي الملحية والقلوية دراسة مباشرة لهذا التفاعل.

والتفاعل في صورته البسيطة:

                        Na   +   NH₄Cl  ↔    X]NH₄   +   NaCl X]

وهو تفاعل عكسي سريع يحدث بين الأيونات بكميات متكافئة ويخضع لقانون تأثير فعل الكتلة وقوانين التبادل السطحي ويتوقف على مساحة السطح . فالحبيبات الدقيقة تدمص كاتيونات أكثر ويخضع التجاذب بين الكاتيونات المدمصة والسطح لقانون كولومب.

ومن العوامل ذات الأثر في تبادل الكاتيونات :

1- درجة تركيز الكاتيونات في المحلول: ارتفاع درجة تركيز الملح المضاف إلي التربة يؤكد سير التفاعل نحو اليمين حيث إن المبدأ في تبادل الكاتيونات هو المنافسة فيما بينهما علي المحلول علي سطح حبيبة التربة الغروية ولكن لا يتناسب مقدار الكاتبون المطرود من سطح الطين تناسبا طرديا مع تركيز المحلول المستعمل . فمضاعفه التركيز لا تعطي ضعف الكاتيونات المطرودة بل أقل وتتدخل خاصية الانحلال المائي Hydrolysis والتغير في الفاعلية Activity  في ذلك .

2 – نوع الكاتيون :الكاتبون الذي يرتبط بالسطح بقوه أكبر يكون له قدرة علي الحلول محل الكاتبون الذي يرتبط بالسطح بقوة أصغر ، وفى حالة الكاتيونات ذات التكافؤ المتساوي فإنه كلما يقل القطر زادت القوة التي يرتبط بها الكاتبون مع حبيبه الطين . ولما كانت أغلب حالات التبادل تتم في وسط مائي فإن الكاتيونات تحيط نفسها في هذا الوسط بطبقة من الماء تلتصق بها وتكون معها وحدة واحدة وبذلك يصبح الكاتبون الأقل في نصف القطر المتميئُ Hydrated  radius  أقدر علي طرد الكاتبون ذي النصف القطر المتميئُ الأكبر . أما في حالة الكاتيونات ذات التكافؤ المختلف فكلما زاد تكافؤ الكاتبون زادت قدرته علي الحلول علي سطح حبيبه الطين محل الكاتيونات الأقل تكافؤ .وترتب الكاتيونات بالنسبة لقدرتها علي الحلول محل بعضها علي سطوح الطين كما يلي:

H⁺ > Ba⁺⁺ > CA⁺⁺ > Mg⁺⁺  >  K⁺ = NH₄⁺ > Na⁺ >  Li⁺

ويطلق علي هذا الترتيبLyotropic series  . وإذا نسبت قدرة أي كاتيون علي الانفصالEase of release  إلي قدرة الكالسيوم باعتبار قدرته علي الانفصال عن سطح الطين تساوى 1 فإن قدرة انفصال المغنسيوم تكون 1.2 قدرة الكالسيوم والبوتاسيوم 1.8 والأمونيوم 2.2 والصوديوم 05.4 والهيدروجين له قدرة خاصة علي الحلول محل أغلب الكاتيونات الثنائية أو الأحادية .

3 – أثر ماده التفاعل : يتأثر تفاعل التبادل الي درجة كبيرة بالماده التي تلتصق أو تدمص adsorb بها الأيونات أي سعة التبادل لمادة التفاعل (الغرويات الأرضية) .وتعرف السعة التبادلية الكاتيونيةCation exchange capacity  للتربة بأنها مقدار الكاتيونات التي تشبع سطح 100 جم من الأرض . فالحبيبات الدقيقة مثل الطين تكون ذات سعة تبادلية كاتيونية أعلي من الحبيبات الخشنة . وكمثال علي ذلك :حبيبات السلت ذات القطر من 5ر0 - 20 ميكرون تكون سعتها التبادلية 3 مللي مكافئ /100 جم أرض .حبيبات الطين ذات القطر من 0.5 - 1 ميكرون تكون سعتها التبادلية30  مللي مكافئ / 100 جم ارض. وتختلف معادن الطين في سعتها التبادلية ، وكمثال علي ذلك: معدن المونتموريللونيت سعته التبادلية الكاتيونية حوالي 100 مللي مكافئ / 100 جم أرض. معدن الأليت (مجموعة الميكا المتمئة) سعته التبادلية الكاتيونية حوالي30/ 100 جم أرض. معدن الكاؤلينيت سعته التبادلية الكاتيونية حوالي 10 مللي مكافئ / 100 جم أرض.

كما تساهم المادة العضوية بنصيب كبير في السعة التبادلية الكاتيونية. مثال علي ذلك:

السعة الكاتيونية لأراضي البيت Peat حوالي 150 مللي مكافئ / 100 جم.

السعة الكاتيونية للجنين تكون حوالي161 مللي مكافئ / 100 والسعة الكاتيونية للهيموسيللوز تكون حوالي 385 ملليمكافئ / 100.

ومن خصائص الأراضي القلوية ارتفاع نسبة الصوديوم في معقد الادمصاص بالنسبة لبقية الكاتيونات وتعتبر عملية التبادل هي المسؤولة عن تشكل الأراضي القلوية.  إذ من المعروف أن الكاتيونات السائدة في الأراضي العادية ( قليلة الملوحة وغير القلوية والموجودة في المناطق الجافة) سواء في معقدها الغروي او في المحلول الأرضي هي الكالسيوم والمغنسيوم.

إلا أنه عندما ترتفع كميات الأملاح في محلول هذه الأراضي فإن الأيون الغالب عادة هو أيون الصوديوم لأنه في حالة كهذه تترسب أيونات الكالسيوم والمغنسيوم علي شكل أملاح مختلفة وتبتعد بذلك عن محلول التربة لتفسح مجالا لأيون الصوديوم ليلعب دوره وترتفع نسبة ترسبات الكالسيوم والمغنسيوم عندما تزداد كثافة محلول التربة بأملاح الصوديوم ويحدث ذلك بسبب التبخير وبسبب إمتصاص النبات لمياه التربة مكثفاً بذلك المحلول. وعندما تصبح الحالة كذلك يبدأ أيون الصوديوم بطرد أيونات الكالسيوم والمغنسيوم من سطوح حبيبات التربة ليحل محلها بشكل مدمص.

وبالرغم من وجود تفسيرات عديدة لتكون الأراضي القلوية التي ترتفع في معقدها الغروي نسبة الصوديوم وإرتفاع كمية كربونات الصوديوم في محلولها فان النظرية المقبولة والتي لقيت أجماعا عاماً هي تلك التي تعتمد علي ظاهرة التبادل الكاتيوني . فبعد أن تتكون في محلول التربة ظروف ترتفع فيها نسبة أيون الصوديوم بشكل يكفي لطرد غيره من الكاتيونات في معقد الأدمصاص فان التحلل المائي الذي يطرأ علي الصوديوم في معقد الأدمصاص مع وجود ثاني اكسيد الكربون في جو التربة يؤدي الي تكون كربونات الصوديوم التي تتميز بها الأراضي.

وبالرغم من أننا نعلم ان قوة إدمصاص الكالسيوم والمغنسيوم هي أقوي من قوة إدمصاص الصوديوم إلا أنه بشروط صودية كثيفة كهذه يستطيع أيون الصوديوم الحلول محل الكالسيوم والمغنسيوم ، وهذه الشروط هي أن لا تقل نسبة أيونات الصوديوم في محلول التربة عن 50 % من مجموع الأيونات لكى يبدأ أي تبادل لحلول الصوديوم محل الكالسيوم والمغنسيوم المدمصين و قد يبلغ أيون الصوديوم في بعض الأحيان حوالي 100% من أيونات محلول التربة وعندها يصبح هو السائد علي المعقد الغروي فتصبح الأرض قلوية.