土壤胶体性质

土壤胶体性质
直径为2～0.μm土粒的通称可以是矿质的，即土壤矿质胶体(无机胶体)，主要是次生的黏粒矿物。

也可以是有机的，即土壤有机胶体，主要是多糖、蛋白质和腐殖质。

多数情况下是有机矿质复合体，即核心部分是黏粒矿物，外面是有机胶膜，被吸附在矿质胶体表面。

其特性是：(1)其比表面积相当大(1g 胶体大约有～m2)，具有相当大的反应活性和吸附性；(2) 荷电，有很强的离子交换性；(3)它是土壤各种物质最活跃的部分，因而对土壤性质的影响也最大。

土壤胶体的种类
土壤胶体通常可以分成无机胶体、有机胶体、有机—无机无机胶体。

下面我们了解这三类胶体。

ⅰ无机胶体：无机胶体在数量上远比有机胶体要多，主要是土壤粘粒，它包括fe、al、si等含水氧化物类粘土矿物以及层状硅酸盐类粘土矿物。

1、fe、al、si等含水氧化物
含水氧化硅：多写成sio2·h2o，也可写成偏硅酸h2sio3，sio2·h2o发生电离时能解离出h+而使胶体带负电荷。

含水水解fe、al：多译成fe2o3·nh2o、al2o3·nh2o，也需用fe（oh）3、al（oh）3的形式去则表示，它就是硅酸盐矿物全盘风化的产物，在风化程度低的土壤上这类矿物较多。

这类矿物属两性胶体，它的带电情况主要取决于土壤的酸碱反应，酸性条件
（ph\uc5）带正电荷，碱性条件下带负电荷。

2、层状硅酸盐类矿物
层状硅酸盐类矿物，从外部形态上看是极细微的结晶颗粒，从内部构造上看，都是由两种基本结构单位硅氧四面体和铝氧八面体所构成，并且都含有结晶水只是化学成分和水化程度不同而已。

结构特征：p69图3—5、图3—6
a：基本结构单位：构成层状硅酸盐矿物的基本结构单位是硅氧四面体和铝氧八面体。

硅氧四面体：由一个硅离子（si4+）和四个氧离子（o2-）共同组成，其中三个氧离子（o2-）形成三角形为底，si4+属这个三角形之上，三个氧离子（o2-）的中心底凹处，第四个o2+属顶部，恰好把si2+砌在下面，象这样的结构体从外表面看看存有四个面，每个面存有三个o2+共同组成，si4+居四个面的中心，我们称作硅氧四面体。

铝氧八面体：由一个铝离子（al3+）和六个氧离子o2-（或氢氧离子）组成，六个
o2-排成上下两层，每层三个o2-（或oh—）构成三角形，但上层的o2-和下层的o2-位置相互交错，al3+居于两层之间的中心孔穴内，这种结构体从外表上看有八个面，每个面都有三个o2+组成，al3+居于八个面的中心，我们称为铝氧八面体。

b：单位晶片：从化学式来看，硅氧四面体（sio4）4-和铝氧八面体（alo6）9- 都还不是化合物，在构成硅酸盐矿物之前，硅氧四面体和铝氧八面体须要各自分别生成，在平面上这种成单位晶片：硅氧四面体通过共用底部氧的方式在平面上连接成四面体片——硅片，硅片顶端的氧仍具有负电荷。

铝氧八面体通过共用两端氧的方式在平面上连接成八面体片——铝片，铝片上下两端的氧都带有剩余负电荷。

c：单位晶层：由于硅片n（sio10）4-、铝片n（al4o12）12-都还具有负电荷，不平衡，所需重合单质以后，就可以构成平衡的化合物，硅片和铝片以相同的协调方式在横向方向上重合成单位晶层，根据构成单位晶层时硅片和铝片的协调比例相同可以构成2：1型、1：1型、2：1：1型的单位晶层。

1：1型单位晶层：由一层硅片和一层铝片组成，硅片顶端的活性氧、铝片底层的活性氧通过共用的方式连接在一起。

2：1型单位晶层：由两层硅片夹一层铝片共同组成，两层硅片顶端的活性氧都朝向铝片、铝片两端的氧分别与两层硅片顶端的氧通过共用的方式相连接在一起。

2：1：1型的单位晶层：在2：1型单位晶层的基础上多了一个水镁片和水铝片。

d：层状硅酸盐矿物：单位晶层相互重合后构成层状硅酸盐矿物，根据形成层状硅酸盐矿物的单位晶层类型的相同，可以把层状硅酸盐矿物分成以下几类：
蒙脱石类矿物：2：1型膨胀性矿物，比如蒙脱石、蛭石、绿泥石
（1）2：1型晶层结构：单位晶层就是由两层硅片夹一层铝片共同组成，硅片：铝片=2：1，以蒙脱石最为典型。

（2）胀缩性大：这组矿物相邻两个晶层的层面都是si—o面，晶层与晶层之间只能形成很小的分子引力，连接力弱，晶层间胀缩性大，晶层之间随着水分的进入而膨胀，失去水分则收缩。

（3）电荷数量小：电荷数量小的原因是因为该组矿物同晶赋值比较广泛。

同晶代换：组成矿物的中心离子被电性相同、大小相近的离子代替而晶格构造保持不变的现象。

①替代与被替代的离子大小必须相似，就可以确保替代后晶形不出现发生改变。

比如fe3+的半径为0.nm，八面体的中心离子al3+的半径为0.nm，半径相近可以发生
替代而不会改变晶体形状，而la（镧）和al是同族元素，性质更相近，但是la3+的半
径比al3+大一倍以上，la3+不能代替al3+。

②替代与被替代的离子电性必须相同，电价可以同价或相同价。

如果互换的两个离子是同价的，互换后不仅晶形不变，而且仍保持电荷中性，如果互
换的两个离子是不同价的，就会使晶体带正电荷或带负电荷。

晶体的中心离子被低价阳离子替代——晶体拎负电荷
晶体的中心离子被高价阳离子取代——晶体带正电荷
实际上硅酸盐矿物中最常用的就是晶体中心离子被低价阳离子替代：比如说四面体
中心离子si4+被al3+所替代，八面体中心离子al3+被mg2+所替代，所以粘土矿物是以拎
负电荷居多的。

同晶置换是发生在晶体形成过程中，同晶置换产生的负电荷是存在于晶体内部，晶
体一旦形成后，这种负电荷就被包蔽在晶体内部，它不会随着外界环境（ph、电解质浓度）的改变而改变，所以同晶置换所产生的负电荷属永久电荷。

同晶转让的结果，并使蒙脱石类矿物具有大量的负电荷，能够溶解留存大量的阳离子，所以不含蒙脱石类矿物低的土壤，其丘间性能较好。

蒙脱石的同晶赋值主要出现在
铝片中，以mg2+替代al3+，蛭石的同晶赋值主要出现在硅片中，以al3+替代si4+。

（4）胶体特性突出：这一组粘土矿物，颗粒特别细，总表面积大，其可塑性、
粘结性、粘着性、吸湿性都很显著，对耕作不利。

高岭石类矿物：也表示1：1型矿物，主要包含高岭石、珍珠陶土、迪岩石及埃落石等。

（1）1：1型晶层结构：单位晶层是由一层硅片和一层铝片组成，硅片：铝片=1：1，所以这一组矿物又称1：1型矿物，以高岭石最为典型。

（2）非膨胀性：相连两个晶层的层面，一个就是硅片的si—o面，一个就是铝片的al—oh面，这样在两个晶层之间能够构成键能够较强的氢键，相连接招盛纯，晶层间难
于收缩。

（3）电荷数量少：这一组矿物硅片和铝片中没有或极少有同晶代换现象，其电荷的
来源主要来源于两个方面：一方面是晶体表面的断键，另一方面是晶体表面的oh基在中
性或碱性条件下的解离，所以电荷数量少。

含1：1型粘土矿物高的土壤其保肥性能差。

（4）胶体特性强：虽然颗粒的大小在胶体范围内，但颗粒直径仍比其它硅酸盐粘土矿物必须小，而且外形大部分呈圆形片状，颗粒的总表面积相对较太少，其可塑性、粘结性、辊筒性、吸湿性大。

水云母组：2：1型非膨胀性矿物，比如水云母、伊利石。

（1）2：1型的晶层结构：晶层结构与蒙脱石相近，同样就是由两层硅片夹一层铝片共同组成，硅片：铝片=2：1，以伊利石最为典型。

（2）非膨胀性：主要是伊利石的晶层与晶层之间吸附有k+，k+是半陷在晶层层面6个氧离子构成的六角形孔穴中，它同时受到相邻两个晶层负电荷的吸附，使相邻两个晶层产生了很强的键联效果，连接力强，晶层不易膨胀。

（3）电荷数量小：同晶转让广泛，主要出现在硅片中，以al3+→si4+，铝片中也存有少量的fe3+、mg2+→al3+，所以电荷数量小：但是因为部分的负电荷被k+中和，所以电荷数量介乎高岭石和蒙脱石之间。

（4）胶体特性：因颗粒大小，总表面积介于高岭石和蒙脱石之间，所以可塑性、
粘结性、粘着性、吸湿性也介于高岭石和蒙脱石之间。

ⅱ有机胶体
有机胶体主要指的是土壤中的腐殖质。

a. 腐殖质颗粒很细小，具备非常大的比表面积。

每1克腐殖质的总表面积可达㎡，比表面积是极其巨大的。

b.具有大量的负电荷
腐殖质组成中有很多的功能团，比如r—cooh、r—ch2—oh等这些功能团解离后能带有大量的负电荷，腐殖质所带负电荷的数量比粘土矿物要大得多，所以保存阳离子的能力也比粘土矿物要大得多。

另外腐殖质功能团中r—nh2的质子化，还能够并使腐殖质拎正电荷。

c.腐殖质是亲水胶体，具有高度的亲水性
腐殖质可以溶解大气中的水汽分子，变硬最大量时可以达至自身重量的80—90%。

ⅲ 有机—无机复合胶体
在土壤中有机胶体通常很少单独存有，绝大部分与无机胶体紧密结合在一起构成有机—无机无机胶体，有机胶体与无机胶体的相连接方式就是多种多样的，但主要就是通过二价、三价等多价阳离子（ca2+、mg2+、fe3+、al3+等）做为桥梁把腐殖质与粘土矿物
连在一起，或者通过腐殖质表面的功能团比如说—cooh、—oh以氢键的方式与粘土矿物连在一起。