环境化学—教材南开大学示范精品课
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Soil
Environmental Chemistry
wk.baidu.com
第第四四章章
土土1 壤壤环环环境化境境学第四化章化学学
土壤学(Soil Science)
土壤圈（学）(Pedosphere)
土壤圈(PEDOSPHERE)
特征：1.永恒的物质循环与能量交换
2.最活、最富生命力的圈层
3.对环境的交互作用（净化-污染） 4.记忆块与基因库 5. 时空变化
代表OH群
back
2008-4-24
16
环境化学第四章
单位晶层
内表面 （无）
2008-4-24
高岭石
瞧：氢键在这里
（牢固） 不易发生同晶取代
外表面
back
17
环境化学第四章
蒙脱石 montmorillonite
[O3 Si2 O2 OHAl2OH O2 Si2 O3] 蒙脱石类结晶
硅氧片 水铝片 硅氧片
¾土壤的机械组成（mechanical composition) ：土壤是由粗细不
等的土壤颗粒物组成的，这种粗细不等的土粒按不同比例组合称为
土壤的机械组成，又称为土壤质地（soil texture）。
2008-4-24
7
环境化学第四章
瞧！ 颗粒大小多么不匀
2008-4-24
8
环境化学第四章
1、土壤矿物质
2008-4-24
化学结 构式
[AlO6]-9
13
环境化学第四章
铝氧八面体片 ctahedral sheet
公用上下两层氧原子形成片
2008-4-24
14
环境化学第四章
粒径小于2µm， 阳离子代换量较 多，富含钾，属 2：1型晶格，两 晶层之间通过K 离子相连，膨胀 性小，可发生同 晶取代，但不明 显
面向下的运动，是污染物在水—土壤颗粒之间吸附—解吸或分配的 一种综合行为。
¾淋溶层：是指由于淋溶作用使物质下移所经过的土层，也可称过
滤层，是土壤中生物最活跃的一层，有机质大部分在这一层。
¾
¾最大淋溶深度：评价污染物淋溶性能的指标，是指土层中污染物
的残留浓度为500ppb时，污染物所能达到的最大深度。
粒径小于1µm，阳
粒径0.1-5.0µm，
离子代换量极高，
膨胀性小，阳离
它所吸收的水份植
子代换量低，属1：
物难以利用，属2： 1型晶格，晶层之
1型晶格，晶层之
间由氢键连接，
间主要靠弱的分子
甚为紧密，极少
间力连接，晶层连
发生同晶取代
接不紧，水分子易
进入，极易发生同
晶取代
结构与性质
之间的关系
同晶取代：当硅酸盐粘土矿物形成时，晶格内的组成离
2008-4-24
10
环境化学第四章
硅氧四面体 tetrahedra
化学结构式
[SiO4]-4
中0心.3孔2埃
Si0.39埃
2008-4-24
11
环境化学第四章
硅氧四面体片 tetrahedral sheet
2008-4-24
公用底角氧原子
12
环境化学第四章
铝氧八面体 octahedra
中心孔径0.58埃 Al离子半径0.57埃
2008-4-24
2
环境化学第四章
第一节 土壤的组成和性质
一、土壤的组成
土壤是指地球陆地表面具有一定肥力且能生长植物的疏松表 层。它是由岩石风化和母质的成土两种过程综合作用下形成的产 物质。其本质属性是具有肥力，由固、液、气三相组成。
矿物质 90%以上 有机质 1.0~10%
2008-4-24
土壤中的水分 及其水溶物 （包括气体）
构造示意图
back
2008-4-24
18
环境化学第四章
弱的分子间力 极易发生同晶取代
2008-4-24
back
19
环境化学第四章
2008-4-24
伊利石类 结晶构造示意图
back
20
环境化学第四章
K+ 能发生同晶取代
2008-4-24
back
21
环境化学第四章
三大类次生硅酸盐矿物区别
性质
次生层状硅酸盐矿物
类、硅酸盐类（占岩浆岩质量的80％以上）。
z 次生矿物 secondary minerals
¾ 由原生矿物经化学风化形成。 ¾ 化学风化的三个历程：氧化、水解和酸性水解。 ¾ 分为三类：简单盐类——原生矿物化学风化的最终产物
三氧化物——硅酸盐矿物彻底风化后的产物 次生铝硅酸盐类——伊利石、蒙脱石、高岭石
蒙脱石
伊利石
高岭石
晶架结构
2:1
2:1
1:1
晶层间连接键 分子引力
钾键
氢键
大小（μ） 0.01~1.0（小） 0.1~2.0（中） 0.1~5.0（大)
子，常被另一种大小相近、电荷符号相同的离子所取
代，取代后的晶体构造并未改变。
2008-4-24
15
环境化学第四章
高岭石 kaolinite
0.72nm C轴
铝氧八 面体层
硅氧四 面体层
6(OH)
4Al 4O+2(OH) 4Si 6O
B轴
[O3 Si2 O2 OHAl2 (OH)3]
硅氧片
水铝片 高岭石类结晶构造示意图
Soil solution is defined as the soil interstitial water,its solutes and dissolved gases.
3
孔隙中充满空气 porous media
环境化学第四章
有机质5%左右
Dynamic Nature of Soil
Ideal
原生矿物
磷酸盐类 氧化物类 硫化物类 硅酸盐类
土壤矿物质
次生矿物
简单盐类
三氧化物
次生铝硅 酸盐类
伊利石 高岭石 蒙脱石
2008-4-24
9
环境化学第四章
z 原生矿物 primary minerals
¾ 岩石受物理风化，化学组成和结晶构造都未改变。 ¾ 主要有：石英、长石类、云母类、辉石和角闪石。 ¾ 土壤中1-0.001mm的砂和粉砂几乎全部是原生矿物。 ¾ 四类最重要的原生矿物：磷酸盐类、氧化物类、硫化物
Too Dry
Too Wet
2008-4-24
Water
4
Mineral
Organic
Air
环境化学第四章
气相 gases
Soil air、CO2、O2、N2、H2S、CH4等
土壤 soil
液相 liquids 固相 solid
water salts
Soil solution
inorganic
minerals
organic
Humus及植物残体
microorganisms
2008-4-24
5
环境化学第四章
根须
土粒上的吸附水 土粒 土壤空隙
被水饱和的土壤
排入地下水
固、液、气相结构图（自S. F. Manahan，1984 ）
2008-4-24
6
环境化学第四章
¾淋溶（leaching ）：是指污染物随渗透水在土壤中沿土壤垂直剖
Environmental Chemistry
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第第四四章章
土土1 壤壤环环环境化境境学第四化章化学学
土壤学(Soil Science)
土壤圈（学）(Pedosphere)
土壤圈(PEDOSPHERE)
特征：1.永恒的物质循环与能量交换
2.最活、最富生命力的圈层
3.对环境的交互作用（净化-污染） 4.记忆块与基因库 5. 时空变化
代表OH群
back
2008-4-24
16
环境化学第四章
单位晶层
内表面 （无）
2008-4-24
高岭石
瞧：氢键在这里
（牢固） 不易发生同晶取代
外表面
back
17
环境化学第四章
蒙脱石 montmorillonite
[O3 Si2 O2 OHAl2OH O2 Si2 O3] 蒙脱石类结晶
硅氧片 水铝片 硅氧片
¾土壤的机械组成（mechanical composition) ：土壤是由粗细不
等的土壤颗粒物组成的，这种粗细不等的土粒按不同比例组合称为
土壤的机械组成，又称为土壤质地（soil texture）。
2008-4-24
7
环境化学第四章
瞧！ 颗粒大小多么不匀
2008-4-24
8
环境化学第四章
1、土壤矿物质
2008-4-24
化学结 构式
[AlO6]-9
13
环境化学第四章
铝氧八面体片 ctahedral sheet
公用上下两层氧原子形成片
2008-4-24
14
环境化学第四章
粒径小于2µm， 阳离子代换量较 多，富含钾，属 2：1型晶格，两 晶层之间通过K 离子相连，膨胀 性小，可发生同 晶取代，但不明 显
面向下的运动，是污染物在水—土壤颗粒之间吸附—解吸或分配的 一种综合行为。
¾淋溶层：是指由于淋溶作用使物质下移所经过的土层，也可称过
滤层，是土壤中生物最活跃的一层，有机质大部分在这一层。
¾
¾最大淋溶深度：评价污染物淋溶性能的指标，是指土层中污染物
的残留浓度为500ppb时，污染物所能达到的最大深度。
粒径小于1µm，阳
粒径0.1-5.0µm，
离子代换量极高，
膨胀性小，阳离
它所吸收的水份植
子代换量低，属1：
物难以利用，属2： 1型晶格，晶层之
1型晶格，晶层之
间由氢键连接，
间主要靠弱的分子
甚为紧密，极少
间力连接，晶层连
发生同晶取代
接不紧，水分子易
进入，极易发生同
晶取代
结构与性质
之间的关系
同晶取代：当硅酸盐粘土矿物形成时，晶格内的组成离
2008-4-24
10
环境化学第四章
硅氧四面体 tetrahedra
化学结构式
[SiO4]-4
中0心.3孔2埃
Si0.39埃
2008-4-24
11
环境化学第四章
硅氧四面体片 tetrahedral sheet
2008-4-24
公用底角氧原子
12
环境化学第四章
铝氧八面体 octahedra
中心孔径0.58埃 Al离子半径0.57埃
2008-4-24
2
环境化学第四章
第一节 土壤的组成和性质
一、土壤的组成
土壤是指地球陆地表面具有一定肥力且能生长植物的疏松表 层。它是由岩石风化和母质的成土两种过程综合作用下形成的产 物质。其本质属性是具有肥力，由固、液、气三相组成。
矿物质 90%以上 有机质 1.0~10%
2008-4-24
土壤中的水分 及其水溶物 （包括气体）
构造示意图
back
2008-4-24
18
环境化学第四章
弱的分子间力 极易发生同晶取代
2008-4-24
back
19
环境化学第四章
2008-4-24
伊利石类 结晶构造示意图
back
20
环境化学第四章
K+ 能发生同晶取代
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21
环境化学第四章
三大类次生硅酸盐矿物区别
性质
次生层状硅酸盐矿物
类、硅酸盐类（占岩浆岩质量的80％以上）。
z 次生矿物 secondary minerals
¾ 由原生矿物经化学风化形成。 ¾ 化学风化的三个历程：氧化、水解和酸性水解。 ¾ 分为三类：简单盐类——原生矿物化学风化的最终产物
三氧化物——硅酸盐矿物彻底风化后的产物 次生铝硅酸盐类——伊利石、蒙脱石、高岭石
蒙脱石
伊利石
高岭石
晶架结构
2:1
2:1
1:1
晶层间连接键 分子引力
钾键
氢键
大小（μ） 0.01~1.0（小） 0.1~2.0（中） 0.1~5.0（大)
子，常被另一种大小相近、电荷符号相同的离子所取
代，取代后的晶体构造并未改变。
2008-4-24
15
环境化学第四章
高岭石 kaolinite
0.72nm C轴
铝氧八 面体层
硅氧四 面体层
6(OH)
4Al 4O+2(OH) 4Si 6O
B轴
[O3 Si2 O2 OHAl2 (OH)3]
硅氧片
水铝片 高岭石类结晶构造示意图
Soil solution is defined as the soil interstitial water,its solutes and dissolved gases.
3
孔隙中充满空气 porous media
环境化学第四章
有机质5%左右
Dynamic Nature of Soil
Ideal
原生矿物
磷酸盐类 氧化物类 硫化物类 硅酸盐类
土壤矿物质
次生矿物
简单盐类
三氧化物
次生铝硅 酸盐类
伊利石 高岭石 蒙脱石
2008-4-24
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环境化学第四章
z 原生矿物 primary minerals
¾ 岩石受物理风化，化学组成和结晶构造都未改变。 ¾ 主要有：石英、长石类、云母类、辉石和角闪石。 ¾ 土壤中1-0.001mm的砂和粉砂几乎全部是原生矿物。 ¾ 四类最重要的原生矿物：磷酸盐类、氧化物类、硫化物
Too Dry
Too Wet
2008-4-24
Water
4
Mineral
Organic
Air
环境化学第四章
气相 gases
Soil air、CO2、O2、N2、H2S、CH4等
土壤 soil
液相 liquids 固相 solid
water salts
Soil solution
inorganic
minerals
organic
Humus及植物残体
microorganisms
2008-4-24
5
环境化学第四章
根须
土粒上的吸附水 土粒 土壤空隙
被水饱和的土壤
排入地下水
固、液、气相结构图（自S. F. Manahan，1984 ）
2008-4-24
6
环境化学第四章
¾淋溶（leaching ）：是指污染物随渗透水在土壤中沿土壤垂直剖