三种主要黏土矿物(高岭石、水云母、蒙脱石)的性质
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1、试比较三种主要黏土矿物(高岭石、水云母、蒙脱石)的性质。
(1) 高岭石(1:1型铝硅酸盐矿物)
由一个硅氧片和一个水铝片,通过共用硅氧顶端的氧原子连接起来的片状晶格构造。
每个晶层的一面是OH离子组(水铝片上的),另一面是O离子(硅氧片上的),因而叠加时晶层间可形成氢键,使各晶层之间紧密相连从而形成大颗粒,晶粒多呈六角形片状。
其分子结构外形特征为
OHOHOH .......OH
顶层─────────────
底层─────────────
OOO ........O
许多晶片相互重叠形成高岭矿物
特点:晶层与晶层间距离稳定,连接紧密,内部空隙小,电荷量少,单位个体小,分散度低。多出现于酸性土壤。如高岭石类。
高岭石的性质特点:
晶格内的水铝片和硅氧片很少发生同晶替代,
因此无永久性电荷。但水铝片上的--OH在一
定条件下解离出氢离子,使高岭石带负电。
晶片与晶片之间形成氢键而结合牢固,水分子及其他离子难以进入层间,并且形成较大的颗粒。因此其吸湿性、粘结性和可塑性较弱,富含高岭石的土壤保肥性差。
(2)蒙脱石类(2:1型铝硅酸盐矿物)
由两片硅氧片和一片水铝片结合成的一个晶片(层)单元,再相互叠加而成的。
每个晶层的两面均由O离子组(硅氧片上的),因而叠加时晶层间不能形成氢键,而是通过“氧桥”联结,这种联结力弱,晶层易碎裂,其晶粒比高岭石小。
特点:
胀缩性大,吸湿性强,易在两边硅氧片中以Al3+代Si4+,有时可在硅铝片中,一般以Mg2+代Al3+→带负电→吸附负离子。
如蒙脱石,这类矿物多出现于北方土壤。如东北、华北的栗钙土、黑钙土和褐土等。
(3)水云母类(2:1型粘土矿物)
结构与蒙脱石相类似,只是同晶替代产生的负电荷主要被钾离子中和,而少量被钙镁离子中和.
特点:
a、永久性电荷数量少于蒙脱石。
b、层与层之间由钾离子中和,使得各层相互紧密结合。形成的颗粒相对比蒙脱石粗而比高岭石细。其粘结性、可塑、胀缩性居中。
c、钾离子被固定在硅氧片的六角形网孔中,当晶层破裂时,可将被固定的钾重新释放出来,供植物利用。
三种主要粘土矿物的性质比较
2、影响土壤阳离子交换量的因素有哪些?
1. 阳离子的交换能力
是指一种阳离子将胶体上另一种阳离子交换下来的能力。
主要决定于阳离子被胶粒吸附的力量(或称阳离子与胶体的结合强度),它实质上是阳离子与胶体之间的静电能。
影响阳离子交换能力的因素:
a、离子电荷价:
M3+> M2+> M+(M表示阳离子)
库仑定律:离子的电荷价越高,受胶体典型的吸持力愈大,交换能力也越大
b、离子的半径及水化程度:
同价离子,离子半径越大,离子的水化半径越小,离子交换能力越强。
c、离子运动速度:
凡离子运动速度愈大的,其交换力也愈大。例如氢离子就是这样,而且氢离子水化很弱,通常H+只带一个水分子,即以H3O+的形态参加交换,水化半径很小,因此它在交换力上具有特殊位置。
阳离子交换能力顺序:
Fe3 + >Al 3+ >H + >Ca2 + >Mg 2+ >K + >NH4+ >Na+
3、写出土壤具有缓冲性的原因.
1 土壤胶体的阳离子交换作用是土壤产生缓冲性的主要原因
土壤胶体吸附有H+、K+、Ca2+、Mg2+、Al3+等多种阳离子。由于这些阳离子有交换性能,故胶体上吸附的盐基离子能对加进土壤的H+(酸性物质)起缓冲作用,而胶体上吸附的致酸离子能对加进土壤的OH-(碱性物质)起缓冲作用。
2 土壤溶液中的弱酸及其盐类组成的缓冲系统
土壤中的碳酸、硅酸、胡敏酸等离解度很小的弱酸及其盐类,构成缓冲系统,也可缓冲酸和碱的变化。
如醋酸和醋酸钠盐的缓冲:
CH3COOH+NaOH CH3COONa+H2O
CH3COONa+HCl CH3COOH+NaCl
3 、土壤中两性物质的存在
土壤中存有两性有机物和无机物,如蛋白质、氨基酸、胡敏酸、无机磷酸等。如氨基酸,它的氨基可以中和酸,羧基可以中和碱,因此对酸碱都具有缓冲能力。
4 、在酸性土壤中,铝离子也能对碱起缓冲作用
2Al(H2O)63++2OH- [Al2(OH)2(H2O)8]4++4H2O
在极强酸性土壤中(pH<4),铝以正三价离子状态存在,每个Al3+周围有6个水分子围绕,当加入碱类时,6个水分子中即有一二个解离出H+来中和OH-。这时带有OH-的铝离子很不稳定,与另一个相同的铝离子结合,在结合中,两个OH-被两个铝离子所共用,并且代替了两个水分子的地位,结果这两个铝离子失去两个正电荷。