第一章第三节土壤性质(2)土壤胶体

合集下载
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
土壤胶体的性质
土壤胶体是土壤中最活跃的物质,土壤的理化 性质,如土粒的分散与凝聚、离子吸附与代换、酸 碱度、缓冲性、粘结性和可塑性等都与土壤胶体性 质有关。
土壤胶体性质的研究,对深入理解土壤理化性 质的本质,针对性改良土壤结构有重要意义。
一、土壤胶体的种类
土壤胶体包括胶体物质与胶体微粒,前者指分散相 的物质,粒径在1-100mµm,而胶体颗粒上限为2000mµm。
在酸性环境中带正电: Al(OH)3+HCl
在碱性环境中带负电:
Al(OH)2+
+Cl-+H2O
Al(OH)3+NaOH Al(OH)2O- +Na++H2O
等电点:在某一pH条件下,当负电荷 和正电荷的数量相等时,胶体的净电荷 为零,这就是该胶体的等电点pH值。
5.土壤胶体电性的强度
• 热力电位:决定电位离子层与溶液介质 间的电位差,Ɛ。
阴离子吸附和交换的类别: • 非专性吸附
带正电荷的胶体所吸附的阴离子与土壤溶液中阴 离子的相互交换,称为非专性吸附或正吸附,发 生在胶体的扩散层,键合弱,以Cl-和NO3-为主。
• 专性吸附
被吸附的阴离子进入胶体双电层的内层,交换金 属离子氧化物的配位阴离子,又称配位体交换, 为通常所说的阴离子化学固定。专性吸附的凝胶 以铁、铝的氧化物为主,被交换出阴离子为OH-
盐基离子(Ca
2+
、Mg
2+
、K 、Na


、NH4

等)
H+与Al3+
阳离子的代换量是这两类离子被吸收的总量。
(2) 盐基饱和度
土壤吸附的交换性盐基离子占交换性 阳离子总量的百分数。
盐基饱和度 = (%)
交换性盐基离子总量(cmol/kg)
阳离子交换量(cmol/kg)
盐基饱和度的大小常与雨量、母质、植被等 自然条件有密切关系。一般干旱地区的土壤盐 基饱和度大,多雨地区则小。
影响因素
a. 土壤质地
一般是胶体物质越多,阳离子交换量越大;胶 体粒子越少,交换量越小;土壤质地愈细,矿质胶 体数量愈多,交换量也愈高。
不同质地土壤的阳离子交换量
单位:cmol(+)/kg
土 壤
砂土 1~ 5
砂壤土 7~ 8
壤 土 7~18
粘 土 25~30
阳离子 交换量
b. 腐殖质含量
腐殖质胶体阳离子交换量远大于矿质胶体。
影响土壤阴离子吸附能力的因素 • 胶体种类和本身价位
高龄石易带正电的粘土矿物易吸附阴离子,价 位越高吸附力越强。
• pH值和土壤溶液离子浓度
pH值越高,负电荷增大,吸附力减小;离子 浓度增高,吸附力增大
(三)土壤的其他吸收作用
土壤机械吸收作用:过滤作用
土壤物理吸收作用:胶体表面能吸附作用 土壤化学吸收作用:化学反应沉淀过程 土壤生物吸收作用:有机体对养分选择性吸收,
易被土壤胶体吸附的阴离子如 H2PO4-、HPO42-、
PO43-、HSiO3-、SiO32-及某些有机酸根。 NO22-、Cl-等。
很少被吸附甚至不能被吸收的阴离子,如 NO3-、 介于上述两者之间的阴离子,如 SO42-、CO32-、
HCO3-以及某些有机酸根
阴离子吸附的相对顺序为: PO43->SiO42->CO22->SO32->Cl - >NO3-
当土壤溶液pH值变化时,晶格表面的
OH基发生解离。
可变电荷:随土壤pH值条件而改变的电
荷,是由于胶体颗粒表面基团的解离或
质子化而引起的。
4.两性胶体带电
表面既带负电荷,亦带正电荷的土
壤胶体称两性胶体。随溶液土壤反应的 变化而变化(三水铝石、腐殖质上的某 些原子团在不同pH条件下等)。
以Al(OH)3为例说明如下:

Baidu Nhomakorabea
土壤 10NH4+ +Ca2+、Mg2+、Al3+、K+、 2H+
胶粒
1.土壤阳离子交换作用的特点
a. 可逆反应,迅速平衡
胶粒Ca bKCl 胶粒CaK KCl CaCl2
阳离子交换反映是一个动态的平衡,溶液中粒子组成和浓度改变 胶体上的交换性离子和溶液中离子会发生逆向交换或先的代换。
永久电荷:在岩石化学风化过程中,因 粘土矿物晶格内发生同晶臵换而产生的 电荷。
由于同晶臵换发生在晶格内部,其臵换 电荷的数量决定于晶格中同晶臵换的多 少,称永久电荷或恒电荷。
(2)晶格破碎边缘带电 矿物质风化破碎过程中,晶格边缘离 子一部分电荷未被中和而产生剩余电荷, 使晶体边缘带电。
(3)晶格表面分子的解离
c. 离子运动速度越大,交换力越强
凡运动速度快的其交换能力也大。H+半径小, 但水化很弱,水膜薄,运动速度快,因此它在交换 能力上具有特殊位置。
土壤中常见的离子交换能力排列顺序 是: Fe3+>Al3+>H+>Ca2+>Mg2+>K+ >NH4+>Na+
d. 阳离子的相对浓度及交换生成物的性质
K+
1.微粒核(胶核)
微粒核是土壤胶体微粒的核心部分, 它是由组成胶体微粒的基本物质的分子 群所组成。胶核
2.双电层
双电层是胶体表面电荷吸引相反电荷
离子,在固相界面正负电荷分别排成两
层,在电解质溶液中部分反号离子呈扩
散状态分布。双电层分以下两层:
(1)决定电位离子层 是吸附在胶粒核表面,决定胶粒电荷正 负及大小的一层离子。 (2)补偿离子层 分为两个层次。
(二)土壤阴离子交换作用
被胶粒表面正电荷吸附的阴离子与溶液 中阴离子的交换,称为阴离子交换。
阴离子交换吸收作用有些是可逆的,受质量作 用定律的支配,但多数情况下阴离子交换吸收与化 学固定是同时发生的,被吸收的阴离子转化为难溶 性化合物被固定在土壤中。
根据土壤胶体对阴离子的吸收力不同,可 分为3种类型:
-O- - +
2. 腐殖质胶体带电 +H

由于腐殖质分子量大、功能团多,解离 后带电量大,对土壤保肥供肥性有重要影 响。
3.粘土矿物胶体带电 土壤中粘土矿物胶体一般都带负电荷, 其电荷来源有以下几个方面。
(1)同晶臵换作用
粘土矿物晶质中的一种离子被另一 种离子取代的过程。在这个过程中,只 改变了矿物质的化学成分,而矿物的结 晶构造不变,故叫做同晶臵换作用。
土壤 胶粒 土壤 胶粒
Ca2++K2SO4
K+ +CaSO4
有利于向生成物方向进行的条件 ▲生成物不断被移走(生物吸收、淋溶) ▲形成沉淀(矿物固定)不溶物或难溶物 ▲形成气体
3. 土壤的阳离子交换量和盐基饱和度
(1)土壤的阳离子交换量
指每千克土壤或胶体吸附或代换周围溶液中阳离 子的厘摩尔数,单位为c mol/kg土。
土壤矿物质胶体: 次生铝硅酸盐、铁铝化合物 有机胶体: 腐殖质、有机酸、蛋白质等 有机-无机复合胶体: 有机胶体与矿质胶体结合
二、土壤胶体类型及构造
晶形胶粒
胶体内部组成的分子或离子组合有严格规律, 以无机胶体为主
非晶质胶粒
胶体内部离子或分子组合无严格规律,以有机 胶体为主
胶 体 微 粒 的 扩 散 双 电 层 构 造 图 式
Li < Na < K < NH4 < Cs
原子序数越小,离子半径越小,离子水化 度越大,水膜厚,离子交换能力越小。
离子半径及水化程度与交换力的关系
离子 Na+ NH4+ K+ Mg2+ Ca2+ H+ 价数 1 1 1 2 2 1 离子半径(A) 交换力 原子量 顺序 未水化 水化 23.00 18.01 39.10 24.23 40.08 1.008 0.093 0.143 0.133 0.078 0.106 - 0.790 0.532 0.537 1.330 1.000 - 6 5 4 3 2 1
一般土壤胶体处于凝胶状态。只有当渍 水过多,或胶体吸附的阳离子主要是NH4+、 Na+,而且又处于稀溶液中,土壤胶体才呈 溶胶状态。
四、土壤的离子交换
土壤的离子交换作用是由土壤胶体引起的。 土壤胶体的交换作用是指土壤胶体微粒扩散 层中的离子与土壤溶液中电荷符号相同的离子 相互交换过程。 可分为阳离子交换作用和阴离子交换作用 两种。
(一)土壤中阳离子交换作用
指酸胶体表面所吸附的阳离子与土壤溶 液中的阳离子相互交换的过程。
土壤胶体是带有负电荷的,因而具有一定的阳 离子吸附能力,胶体所吸附的一部分阳离子在一定 条件下可以与土壤溶液中的阳离子相互代换。
可用下式来表示:
2H+
土壤 Mg2+ 胶粒 AI3+
K+ Ca2+
+10NH4
b. 阳离子交换按当量关系进行,等价交换 c. 交换反应的速度受交换点的位臵和温度 的影响
2.影响阳离子交换作用的因素
(1)阳离子交换能力
一种阳离子将它种阳离子从胶粒上交换下来 的能力叫做该种阳离子的交换能力。 a. 离子电荷价
+ + +
三价>二价>一价
+ +
b.等价离子交换能力,随原子序数增加而增大
一、非活性补偿离子层。
二、扩散层。
3.胶团间溶液: 胶体分散体系中的分散介质,胶
粒之间的土壤溶液。
三、土壤胶体的性质
(一)巨大的比表面积和表面能
单位质量或体积物体的总表面积称为比表面 积或比面(cm2/g,cm2/cm3)。胶体表面可分内表面 和外表面,外表面可产生自由能。 在物体的表面,由于表面分子的四周不都是相 同的分子,受到的力就不均衡,使表面分子对外表 现有剩余能量,这种能量是由于表面的存在而产生,
• 电动电位:非活性补偿离子层与溶液介 质间的电位差,ζ。 • 扩散层厚度越大,电动电位势越强;扩 散层厚度越小,电动电位势越低。
(三)土壤胶体的分散性和凝聚性
1.土壤胶体溶液(溶胶) 胶体微粒均匀分散在土壤溶液中成为 胶体溶液状态,称为溶胶。 2.土壤中无定形的凝胶体(凝胶)
微粒彼此相互联结凝聚在一起,呈无 定型絮状凝胶体,称凝胶。
所以叫做表面能。
(二)带电性
土壤胶体微粒都带有一定的电荷,
在多数情况下带负电荷,但也有带正电荷 的,还有因环境条件不同而带不同电荷的 两性胶体。土壤胶体微粒带电的主要原因 是由于微粒表面分子本身的解离所致。
1. 含水二氧化硅(H2SiO3)
H2SiO3 -COOH ◎
-OH
SiO32-+2H+ -COO +H ◎
同时,胶粒表面的水膜层、溶液碱性的 增加、一价阳离子代换二价、三价阳离子, 易于凝胶遇水分散。
• 胶体的凝聚作用,有些是可逆的,有些 是不可逆的。 • 当土壤干燥时,土壤溶液中的电解 质浓度相应增大,土壤胶体易成凝胶状 态。相反,当土壤水分增多土壤溶液浓 度相应降低,土壤胶体便会带有多余的 负电荷,互相排斥而成溶胶状态。
以有机质形式积累
c. 胶体种类
有机胶体交换量最大;矿质胶体中交换量大小是: 蒙脱石>伊利石>高岭石。表1-20
d. 土壤酸碱反应
一般来说,随土壤碱度增加(pH值增高)解离度增高, 带电量多;反之,随土壤酸度增加 (pH值降低)解离度 降低,带电量减少。
我国土壤阳离子交换量,由南向北,由 西向东有逐渐增多的趋势。 阳离子可分为两大类:
3.分散和凝聚作用
由溶胶联结凝聚成凝胶的作用,叫做胶 体的凝聚作用。凝聚的速度和强度与两个因 素有关: 一是电解质浓度;
二是电解质种类。
一般地,离子的价数越高,离 子半径越大,所产生的凝聚能力越 强。常见阳离子凝聚力的排列顺序 是:
Fe3+>Al3+>Ca2+>Mg2+>K+>NH4+>Na+
凝胶分散成溶胶的作用,叫做胶体的 分散作用。 胶体分散与胶粒间同电荷,互相排斥, 不易凝聚有关。电动电位越大,相斥力越大, 溶胶状态越稳定。
相关文档
最新文档