第一章第三节土壤性质(2)土壤胶体..

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
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：
－O－ ＋ H ＋ － ＋
2. 腐殖质胶体带电
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）同晶置换作用
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，故叫做同晶置换作用。
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。
（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
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。
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。
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。
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置换而产生的 电荷。
由于同晶置换发生在晶格内部，其置换 电荷的数量决定于晶格中同晶置换的多 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
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 ◎
＋
土壤 10NH4＋
＋Ca
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2＋
＋ ＋ ＋ ＋ Mg Al K 2H 、 、 、 、 2 3
胶粒
1.土壤阳离子交换作用的特点
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。
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。
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。