土壤胶体和离子交换.ppt

第五章 土壤胶体和离子交换 Soil colloid is rich in surface energy and charges, so it plays a important role in soil ion exchange and nutrition holding ability. In some extent, some chemical property is mainly refer to soil colloid property. §5-1 土壤胶体的构造和性质 §5-2 土壤的阳离子交换作用 §5-3 土壤中阴离子的交换吸附 作用 §5-1 土壤胶体的构造和性质 一.土壤胶体的构造 二.土壤胶体的带电性 三.土壤胶体的分散和凝聚 一.土壤胶体的构造 土壤胶体是指那些大小在1-100nm(1nm=0.001μm,在)长、宽、高的三个方向上,至少有一个方向在此范围内)的固体颗粒(有的认为200-500nm为上限,土壤分析上常把0.1-2微米以下的土粒视为胶体)。 种类：矿质胶体、有机胶体、有机无机复合体。 形状：大部分是层状构造(尤其是无机胶体) 少量的为近园形(有机胶体) 胶体分散系分胶核、双电层、胶团间溶液三大部分。(一)胶核: 是胶粒的内层部分。它的成分由SiO2、Fe2O3、Al2O3、次生铝硅酸盐和腐殖质等的分子团所组成 。(二)双电层:1.决定电位离子层(或双电层内层,又叫定位离子层) 2.补偿离子层 胶核+双电层=胶团 胶粒=胶团-扩散层 (三)胶团间溶液 二.土壤胶体的带电性 (一)电荷种类 1.永久电荷 2.可变电荷 (二)电荷数量和密度 1.土壤电荷数量 2.土壤电荷密度 (一)电荷种类 1.永久电荷 同晶替代:结晶矿物结构中某种离子或原子,部分地被直径大小和电价相近的其它离子或原子取代,但晶体结构型式不变的现象,叫同晶替代或同晶置换。 粘粒矿物的结构单元为硅氧四面体和铝氧八面体,其中的Al3+ Si4+ Mg2+ Al3+ 替代后,产生电荷不平衡,从而使粘粒表面表现出负电性。 2.可变电荷 ⑴含水氧化硅(SiO2·H2O或H2SiO3)的解离 ⑵粘粒矿物的晶面上OH基中的H+的解离 ⑶腐殖质上某些原子团的解离 ⑷含水氧化铁和水铝英石表面分子中OH-的解离  ⑴含水氧化硅(SiO2·H2O或H2SiO3)的解离 H2SiO3 + OH- H2O + HSiO3- HSiO3- + OH- H2O + SiO32- ? ⑵粘粒矿物的晶面上OH基中的H+的解离 OH O- OH O- + H+ OH O- 高岭石组粘粒矿物的晶体表面含OH较多,所以这一机制对高岭石类胶体电荷的产生是特别重要的。 ⑶腐殖质上某些原子团的解离 R-COOH R-COO- + H+ R-OH R-O- + H+ ⑷含水氧化铁和水铝英石表面分子中OH-的解离 Fe2(OH)3 Fe(OH)2+ + OH- Al(OH)3 Al(OH)2+ + OH- 从上面4种情况来看: 土壤胶体所带电荷的数量和性质与介质的pH关系密切。前三者只有在碱性条件下才能发生,其电荷的数量随着介质pH值的提高而增加,对保肥有利;第4个反应只有在强酸性条件下才发生,pH值越低,所带正电荷就越多,此种情况对土壤肥力是不利的,应采取措施改良。 (二)电荷数量和密度 1.土壤电荷数量(me/100g,毫克当量/100g干土) 2.土壤电荷密度 1.土壤电荷数量 影响因素: ⑴土壤质地 土壤电荷总量80%集中在粘粒和胶粒部分,粒级在2微米以上的粉砂粒或砂粒,其所含电荷极少。 不同粒径土粒的负电荷数量 ⑵土壤胶体种类 腐殖质:20