第六章 土壤胶体及离子交换.ppt

主 要 内 容 第一节 土壤胶体 第二节 土壤的吸收性能（离子交换作用） 第三节 土壤酸碱性（土壤反应） 土壤是由固体土粒，土壤溶液和土壤空气组成的“多元分散体系”。一般情况下，土粒是分散相，土壤溶液和空气是分散介质，组成土壤胶体分散体系。土壤胶体是土壤中最活跃的部分，对土壤理化性质和肥力水平具有明显的影响，对土壤保肥、供肥能力的强弱起着决定性作用。 第一节 土壤胶体 一、土壤胶体的概念 （一）胶体(colloid) 化学中指的胶体是：凡是粒径在1~100nm范围年的微粒分散在介质中所构成的分散体系均称为胶体。 而粒径小于1nm 的构成真溶液(solution)，大于100nm则构成悬浊液(suspension). 胶体有一些独特的性质如： 丁达耳现象（Tyndall）、布朗运动（Brown）、电泳(electrophoresis)、吸附解吸(sorption and desorption)、分散(dispersion)与凝聚(coacervation)等。 在土壤学中，通常小于1000nm 的土壤颗粒都具有胶体的性质，远大于100nm。主要是土壤黏土矿物常为棒状、纤维状、板状或片状等，只要其三个轴有一个尺度在1~100nm 范围，其就有胶体的性质。 二、土壤胶体的类型 土壤胶体按其成分和来源分为: 无机胶体（mineral colloids）： 包括 层状铝硅酸盐粘土矿物（phyllosilicates） 含水氧化物类矿物（hydrous oxides）(含水氧化硅胶体和含水氧化铁、氧化铝胶体） 有机胶体（organic colloids） 有机无机复合胶体（organo-mineral complex colloids ） （一）无机胶体（mineral colloids）1、层状铝硅酸盐类粘土矿物phyllosilicates, layer alumino-silicate clay minerals 由硅氧四面体形成的硅氧片和由铝氧八面体组成的水铝片，以一定的比例相互叠加而形成的矿物类型。 （1）基本结晶单位（basic crystalline unit） 硅氧四面体与硅氧片（tatrahedron and silica sheet） 铝氧八面体与水铝片(octahedron and aluminiun sheet) 硅氧片 硅氧片是由硅四面体连接而成。 一个硅氧四面体是由四个氧原子和一硅原子所组成。其排列方式是以3个氧原子构成三角形为底，硅原子位于底部3个氧原子之上的中心低凹处，第四个氧则位于硅原子的顶部，恰恰把硅原子盖在氧的下面，如果连接相邻的3个氧原子的中心，则可构成4个三角形的面，硅位于4个面的中心。 硅氧四面体和硅氧片 二者能相互构成的原因： （1）硅原子带正电（Si4+），而氧带负电(O2-)，相互吸引； （2）与原子大小有关，氧半径0.14 nm，四个氧堆积成四面体时，其形成的空隙半径为0.032 nm，硅原子的半径为0.039 nm，所以能嵌入四面体中而不破坏结构。 每个四面体键价不平衡（SiO44-），许多硅四面体可以共用氧原子而形成一层，氧原子排列成为中间有空的六角形，称为硅氧片或硅氧层。 铝氧片 铝氧片由铝八面体连接而成。 铝八面体为6个氧原子围绕一个铝原子构成铝八面体，6个氧排列成两层，但上层氧的位置与下层氧交错排列，6个氧所构成的八面体空隙为0.058 nm，与铝原子的半径0.057 nm相近，故铝原子嵌入6个氧原子形成的空隙中，从而构成铝氧八面体（AlO6）9-。 铝氧八面体和水铝片 (3)单位晶体 四面体（SiO4)4-、八面体（AlO6）9-都不是化合物，在它们形成硅酸盐粘土矿物之前，四面体与八面体分别聚合，结果为水平方面上四面体通过共用底部氧的方式在平面两维方面上无限延伸，排列成近似六边形蜂窝状的四面体，即硅氧片，硅氧片顶端的氧仍然带电荷。硅氧片：n(Si4O10)4- 八面体在水平方向上相邻八面体通过共用两个氧的方式，在平面两维方面上无限延伸，排列成八面体片（铝氧片）。铝氧片：n(Al4O12)12- (4)单位晶层（晶架结构） 由于硅氧片和铝氧片都带负电荷，不稳定，必须通过重叠化合才能形成稳定的化合物，经过重叠形成层状硅酸盐的单位晶体，两种晶片的配合比例不一样，构成1:1型，2:1型，2:1:1型和2:1型晶层。 1：1型晶格与2：1型晶格 由一层硅氧片和一层水铝片相互叠加所构成的晶格（lattice）。 由两层硅氧片和一层水铝片相互叠加所构成的晶格。