上海交大周丕生土壤学第6章土壤胶体化学和表面反应.ppt

土壤与植物营养学 Soil Science and Plant Nutrition 粘土矿物 土壤中最主要的粘土矿物有： 高岭石、伊利石（水云母）、蒙脱石； 还有蛭石、绿泥石、水铝英石等。 硅四面体 土壤中硅酸盐粘土矿物性质比较 土壤胶体概念 土壤中的固相、液相和气相呈互分散的胶体状态，其固体颗粒直径1μm，土壤胶体常指这些固相颗粒。即土壤学中所指的土壤胶体是指土壤颗粒直径小于2μm或者小于1μm的土壤微粒。 土壤胶体的种类 矿质胶体 矿质胶体指土壤矿物中的细分散颗粒，比表面大，并带电荷，具有胶体特性。主要为极细微的粘土矿物，包括成分简单的含水氧化物和成分复杂的各种次生层状铝硅酸盐类等。 土壤胶体的种类 矿质胶体 含水氧化物 主要包括水化程度不等的铁、铝、硅的氧化物。 含水氧化硅 是一种非晶质的凝胶，其化学式为SiO2·nH2O或写成H2SiO3 土壤胶体的种类 矿质胶体 含水氧化物 含水氧化铁 褐铁矿 2Fe2O3·3H2O 针铁矿Fe2O3·H2O 多水针铁矿3FeO3·4H2O 一水赤铁3Fe2O3·H2O 土壤胶体的种类 矿质胶体 含水氧化物 含水氧化铝 主要有水铝石Al2O3·H2O 三水铝石Al2O3·3H2O等，也是两性胶体，其电性决定于溶液的酸碱性。 土壤胶体的种类 矿质胶体 粘土矿物胶体 土壤中最主要的粘土矿物有高岭石、伊利石（水云母类）、蒙脱石， 还有蛭石、绿泥石、水铝英石等。 土壤胶体的种类 有机胶体 土壤有机胶体指土壤中腐殖质、多糖等高分子化合物的细分散状态，具胶体特性。 有机胶体主要是腐殖质。 土壤胶体的种类 有机矿质复合体 土壤中有机胶体和矿质胶体一般很少单独存在。 有机胶体与矿质胶体通过表面分子缩合、阳离子桥接及氢键合等作用连结在一起的复合体，称有机矿质复合体。因复合体具有高度的吸收性能故又称为吸收性复合体。 土壤胶体的构造 微粒核（胶核） 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。 双电层 双电层是胶体表面电荷吸引反号电荷离子，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。 土壤胶体的构造 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。 补偿离子层 补偿离子层分以下两层： 非活性补偿离子层 扩散层 土壤胶体的性质 巨大的表面能 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，所以叫做表面能。 土壤胶体的性质 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。 土壤胶体的性质 土壤胶体的分散性和凝聚性 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。 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。 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。 土壤胶体的性质 土壤胶体的分散性和凝聚性 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。 凝胶分散成溶胶的作用，叫做胶体的分散作用。 胶体的凝聚作用，有些是可逆的，有些是不可逆的。 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 土壤胶体的性质 土壤胶体的分散性和凝聚性 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。 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。 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的离子相互交换过程。可分为： 阳离子交换作用 阴离子交换作用 土壤的阳离子交换作用 阳离子交换作用的过程 是指土壤胶粒所吸附的阳离子与土壤溶液中的阳离子相互交换的过程。 阳离子交换作用可用下式来表示： 阳离子的吸附与解吸作用 土壤阳离子交换作用的特点 可逆反应，迅速平衡 阳离子交换是一种可逆反应。由于反应只是在胶粒表面进行，所以会很快达到平衡。 交换反应是等量电荷对等量电荷的交换 阳离子交换符合质量作用定律 影响阳离子交换作用的因素 阳离子价数和水化半径 一种阳离子将他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。 阳离子的相对浓度及交换生成物的性质 阳离子