第8章 土壤胶体.docVIP

第8章 土壤胶体和土壤离子交换 8.1土壤胶体的构造和性质 2 8.1.1土壤胶体的构造 2 8.1.2土壤胶体的性质 3 8.2土壤胶体类型 8 8.2.1土壤无机胶体 8 8.2.2有机胶体 14 8.2.3有机无机复合胶体 14 8.3 土壤阳离子交换作用 15 8.3.1土壤阳离子交换吸附作用的特点 15 8.3.2影响阳离子交换作用的因素 16 8..3.3土壤阳离子交换量 18 8.3.4土壤盐基饱和度 21 8.3.5交换性阳离子的活度及其影响因素 21 8.4 土壤阴离子的交换吸附作用 23 8.4.1阴离子的交换吸附力 24 8.4.2土壤阴离子的负吸附 25 [本章提要]本章主要介绍土壤胶体的基本概念、构造、类型和性质，土壤阳离子交换作用的特点、意义及影响因素，土壤阳离子交换量及其影响因子，盐基饱和度的基本概念，此外，对土壤阴离子的交换吸附作用也有简单介绍。 土壤具有吸附和交换阳离子、阴离子的能力，这种作用主要取决于土壤胶体以及存在于土壤溶液中的各种离子。土壤中离子交换作用的强弱和交换量的大小，与土壤胶体的种类、数量、结晶构造以及环境条件有密切关系，它对土壤养分的保持、供应及土壤其它性质影响很大。 一种物质分散在另一物质中所形成的体系，称分散体系或分散系。其中被分散的物质称为分散相，分散它物并容纳着分散相的物质，称分散介质。根据分散相颗粒大小，可把分散系分为粗分散系，胶体分散系和分子、离子分散系（真溶液）。化学上通常把分散相颗粒直径（非球形颗粒则指其长、宽、高三向中一个方向的长度）在1~100nm范围内的分散系，称胶体分散系；颗粒直径＞100nm的称为粗分散系(如水分饱和的沙层等)；＜1nm的称为分子、离子分散系(如各种溶液)。因此，胶体并非一种特殊的物质，只是物质存在的一种状态。胶体分散系的分散相和分散介质可以是固体、液体或气体。即可以是固体颗粒分散在液体或气体中，或液粒分散在气体或其它液体中。其中固体分散相的颗粒可以是球状的，也可以是层片状、棍棒状或无定形的。 土壤也是一个分散系，其分散相是土粒，分散介质是水。通常情况下，直径小于2μm（或1μm）的土粒便具有胶体的性质，因而被视为土壤胶体颗粒。胶体分散系是土壤中最活跃的部分，它是土壤各种理、化性质的基础。 8.1土壤胶体的构造和性质 8.1.1土壤胶体的构造 过去的胶体化学常把胶粒视为球形。国内的土壤学教材，也多沿用这种概念，并把整个胶体分散系分为胶核、双电层、胶团间溶液三大部分（图8-1）。 8.1.1.1胶核 胶核是胶粒的基本部分。土壤胶体胶核的成分由二氧化硅、氧化铁、氧化铝、次生铝硅酸盐、腐殖质等的分子团所组成。 8.1.1.2双电层 1．决定电位离子层 是固定在胶核表面，并决定其电荷和电位的一层离子。它是由胶核表面的分子解离为离子，或从溶液中吸附某一种离子而构成。由于这一层带电的离子决定该胶粒的电荷和电位，因此叫决定电位离子层，或定势离子层，又叫双电层内层。例如粘土矿物和腐殖质胶体的决定电位离子层一般都由各种阴离子组成，因此粘土矿物和腐殖质胶粒一般都带负电荷。决定电位离子层的电荷符号和数量是土壤胶体吸附交换性能的决定因素。 2．补偿离子层 由于胶核表面定势离子层带电，产生电场和静电引力，吸附土壤溶液中带相反电荷的离子，形成补偿离子层，此层又叫双电层外层。补偿离子层的内层，靠近定势离子层，受到的静电引力强，离子被牢牢吸引，成平行密实排列，不易自由解离，只能随着胶核移动，此层称非活性补偿离子层。在非活性补偿离子层外面，受到的静电引力小，活动性大。同时还受使离子均匀分布的热运动的影响，使此层阳离子随离子胶粒表面距离的增大而减小，由稠密到稀疏，呈扩散分布状态，称为扩散层。扩散层的离子具有较强的交换能力，容易和土壤溶液中的其它相同电荷的离子互相取代。 扩散层以内的部分，即从胶核到非活性补偿离子层，称胶粒。连同扩散层的全部构造，则称胶团或胶胞。 8.1.1.3胶团间溶液 指胶体分散体系中的分散介质（胶粒本身为分散相）。也就是胶团之间的土壤溶液。 但是，把土壤胶粒完全理解为图8-1的球形构造，显然是错误的。现代土壤学的研究说明，只有土壤有机胶粒，或无定形的氢氧化铁、氢氧化铝、含水氧化硅和水铝英石等矿质胶粒可以认为近似圆球形构造。而土壤中大多数矿质胶粒，例如层状硅酸盐类粘土矿物通过X-射线和电子显微镜的研究，已经明确是层状构造。图8-2比较真实地反映了这种层状胶粒的双电层构造和离子吸咐状况。其中负号表示矿物晶格内部产生的负 电荷，或胶核表面离子解离产生的负电荷，相当于定位离子层；正号表示吸附的阳离子，相当于补偿离子层。其中紧靠负电荷的阳离子，静电引力强，不能自由移动，相当于非活性的补偿离子层；而靠负电荷较远处的阳离子，静电引力小，可以自由移动