土壤胶体化学和表面反应

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1、第十章　土壤胶体化学和表面反应第一节　土壤胶体的表面性质一、土壤胶体表面类型土壤胶体:无机胶体（粘粒）和有机胶体（腐殖质）,多呈有机-无机复合胶体。按表面位置分：内表面膨胀性粘土矿物的层间表面和腐殖质分子内的表面，其表面反应为缓慢渗入过程。外表面粘粒的外表面和腐殖质、游离铁铝氧化物等包被的表面，表面反应迅速。土壤学资源环境学院土地资源与农业化学系按表面的化学结构特点，可分为以下三类表面1、硅氧烷型表面——硅氧片的表面硅氧烷Si—O—Si。2∶1型粘粒的上、下两面，1∶1型粘粒1/2面。非极性的疏水表面。主要电荷来源为同晶置

2、换（Al3+→Si4+），少部分是边角断键。2、羟基化表面(R－OH)M（金属离子）—OH，铝醇Al—OH，铁醇Fe—OH，硅醇Si—OH等。水铝（镁）片，铁、铝氧化物及硅片边角断键。资源环境学院土地资源与农业化学系土壤学极性亲水表面。电荷来源为表面—OH基质子的缔合—OH2+或离解—OH→—O-+H+。可变电荷。3、有机物表面腐质物质为主的表面，表面羧基、酚羟基、氨基等活性基团。离解H+或缔合H+产生表面电荷。可变电荷。以上3类表面往往相互交织。二、土壤胶体的比面1、土壤胶体的表面积比面：单位重量（体积）物体的总表面积。

3、物体颗粒愈细小，表面积愈大。资源环境学院土地资源与农业化学系土壤学土粒直径（mm）总表面积（cm2）比面（cm2/cm3）10　　　3.14　　61　　　31.42　　600.05　　　628.32　　12000.001　　　3141660000膨胀性2∶1型粘土矿物总表面积大，以内表面积为主非膨胀性2∶1型和1∶1型粘土矿物总表面积小，一般以外表面为主（水化埃洛石例外）。水铝英石比表面较大，内、外表面各一半。资源环境学院土地资源与农业化学系土壤学铁、铝氧化物的比表面与其晶化程度有关，以外表面为主。土壤有机质的比表面大，表

4、观比表面可达700m2/g2、比表面的测定方法（1）仪器法（2）吸附法。三、土壤表面电荷1、电荷种类和来源（1）永久电荷来源于粘土矿物晶层中核心离子的同晶替代。不受介质pH值的影响，也不受电解质浓度的影响。资源环境学院土地资源与农业化学系土壤学（2）可变电荷在介质酸碱度影响下产生的，其电荷类型和电荷数量均决定于介质酸碱度，又称pH依变电荷。A、腐殖质产生可变电荷腐殖质具有很多含氧功能团，这些功能团在介质pH值发生变化时，可解离而带电。羟基、酚羟基解离使腐殖质带负电，氨基质子化使腐殖质带正电荷。B、层状铝硅酸盐产生可变电荷1

5、:1型粘土矿物的晶面特点是一面为硅氧烷型表面，另一面则为羟基化表面，后者在介质pH值发生变化时，吸附或释放一个H+，使表面带电。资源环境学院土地资源与农业化学系土壤学C、氧化物带可变电荷氧化物不带电时的pH值称为电荷零点，简称ZPC。介质pH＞ZPC时氧化物带负电；pH＜ZPC时，氧化物带正电氧化物的电荷零点，与金属的价数有关。土壤中的铁、铝氧化物，一般为M2O3形态，其ZPC大于6.5而小于10.4，故在酸性条件下，一般带负电很少，甚至带正电。2、影响土壤电荷数量的因素（1）土壤质地土壤所带电荷数量，80%集中在粒径小于

6、2微米的部分，故粘粒数量愈多的粘质土，带电愈多。土壤学资源环境学院土地资源与农业化学系（2）胶体类型①有机胶体带负电荷的量为150～450cmol/kg,平均为350cmol/kg；无机胶体为5～100cmol/kg，平均为10～80cmol/kg。②2:1型粘土矿物带负电量大于1:1型粘土矿物；2:1型粘土矿物中蒙脱石类粘土矿物带负电量又大于水云母类粘土矿物带负电荷量。③土壤中氧化物类胶体，由于电荷零点较高，因此一般带负电荷很少。甚至带正电荷。资源环境学院土地资源与农业化学系土壤学（3）土壤酸碱度①土壤pH值大于胶体的电

7、荷零点，则土壤带负电荷，大得愈多带负电荷也愈多；②土壤pH值小于胶体的电荷零点，则胶体带正电荷。（4）有机无机胶体的结合土壤中有机胶体和无机胶体往往结合在一起成为有机无机复合体，其复合胶体带电量不是二者分散存在时带电量的加和而是负电荷减少，存在非加和性。①带负电荷的有机胶体与铁（铝）胶体结合后，消耗了有机胶体带负电荷的交换点；②有机胶体沉淀在无机胶体上，掩盖了无机胶体的交换点。资源环境学院土地资源与农业化学系土壤学（5）非交换性阳离子的影响同晶替代所产生的永久电荷可能被粘土矿物晶层间所吸附的非交换性阳离子所补偿，使其带电量

8、降低。如：伊利石单位晶胞的负电荷比蒙脱石高，但由于伊利石硅层晶穴中所固定的钾离子（非交换性）补偿了同晶替代所产生的负电荷，故实际上伊利石所带负电荷低于蒙脱石所带负电荷。（6）配位体交换的影响土壤中氧化物类胶体表面的(-OH)或(-OH2)基与阴离子进行配位体交换后可使土壤所带负电荷量增加。资源环境学院土