5胶体与吸收性能.ppt

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1、第五章土壤胶体与土壤吸收性能[本章导读]本章主要是在介绍土壤中细小土粒—土壤胶体性质和作用的基础上，讨论土壤的吸收性能和土壤对阴阳离子的物理化学吸附作用。要求了解土壤胶体的概念和作用，掌握土壤胶体的基本性质，理解土壤对阴阳离子吸附和解吸作用的过程和意义。第一节土壤胶体的种类和构造一、土壤胶体的概念土壤胶体是土壤中最细微的颗粒，胶体颗粒的直径一般在1～100nm（长、宽、高三个方向上，至少有一个方向在此范围内），但实际上土壤中小于1000nm的粘粒都具有胶体的性质。所以，土壤胶体的大小范围与通常所指的胶体有所不同，直径在1～1000nm之间的土粒都可归属于土壤胶粒

2、的范围。二、土壤胶体的种类土壤胶体按其成分和来源可分为无机胶体（也称矿质胶体）、有机胶体和有机无机复合胶体三类。1.无机胶体无机胶体又称矿质胶体，主要为极细微的土壤颗粒，它是岩石风化和成土过程的产物，几乎都属于在化学风化过程中产生的次生矿物，主要包括成分较为简单的含水氧化铁、氧化铝、氧化硅等胶体物质和成分较为复杂的次生层状铝硅酸盐类粘土矿物。在数量上，无机胶体比有机胶体高几倍到几十倍。（1）含水氧化硅胶体多为游离态的无定形氧化硅的水合物SiO2·nH2O（实际上可写成偏硅酸H2SiO3）分子。土壤中氧化硅的含量很多，包括结晶质和非结晶质两种形态，主要以结晶质的石

3、英形式存在于砂粒和粉粒中，非结晶质的无定形氧化硅才具有胶体性质。无定形氧化硅无论呈溶胶还是凝胶形态，都是一种活性很高的吸附剂。（2）含水氧化铁、氧化铝胶体多为结晶态矿物，属两性胶体，多写成Fe2O3·nH2O、Al2O3·nH2O，也可用Fe(OH)3、Al(OH)3的形式来表示，它是硅酸盐矿物彻底风化的产物，在风化程度高的土壤上这类矿物较多。（3）层状硅酸盐矿物是无机胶体的主体，大都呈结晶态的次生粘土矿物。从外部形态上看是极细微的结晶颗粒，从内部构造上看，都是由两种基本结构单位硅氧四面体和铝氧八面体所构成，并且都含有结晶水只是化学成分和水化程度不同而已。2.有

4、机胶体土壤中的有机物质，尤其是腐殖质，具有明显的胶体性质，故称之为土壤有机胶体。土壤腐殖质是土壤有机胶体的主体，此外，还有少量的蛋白质、多肽、氨基酸以及木质素、纤维素等高分子化合物，它们也具有胶体的性质。值得注意的是，土壤中还有大量的微生物，它们本身也具有胶体性质，是一种生物胶体。土壤中大量的微生物对增加土壤的表面积和吸附性，促进土壤结构的形成有很大的作用。3.有机一无机复合胶体土壤中有机胶体很少单独存在，绝大部分的有机胶体和无机胶体通过物理、化学或物理化学的作用，相互结合在一起形成有机一无机复合体。有机胶体与无机胶体的结合方式有多种，但大多数是通过土壤无机Ca

5、2＋、Mg2＋、Fe3＋、Al3＋或功能团（如羧基、醇基等）将带负电荷的粘粒矿物与腐殖质连接起来。有机胶体主要以薄膜状紧密覆盖于粘粒矿物的表面上，还可能进入粘粒矿物的晶层之间。三、土壤胶体微粒的构造土壤胶体分散系包括胶体微粒（分散相）和微粒间溶液（分散介质）两部分。根据双电层理论，胶体微粒在构造上可分为微粒核、决定电位离子层和补偿离子层（双电层）3部分。1.微粒核（胶核）胶核是胶体微粒的核心物质，主要由腐殖质、无定形的SiO2、Al2O3、Fe2O3、铝硅酸盐矿物、蛋白质分子以及有机—无机复合胶体的分子群组成。在表层土壤中，它们以有机—无机复合胶体的形式为主，而

6、在下层土壤中则以无机矿物质为主。2.双电层胶核表面的一层分子通常解离成离子，形成符号相反而电量相等的两层电荷，同时，由于静电引力的作用，胶核可以吸附周围溶液中反号电荷离子而形成两层离子层，这样就构成了双电层。胶核表面的电荷数量和密度对外层反号离子的多少及两层电荷间电位具有决定作用，故称之为决定电位离子层。外层电荷（离子）对决定电位离子层起补偿作用，使整个胶体微粒达到电中性，故称之为补偿离子层，而这些来源于溶液中的反号离子就称为补偿离子。（1）决定电位离子层是固定在微粒核表面决定其电荷和电位的一层离子。电荷的正负决定胶核表面吸附的离子种类（阳离子、阴离子），电位的

7、高低决定吸附离子的多少。一般而言，土壤中铝硅酸盐和有机胶体带负电，氧化铁胶体多带正电，氧化铝胶体则为两性胶体，所带电荷视环境pH而定。通常所说的胶体带电，就是指这层离子所带的电荷。决定电位离子层电位的高低由胶体净电荷的多少决定，一般情况下，带负电的土壤胶体在数量上要多些，所以土壤的净电荷多为负电荷。（2）补偿离子层该层离子的电荷符号与决定电位离子层相反而电量相等。其形成是由于在溶液中胶核表面的电荷通过静电引力，将反号离子吸引在胶核的外围。反号离子由于热运动，总有远离胶核表面的趋势，同时，反号离子被吸附力的大小与离子电荷的数量成正比，而与距离的平方成反比（库仑定律

8、）。因此，胶核表面的反号