土壤学第八章土壤胶体表面化学

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1、《土壤学》主讲:黄宝圣联系方式:电话-3191456;13034525813Email--bzxyhbs@163.com授课班级:2011级--生态学专业1班学期:2012--2013学年第一学期开课单位:城市与环境系§8土壤胶体表面化学学习目标掌握有关“土壤胶体表面类型”、“土壤胶体对阴阳离子吸附”等的重要概念、基本原理和计算方法，以及土壤胶体的表面性质；了解土壤胶体的表面电位和土壤胶体对阳离子专性吸附的机理，以及土壤胶体对阳离子专性吸附的实际意义。2021/9/12§8土壤胶体表面化学§8-1土壤胶体的表面类型与构造一、硅氧烷型表面二、水合氧化物型表面三、

2、有机物型表面§8-2土壤胶体表面性质一、土壤胶体的比表面二、土壤胶体表面电荷三、土壤胶体表面电位§8-3土壤胶体对阳离子的吸附与交换一、离子吸附的概念二、阳离子静电吸附三、阳离子交换作用四、阳离子交换量五、盐基饱和度六、交换性阳离子的有效度七、土壤胶体对阳离子的专性吸附§8-4土壤胶体对阴离子的吸附与交换一、土壤对阴离子吸附二、阴离子的静电吸附三、阴离子专性吸附2021/9/13§8土壤胶体表面化学§8-1土壤胶体的表面类型与构造土壤胶体：一般将土壤颗粒规定为d＜0.001mm,即1μm，这样大小的颗粒已明显表现出胶体性质(土壤黏粒又称为土壤胶粒)。土壤胶体的

3、基本构造+++++++-++-+-+-+-+-++--+--++-+本体溶液扩散层决定电位离子层非活性补偿离子层微粒核双电层结构：当静电引力与热扩散相平衡时，在带电胶体表面与溶液的界面上，形成的由一层固相表面电荷与一层溶液中相反符号离子所组成的电荷非均匀分布的空间结构2021/9/14§8土壤胶体表面化学微粒核(胶核)：核心、基本物质。腐殖质、SiO2、氧化铝、氧化铁、铝硅酸盐、蛋白质及有机无机胶体分子群。双电层：（1）决定电位离子层：固定在胶核表面，并决定其电荷和电位的一层离子。它是由胶体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。（2）补偿离子层

4、：由于胶体表面决定电位离子层带电，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。A.非活性补偿离子层：补偿离子层的内层，靠近决定电位离子层，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。B.扩散层：在非活性补偿离子层的外面，受到的静电引力小，活动性大。同时还受离子均匀分布热运动的影响，使此层阳离子数随其距胶粒表面距离的增大而减少，由稠密到稀疏，呈扩散状态(至本溶液)。2021/9/15§8土壤胶体表面化学土壤胶体分散系土壤胶团土壤溶液胶核双电层定位离子层（内层）补偿离子层非活性层扩散层反离子层胶粒202

5、1/9/16§8土壤胶体表面化学土壤胶体: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。硅氧烷型表面(硅氧片的表面)按土壤胶体表面的化学结构特点，分三类表面：羟基化(水合氧化物型)表面(R－OH)有机物表面2021/9/17§8土壤胶体表面化学一、硅氧烷型表面(硅氧片表面/非极性疏水表面)硅氧烷Si—O—Si。2∶1型粘粒(蒙脱石)的上、下两面；1∶1型粘粒(高岭石)1/2面。主要电荷

6、来源为同晶置换(Al3+→Si4+)，少部分是边角断键。2∶1型粘粒1∶1型粘粒2021/9/18§8土壤胶体表面化学二、羟基化(水合氧化物型)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。水合氧化物型表面是极性的亲水表面。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。三、有机物型表面腐质物质为主的表面，表面羧基、酚羟基、氨基、醌基、醛基、甲氧基等活性基团。离解H+或缔合H+产生表面电荷。可变电荷。以上三类土壤胶体表面往往相互交织在一起

7、，使土壤胶体表面性质发生复合性改变。2021/9/19§8土壤胶体表面化学§8-2土壤胶体表面性质一、土壤胶体的比表面(一)土壤胶体的表面积和表面能比表面是指单位质量的物质的表面积总和(比表面＝总面积/质量)。球形土粒比表面：比表面＝4πr2÷(4/3πr3×2.65)＝1.13/r(cm2/g)土壤胶体比表面和土壤颗粒半径成反比。土壤胶粒比表面积愈大，表面能愈大。表面能的大小与比表面呈正相关，表面能愈高，土壤胶体产生的物理吸附作用就愈强。比表面能(吸附能力产生的主要原因)土壤胶体内部分子处在周围分子之间，在各个方向上受到吸引力相等而相互抵消，土壤胶体表面分

8、子则不同，由于它们与外界的液体或气体介