土壤学(第七章) 土壤胶体化学和表面反应

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1、第七章　土壤胶体化学和表面反应土壤学资源环境学院土地资源与农业化学系主要内容教学目标与要求1.土壤胶体的表面性质（重点）2.土壤胶体对阳离子交换反应（重点）3.土壤胶体的阴离子的吸附与交换1.掌握土壤胶体的表面类型、表面电荷来源与种类，了解土壤双电层的结构特征；2.牢记土壤阳离子交换作用的规律以及影响阳离子有效性的因素和阳离子交换对土壤性质的影响。土壤学资源环境学院土地资源与农业化学系第一节土壤胶体(soilcolloid)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

2、，其表面反应为缓慢的渗入过程。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，大致分为以下三类表面。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。非极性疏水表面:主要电荷来源为同晶置换(Al3+→Si4+)，少部分是边角断键。土壤学资源环境学院土地资源与农业化学系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。极性的亲水表面。电荷来源为表面—OH基质子的缔合

3、—OH2+或离解—OH→—O-+H+。3.有机物表面：腐质物质为主的表面[羧基(-COOH)、羟基(-OH)、醌基(=O)、醛基(-CHO)、甲氧基(-OCH3)和氨基(-NH2)]可离解H+离子或缔合H+离子而使表面带电荷。土壤学资源环境学院土地资源与农业化学系二、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。物体颗粒愈细小，表面积愈大。土粒直径(mm)总表面积(cm2)比面(cm2/cm3)103.146131.42600.05628.3212000.0013141660000土壤学资源环境学院土地资源与农业化学系膨胀性2∶1型粘土矿物总表面积大，以内表面积

4、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。铁、铝氧化物的比表面与其晶化程度有关，以外表面为主。土壤学资源环境学院土地资源与农业化学系土壤有机质的比表面大，表观比表面可达700m2/g。胶体成分内表面积外表面积总表面积蒙脱石700—75015—150700—850蛭石400—7501—50400—800水云母0—590—15090—150高岭石05—405—40埃洛石010—4510—45水化埃洛石40025—30430水铝英石130—400130—400260—800表7-1土壤中常见矿物的比表面积（m2/

5、g）土壤学资源环境学院土地资源与农业化学系2.比表面的测定方法（1）仪器法。（2）吸附法。三、土壤表面电荷(soilsurfacecharge)电荷主要集中在胶体部分；土壤电荷对土壤性质产生影响（通过电荷数量和电荷密度两种方式）。1.电荷种类和来源（1）永久电荷(permanentcharge)来源：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。土壤学资源环境学院土地资源与农业化学系（2）可变电荷在介质的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的酸碱度，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

6、生变化时，可解离而带电。羧基、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。土壤学资源环境学院土地资源与农业化学系B、层状铝硅酸盐产生可变电荷1:1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。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（ZPC）。pH＞ZPC氧化物带负电pH＜ZPC氧化物带正电土壤学资源环境学院土地资源与农业化学系氧化物的电荷零点，与金属的价数有关。土壤中的铁、铝氧化物，一般为M2Ｏ3的形态，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.

7、影响土壤电荷数量的因素（1）土壤质地土壤所带电荷的数量，80%集中在粒径小于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150～450cmol/kg,平均350cmol/kg；无机胶体为5～100cmol/kg，平均10～80cmol/kg。②2:1型粘土矿物带负电量大于1:1型粘土矿物；蒙脱石类带负电量大于水云母类带负电荷量。③土壤中氧化物类胶体，由于电荷零