土壤胶体化学和表面反应

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1、第八章土壤胶体化学和表面反应SoilColloidalChemistryandSurfaceReaction8.1Surfacepropertiesofsoilcolloid土壤胶体的表面性质8.2Adsorptionandexchangeofcationsbysoilcolloids土壤胶体对阳离子的吸附交换反应8.3Adsorptionandexchangeofanionsbysoilcolloids土壤胶体对阴离子的吸附与交换ConceptsofsoilcolloidThecolloidisastateofmatterconsistingofvery

2、fineparticlesthatapproachbutneverreachmolecularsizes.(0.2μm~5nm)Soilscontainlargeamountsofsoilmaterialinacolloidalstate.Claycomprisesallinorganicsolidssmallerthan0.002mm(2μm)ineffectivediameterandisconsideredacolloid.Soilorganicmatterandplantsolidsalsooccurinthecolloidalstate.第一节土

3、壤胶体的表面性质Surfacepropertiesofsoilcolloid一、土壤胶体表面类型Surfacecategoryofsoilcolloid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聚集体内的表面，其表面反应为缓慢渗入过程。蒙脱石、蛭石等。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。高岭石、水铝英石和铁铝氧化物等。按表面的化学结构特点可分为:硅氧烷型、水合氧化物型和有机物表面硅氧烷型表面SiloxanesurfaceSi—O—SiS

4、iloxanesurfaceischaracterizedbysurfaceplanesofoxygenatoms,underlaidbysilicanatomsoftetrahedrons.Thechargeismainlyattributedtoisomorphoussubstitutionoftheunderlayingsiliconatomsofthetetrahedrons.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。电荷来源为同晶置换(Al3+→Si4+)，少部分是边角断键，为永久电荷。硅氧烷型表面Siloxanesu

5、rfaceSiSiO硅氧烷型表面SiloxanesurfaceSiSiO水合氧化物型表面Oxy-hydroxidesurface由金属阳离子和氢氧基组成的表面M－OHSurfaceischaracterizedbyplanesofexposedhydroxyl,OH,groups,underlaidbyAl,FeorSiatomsinthecenteroftheoctahedrons.Theexposedhydroxylgroupsaresubjecttodissociationandplayanimportantroleinthedevelopmento

6、fnegativecharge.铝醇Al—OH，铁醇Fe—OH，硅烷醇Si—OH等。水铝(镁)片，铁、铝氧化物及硅片边角断键。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。水合氧化物型表面Oxy-hydroxidesurfaceM—OH无定形的氧化铁、铝等胶体表面有机物表面Organicmaterialsurface腐殖物质为主的表面，表面羧基(—COOH)、酚羟基(—OH)、氨基(—NH2)等活性基团。离解H+或缔合H+产生表面电荷。R—COOH·H2OR—COO-+H3O+R—NH2·H2OR—NH3+

7、+OH-电荷的产生取决于功能团的解离常数和介质的pH,属可变电荷。三类胶体表面往往相互交织。比表面(Specificsurfaceareas)：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。二、土壤胶体表面积和比表面Surfaceareasandspecificsurfaceareasofsoilcolloid土粒直径（mm）总表面积（cm2）比面（cm2/cm3）103.146131.42600.05628.3212000.0013141660000粘土矿物晶核、有机物成分和无机胶膜等对表面积有重要贡献：粘土矿物的类型不同，表面积大小和表面类

8、型差别很大膨胀性2:1型粘土矿物总表面积大，以内表面积为主非膨胀性