第六章 土壤胶体化学和表面反应.ppt

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1、第六章土壤胶体化学和表面反应第一节　土壤胶体指那些大小在1∼100nm（在长、宽、高三个方向上，至少有一个方向在此范围内）的固体颗粒而言。≺0.002mm的粘粒至少有一个轴≺100nm，因而具有胶体的性质。electronmicrographsoftheclaymineralsmontmorilloniteelectronmicrographsoftheclaymineralskaolinite无机胶体：如铝硅酸盐，Fe、Al、Mn、Ti氧化物，硅胶等；（粘粒）有机胶体：腐殖质、木质素、纤维素、蛋白质等。有机无机复合胶体：无机胶体

2、和有机胶体复合而成。硅氧四面体铝氧八面体1：1粘土矿物单位晶层构造高岭石组一层硅层与一层铝层重叠而成瞧：氢键在这里（牢固）单位晶层内表面（无）外表面高岭石2：1型单位晶层构造蒙脱石(montmorillonite)两层硅层中间夹一铝层瞧：胀缩比多么大这里是内表面单位晶层2:1型非胀缩性矿物伊利石（illite）粘土矿物-腐殖质复合体一、土壤胶体表面（一）、土壤胶体表面类型按表面位置分：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。

3、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。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

4、缔合H+产生表面电荷。可变电荷。（二）、土壤胶体的比表面1、土壤胶体的表面积比表面：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。铁、铝氧化物的比表面与其晶化程度有关，以外表面为主，非晶形氧化物的要高于晶形氧化

5、物的。土壤有机质的比表面大，表观比表面可达700m2/g。2、比表面的测定方法（1）仪器法（2）吸附法。二、土壤表面电荷和电位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。同晶替代是2:1型粘土矿物电荷的主要来源。永久负电荷数量的多少依下规律：蒙脱石、蛭石＞水云母类＞高岭石（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。可变电荷产生的原因：主要是胶体表面分子解离。1.含水氧化硅分子解离2.粘土矿物晶面上羟基解离

6、（1:1型粘土矿物在pH<5时可以解离）3.腐殖质分子表面解离4.含水氧化铁铝表面解离出OH-，带正电荷（在pH<5时带正电荷）（3）正电荷一般认为，土壤中的游离氧化铁是土壤中产生正电荷的主要物质，而游离的铝化合物对正电荷的贡献较为次要。晶质矿物中，高岭石的铝氧八面体的裸露边面，在酸性条件下从介质中接受质子而使边面带有正电荷。水铝英石和有机物质在低pH下都可能接受质子而带正电荷。（4）净电荷土壤中正电荷和负电荷的代数和。由于土壤的负电荷量一般都高于正电荷量，所以除了少数土壤在较强的酸性条件下，或者氧化土可能出现净正电荷以外，大多数

7、土壤带有负净电荷。2、影响土壤电荷数量的因素土壤电荷的数量一般用每千克物质吸附离子的里摩尔数来表示。阳离子交换量（CEC）即为pH值为7时土壤净负电荷的数量。（1）土壤质地土壤所带电荷数量，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。（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

8、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。（3）土壤酸碱度①土壤pH值大于胶体的电荷零点，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